DigiKey에서 주문 가능한 전력 GaN 제품 및 관련 자료

GaN 관련 기술 콘텐츠가 내 받은 편지함과 내가 팔로우하는 미디어 스트림에 점점 더 빈번하게 표시되고 있습니다. 대부분의 콘텐츠는 기존 실리콘과 비교하여 GaN의 전력 효율성과 크기 감소 이점에 대해 설명합니다. GaN이 무선 충전부터 전기 통신 인프라까지 전력 설계에 영향을 미치기 시작했으므로 이에 대한 배경 정보를 간략하게 제공하고 DigiKey에서 현재 주문 가능한 몇 가지 관련 GaN 제품 및 관련 자료에 대해 간략하게 알아보겠습니다.

GaN이란?

질화 갈륨(GaN)은 고전자 이동도를 제공하는 넓은 밴드갭 반도체 소재입니다. 트랜지스터 레벨에서 GaN은 기존 실리콘 트랜지스터보다 더 높은 전류와 더 빠른 스위칭 속도를 제공하면서 물리적인 크기는 더 작아졌습니다. 강화 모드 GaN(e-GaN) 및 캐스코드 공핍 모드 GaN(캐스코드 d-GaN) 스위치 아키텍처도 사용 가능합니다.

(이미지 출처: Texas Instruments)

e-GaN 스위치는 일반 MOSFET처럼 작동하지만 게이트 구동 회로 설계에 더 많은 주의가 필요한 상시 꺼짐 GaN 고전자 이동도 트랜지스터(HEMT)입니다. e-GaN HEMT 스위칭용으로 특별히 설계된 게이트 구동기를 사용하는 것이 좋습니다. 캐스코드 공핍 모드 GaN 스위치는 일반적으로 공핍 모드 GaN HEMT에서 캐스코드 구조의 실리콘 MOSFET과 함께 연속으로 사용됩니다. 실리콘 MOSFET이 캐스코드 스위치의 GaN HEMT 켜기/끄기를 제어하므로 표준 MOSFET 게이트 구동기를 사용할 수 있습니다. 또한 GaN HEMT 및 연결된 GaN 게이트 구동 회로망을 통합하는 부품도 사용 가능합니다.

(이미지 출처: Infineon)

GaN 응용 분야

제품을 출시하는 제조업체 수가 늘어남에 따라 전력 응용 분야에서 GaN 사용이 큰 폭으로 증가하고 있습니다. 실리콘에 비해 GaN은 스위칭 빈도가 더 높고, 손실이 적고, 물리적 크기가 더 작은 이점이 있습니다. 따라서 공간 제약이 있는 고효율 전력 회로를 설계할 때 엔지니어 선택의 폭이 더 넓어졌습니다. GaN은 높은 효율성이 필요하거나 물리적 공간 요구 사항이 까다로운 응용 분야에서 사용하는 것이 가장 효과적입니다. 시장에는 서버, 전기 통신, 어댑터/충전기, 무선 충전, D급 오디오 등이 있습니다.

GaN 제품

GaN FET, 구동기 및 통합 장치를 DigiKey에서 주문할 수 있습니다. 제조업체로는 EPC, Infineon, Navitas, Texas Instruments, transphorm 등이 있습니다.

EPC

(이미지 출처: EPC)

2009년에 상용 강화 모드 GaN(eGaN®) 트랜지스터를 처음 출시한 EPC는 이제 광범위하게 사용되는 GaN FET 및 통합 GaN 장치를 제공하고 있습니다. FET는 단일 트랜지스터와 어레이 모두에서 사용할 수 있습니다. 단일 트랜지스터는 최대 정격 200V 및 연속 I_D 최대 90A(TA = 25˚C)인 Vdss에서 사용할 수 있습니다. 트랜지스터 어레이는 이중 공통 소스, 하프브리지, 하프브리지 + 동기식 부트스트랩 구성으로 사용할 수 있습니다. 권장되는 게이트 구동기는 EPC의 How2AppNote 005를 참조하세요. EPC2152는 단일칩 구동기에 EPC 자체 GaN IC 기술을 사용하는 GaN FET 하프브리지 전력 스테이지가 결합되어 있습니다. 입력 논리 인터페이스, 레벨 조정, 부트스트랩 충전, 게이트 구동기 버퍼 회로와 함께, 하프브리지로 구성된 eGaN 출력 FET가 하나의 모놀리식 칩에 통합되었습니다. 결과적으로 3.9mm x 2.6mm x 0.63mm 크기에 불과한 칩 크기 LGA 폼 팩터 장치가 구현됩니다.

EPC 장치는 칩 크기의 패키지로 제공되며, GaN 트랜지스터는 실리콘 트랜지스터보다 훨씬 작습니다. 이 조합은 더 저렴한 비용에 더 적은 PCB 공간을 사용하여 훨씬 더 작은 장치를 제공합니다. 더 작은 실장 면적에 더 우수한 성능을 갖춘 GaN을 사용하면 더 큰 실리콘 부품으로는 불가능했던 설계가 가능합니다. 평가 기판은 EPC의 FET 및 IC에 사용할 수 있습니다. 기판에는 빠른 시작 안내서, 회로도, BOM 및 거버 파일에 대한 액세스 권한이 포함되어 있습니다.

Infineon

Infineon은 실리콘(Si), 실리콘 카바이드(SiC) 및 질화 갈륨(GaN) 기술 분야에 반도체 기반 전력 장치를 제공합니다. GaN 기술 영역에서 Infineon은 고전압 GaN 스위치를 위한 600V CoolGaN™ 강화 모드(상시 꺼짐) GaN 전력 트랜지스터 및 EiceDRIVER™ 단일 채널 분리형 게이트 구동기 IC를 개발했습니다. 1EDF5673K, 1EDF5673F 및 1EDS5663H EiceDRIVER™ 게이트 구동기 IC는 CoolGaN™ 전력 FET를 강력하게 보완합니다. GaN EiceDRIVER™ 제품군의 주요 이점으로는 포지티브 및 네거티브 게이트 구동 전류를 들 수 있으며, 꺼짐 단계와 통합 갈바닉 분리 상태에서 게이트 전압을 0으로 확실히 유지합니다.

(이미지 출처: Infineon)

EVAL2500WPFCGANATOBO1은 CoolGaN™ FET 및 EiceDRIVER™ GaN 구동기 IC를 사용하는 2500W 풀브리지 토템폴 역률 보정 평가 기판입니다. EVALAUDAMP24TOBO1 e-모드 GaN HEMT 기반 평가 기판은 고사양 Hi-Fi 오디오 시스템을 위한 2채널, 225W/ch(±43V에서 4Ω) 또는 250W/ch(±63V에서 8Ω) 하프브리지 D급 오디오 전력 증폭기입니다.

Navitas

Navitas는 GaN 전력 집적 회로를 제공합니다. IC는 GaN 전력 FET, 게이트 구동기 및 논리를 통합하는 모놀리식 GaN 칩입니다. 단일 다이에서 완벽한 회로를 구축하여 크기, 스위칭 속도, 효율, 통합 편의성 측면에서 큰 이점을 제공합니다. NV6113, NV6115, NV6117, NV6123, NV6125 및 NV6127은 벅, 부스트, 하프 브리지, 풀브리지 등과 같은 토폴로지에서 사용할 수 있는 단일 스위치 장치입니다. NVE031E는 NV6115를 사용하는 전원 공급 장치 평가 기판입니다.

Texas Instruments

Texas Instruments는 GaN 구동기와 통합 GaN 전력 스테이지 장치를 모두 제공합니다. 구동기를 사용하면 설계자가 특정 요구 사항을 충족하는 GaN 출력 FET를 유연하게 선택할 수 있습니다. 통합 전력 스테이지 장치는 기생 유도 용량을 최소화하여 스위칭 성능을 높이고 기판 공간을 축소합니다.

TI의 GaN 구동기로 LMG1205, LMG1210, LMG1020, LMG1025 및 LM5113-Q1이 있습니다. LMG1205 하프 브리지 구동기는 동기식 벅, 부스터 또는 하프 브리지 구성에서 하이사이드와 로우사이드 강화 모드 GaN FET를 모두 구동하도록 설계되었습니다. LMG1210은 LMG1205와 동일한 기능을 제공하지만 더 넓은 VDD 범위에서 우수한 스위칭 성능, 저항기 구성 가능한 부동 시간 및 내부 LDO를 제공합니다. LMG12xx 평가 기판에는 LMG1205HBEVM 및 LMG1210EVM-012가 있습니다. LMG1020 및 LMG1025는 고속 응용 분야에서 GaN FET 및 논리 레벨 MOSFET을 구동하도록 설계된 단일 로우사이드 구동기입니다. 이들 장치를 위한 평가 기판에는 LMG1020EVM-006 및 LMG1025-Q1EVM가 있습니다. LM5113-Q1 하프 브리지 구동기는 AEC-Q100 규격을 준수하며 자동차 응용 분야를 위한 동기식 벅, 부스터 또는 하프 브리지 구성에서 하이사이드와 로우사이드 강화 모드 GaN FET 또는 실리콘 MOSFET을 모두 구동하도록 설계되었습니다. 평가 기판은 LM5113LLPEVB입니다.

(이미지 출처: Texas Instruments)

TI의 통합 전력 스테이지 장치에는 LMG3410, LMG3411 및 LM5200이 있습니다. LMG3410 및 LMG3411은 600V GaN FET, 구동기 및 보호 회로망을 통합합니다. LMG34xx 평가 기판에는 LMG3411EVM-029, LMG34XX-BB-EVM, LMG3411EVM-018 및 LMG3410EVM-018이 있습니다. LMG5200은 하프 브리지 구성에서 하나의 고주파 GaN FET 구동기에 의해 구동되는 두 80V GaN FET를 통합합니다. 이 제품을 위한 평가 기판에는 LMG5200EVM-02 및 BOOSTXL-3PHGANINV가 있습니다.

transphorm

마지막으로 transphorm은 캐스코드 구성에서 상시 꺼짐 저전압 실리콘 MOSFET 및 상시 켜짐 고전압 GaN HEMT를 기반으로 하는 GaN 전력 스위치를 제공합니다.

(이미지 출처: transphorm)

transphorm의 GaN 장치는 낮은 충전 바디 다이오드에서 초고속 FET처럼 작동합니다. 성능 면에서 기존 실리콘에 비해 복구 충전이 낮고 복구 시간이 짧다는 이점이 있습니다. 이 스위치는 상승 시간이 10ns 미만으로 매우 빠르게 상승합니다. 650V 장치와 900V 장치를 모두 사용할 수 있습니다. 또한, AC/DC 컨버터와 DC/AC 인버터를 비롯하여 여러 평가 기판도 사용 가능합니다.

추가 자료:

1 – DigiKey의 참조 설계 라이브러리에는 다양한 GaN 기반 참조 설계가 포함되어 있습니다.