Innovationen zur überwindung von Schaltverlusten

Sie müssen definitiv in Ihre Halbleitertechnologie investieren, um eine herausragende Ger?teleistung und wirklich gute FoMs zu erreichen. Dazu geh?ren Innovationen zur Verbesserung vorhandener Technologien oder die Entwicklung neuer Materialien mit einer grundlegend besseren Leistung, wie z. B. die Galliumnitrid (GaN)-Technologie für Anwendungen mit h?herem Spannungsbereich.

In Abbildung 7 werden zwei Abw?rtswandler mit 3,3-V bzw. 1,8-V miteinander verglichen, bei denen verschiedene Stromversorgungs-Prozesstechnologien von Texas Instruments (TI) zum Einsatz kommen. Die Komponente TPS54319 von TI nutzt den bisherigen Stromversorgungsknoten von TI, die TPS62088 dagegen den neuesten Stromversorgungsknoten von TI mit niedrigeren RQ FoMs. Wie die Wirkungskurve zeigt, kann der TPS62088, im Vergleich zum TPS54319 bei 2 MHz, bei praktisch dem gleichen Wirkungsgrad bei 4 MHz umschalten. Dadurch kann die Gr??e des externen Induktors um die H?lfte verringert werden. Da der neue Stromversorgungsknoten von TI auch eine deutliche Verringerung des R_sp erm?glicht, verringert sich die gesamte Geh?usegr??e von 4 auf 0,96 mm². Obwohl die somit erreichte geringere Geh?usegr??e aus Sicht der Leistungsdichte sehr attraktiv ist, bringt sie Herausforderungen durch die einhergehende Temperaturerh?hung mit sich, die wir in einem der n?chsten Abschnitte ansprechen werden.

Der TPS54319 schaltet bei 2 MHz um und nutzt den vorherigen Stromversorgungsknoten von TI, der TPS62088 mit dem neuesten Stromversorgungsknoten von TI mit verbesserten Schalt-FoMs schaltet dagegen bei 4 MHz um.

Die einzigartige Kombination von ausbleibender Sperrverz?gerung, niedriger Ausgangsladung und hoher Anstiegsrate bei Galliumnitrid erm?glichen neue Totem-Pole-Topologien, wie z. B. brückenlose Leistungsfaktorkorrekturen. Diese Topologien weisen eine h?here Effizienz und Leistungsdichte als Silizium-MOSFETs auf. Abbildung 8 zeigt einen direkten Vergleich der GaN-Technologie von TI bei 600 V im Vergleich mit einigen der branchenweit besten Siliziumkarbid (SiC)- und Superjunction-Halbleiterbausteine. Die GaN-Technologie von TI bietet wesentlich geringere Verluste und erm?glicht dadurch h?here Frequenzen.