Entwickler können Bordladegeräte für Elektrofahrzeuge und industrielle Stromversorgungen mit doppelter Leistungsdichte und maximalem Wirkungsgrad realisieren

 

 

09 November, 2020

Dallas (Texas/USA), den 9. November 2020 – Texas Instruments (TI) (Nasdaq: TXN) erweiterte sein Portfolio im Bereich des Hochspannungs-Power-Managements durch eine neue Generation von Galliumnitrid-Feldeffekttransistoren (GaN-FETs) mit Nennspannungen von 650 V und 600 V für Anwendungen im Automotive- und Industriebereich. Mit ihrem integrierten, schnell schaltenden 2,2-MHz-Gatetreiber helfen diese neuen GaN-FET-Familien Ingenieuren dabei, die Leistungsdichte zu verdoppeln, einen Wirkungsgrad von 99 % zu erzielen und den Bauraum der Leistungs-Induktivitäten gegenüber bestehenden Lösungen um 59 % zu reduzieren. TI entwickelte die neuen FETs mit seinen proprietären GaN-Werkstoffen und seiner Prozesskompetenz auf einem GaN-on-Silicon-Substrat, was kostenmäßige und logistische Vorteile gegenüber vergleichbaren Substratmaterialien wie etwa Siliziumkarbid (SiC) bietet. Weitere Informationen hierzu finden Sie auf www.ti.com/LMG3425R030-pr-eu und www.ti.com/LMG3525R030-Q1-pr-eu.

Die Elektrifizierung der Kraftfahrzeuge bewirkt einen Wandel in der Automobilindustrie, zumal von den Konsumenten zunehmend Fahrzeuge mit kürzeren Ladezeiten und einem größeren Aktionsradius nachgefragt werden. Die Entwickler stehen somit vor der Aufgabe, kompakte und leichtgewichtige Automotive-Systeme zu realisieren, ohne die Leistungsfähigkeit der Automobile zu schmälern. Die Verwendung der neuen Automotive-GaN-FETs von TI kann dazu beitragen, die Abmessungen der Bord-Ladegeräte und Gleichspannungswandler von Elektrofahrzeugen gegenüber bestehenden Si- oder SiC-Lösungen um bis zu 50 % zu reduzieren, sodass die Entwickler mehr Reichweite pro Batterieladung, eine erhöhte Systemzuverlässigkeit und niedrigere Designkosten erzielen können. In Industrie-Designs ermöglichen die neuen Bauelemente ein hohes Maß an Effizienz und Leistungsdichte für Netzstromversorgungen, bei denen es auf niedrige Verluste und eine geringere Leiterplattenfläche ankommt, wie etwa bei Hyperscale- und Enterprise-Computing-Plattformen und Gleichrichtern für die 5G-Mobilkommunikation.

„Wide-Bandgap-Halbleitertechnologien wie GaN machen fest etablierte Fähigkeiten für die Leistungselektronik, und hier speziell für Hochspannungs-Systeme verfügbar“, berichtet Asif Anwar, Direktor des Bereichs Powertrain, Body, Chassis & Safety Service bei Strategy Analytics. „Texas Instruments nutzt seine mehr als zehnjährige Investitions- und Entwicklungstätigkeit zur Ablieferung eines auf besondere Weise ganzheitlichen Konzepts. Hierzu wird die interne Produktion von GaN-on-Si-Bauelementen und Gehäuse mit optimierter Si-Treibertechnologie kombiniert, um die GaN-Technik erfolgreich in neuen Anwendungen zu implementieren.“

„Industrie- und Automotive-Anwendungen verlangen zunehmend nach mehr Leistung bei weniger Platzbedarf, und außerdem müssen Designer erprobte Power-Management-Systeme bringen, die über die lange Lebensdauer des finalen Equipments hinweg zuverlässig arbeiten“, erläutert Steve Lambouses, Vice President for High Voltage Power bei TI. „Gestützt auf mehr als 40 Millionen Stunden Bauelement-Verfügbarkeit und Tests von Leistungswandler-Applikationen mit mehr als 5 GWh, wartet die GaN-Technologie von TI mit der lebenslangen Zuverlässigkeit auf, die Ingenieure auf sämtlichen Märkten verlangen.“

Doppelte Leistungsdichte mit weniger Bauelementen

In dicht bestückten Anwendungen mit hohen Spannungen stellt das Minimieren der Leiterplattenfläche ein wichtiges Designkriterium dar. Im Zuge der Miniaturisierung elektronischer Systeme müssen auch die verwendeten Bauteile immer kleiner und immer dichter gepackt platziert werden. Die neuen GaN-FETs von TI enthalten einen schnell schaltenden Treiber sowie interne Schutz- und Temperatursensor-Funktionen, sodass Entwickler ein hohes Performance-Niveau erzielen und gleichzeitig die Leiterplattenfläche ihrer Power-Management-Designs verkleinern können. Diese Integration im Verbund mit der hohen Leistungsdichte der GaN-Technologie von TI gibt Ingenieuren die Möglichkeit, auf mehr als 10 Bauelemente, die in diskreten Lösungen üblicherweise benötigt werden, zu verzichten. Hinzu kommt, dass jeder der neuen 30-mΩ-FETs in Halbbrücken-Konfigurationen eine Leistung von bis zu 4 kW unterstützt.

Industrieweit höchster Wirkungsgrad bei der Leistungsfaktor-Korrektur

GaN bietet den Vorteil einer hohen Schaltgeschwindigkeit, was wiederum kleinere, leichtere und effizientere Systeme möglich macht. In der Vergangenheit musste eine hohe Schaltgeschwindigkeit stets mit hohen Verlusten erkauft werden. Um diesen Kompromiss zu umgehen, bieten die neuen GaN-FETs den verlustmindernden Ideal-Diode-Modus von TI. Bei der Leistungsfaktor-Korrektur zum Beispiel senkt der Ideal-Diode-Modus die Verluste im dritten Quadranten im Vergleich zu diskreten GaN- und SiC-MOSFETs um bis zu 66 %. Außerdem ermöglicht der Ideal-Diode-Modus den Verzicht auf eine adaptive Totzeitregelung, was die Komplexität der Firmware verringert und die Entwicklungszeit verkürzt. Mehr hierzu finden Sie in der Applikationsschrift „Maximizing the Performance of GaN with Ideal Diode Mode”.

Maximierung der thermischen Leistungsfähigkeit

Mit seinem gegenüber dem nächsten Konkurrenten um 23 % gesenkten thermischen Widerstand gibt das Gehäuse der GaN-FETs von TI den Entwicklern die Möglichkeit, kleinere Kühlkörper zu verwenden und die thermische Auslegung zu vereinfachen. Die neuen Bauelemente zeichnen sich unabhängig von der Anwendung durch ein Maximum an thermischer Designflexibilität aus und bieten die Möglichkeit, zwischen einem ober- oder unterseitig gekühlten Gehäuse zu wählen. Die integrierte digitale Temperaturmeldung der FETs erlaubt ferner ein aktives Power-Management und gestattet Ingenieuren das Optimieren der thermischen Eigenschaften eines Systems unter wechselnden Last- und Betriebsbedingungen.

Gehäuse, Verfügbarkeit und Preise

Vorserien-Exemplare der neuen, industrietauglichen 600 V GaN-FETs sind ausschließlich auf TI.com umgehend lieferbar. Sie besitzen ein 12 mm x 12 mm großes QFN-Gehäuse (Quad Flat No-lead) und werden zu den in der folgenden Tabelle angegebenen Preisen angeboten. TI geht davon aus, dass die Auslieferung von Produktionsstückzahlen im ersten Quartal 2021 beginnen wird. Evaluierungsmodule können auf TI.com zu Preisen ab 199,- US-Dollar erworben werden. Auf TI.com stehen ferner mehrere Zahlungs- und Kreditlinien-Optionen sowie schnelle und zuverlässige Versandmöglichkeiten zur Wahl.

Produkt

Preis (ab 1.000 Stück)

Evaluierungsmodul

Preis

LMG3422R050

8,34 USD

LMG3422EVM-041

199 USD

LMG3425R050

8,92 USD

LMG3425EVM-041

199 USD

LMG3422R030

13,72 USD

LMG3422EVM-043

199 USD

LMG3425R030

14,68 USD

LMG3425EVM-043

199 USD

Vorserien-Exemplare der neuen 650 V Automotive-GaN-FETs LMG3522R030-Q1 und LMG3525R030-Q1 sowie die zugehörigen Evaluierungsmodule sind voraussichtlich vom ersten Quartal 2021 an auf TI.com zu erwerben. Entwicklungsmuster gibt es auf Anfrage auf www.ti.com/autogan.

Über Texas Instruments

Texas Instruments Incorporated (Nasdaq: TXN) ist ein globales Halbleiterunternehmen. Wir entwickeln, produzieren, testen und verkaufen analoge und integrierte Halbleiter für Industrieanwendungen, die Automobilindustrie, Unterhaltungselektronik, Kommunikationstechnik sowie Unternehmenssysteme. Wir arbeiten mit Leidenschaft daran, Elektronik mithilfe von Halbleitertechnologie erschwinglich und dadurch die Welt besser zu machen. Diese Einstellung leben wir jeden Tag: Mit jedem Innovationszyklus wird unsere Technologie noch platzsparender, effizienter, zuverlässiger und erschwinglicher, sodass Halbleiter überall in der Elektronik eingesetzt werden können. Dies verstehen wir unter technischem Fortschritt, und so arbeiten wir bereits seit Jahrzehnten. Erfahren Sie mehr auf TI.com.

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