Посадочное место совместимо с кремниевым MOSFET. Это важнее любых процентов в рекламных материалах: значит, прибор можно попробовать в существующей плате.
До недавнего времени нитрид галлия в силовой электронике означал высокое напряжение: зарядные устройства, источники питания, преобразователи на сотни вольт. Низковольтный диапазон до 100 В оставался территорией кремниевых полевых транзисторов, где у них всё было в порядке и с ценой, и с характеристиками.
Положение меняется. В портфеле появилось первое семейство низковольтных приборов с индуцированным каналом на 100 вольт: RTP100E005G1FL, RTP100E2P6G1FL, RTP100E1P8G1FL-DSC и RTP100E1P2G1FL-DSC. Диапазон сопротивления открытого канала — от 5 до 1,2 мОм.
Что заявлено по характеристикам
Производитель приводит сравнение с сопоставимыми приборами на том же материале:
- добротность в режиме жёсткого переключения ниже на величину до 35 процентов;
- добротность в режиме мягкого переключения ниже на величину до 63 процентов;
- заряд обратного восстановления отсутствует;
- малый полный заряд затвора и заряд выходной ёмкости.
На уровне системы обещано следующее: выигрыш по КПД в 1–3 процента относительно кремниевых схем, снижение потерь переключения на 40–70 процентов, рост удельной мощности до двух раз, уменьшение габаритов магнитных элементов и пассивных компонентов, а также снижение требований к активному охлаждению.
Эти цифры — заявления производителя, и воспринимать их нужно соответственно: они получены на выбранных схемах при выбранных условиях. Но физика за ними стоит реальная, и объяснить её стоит.
Почему отсутствие обратного восстановления так важно
В кремниевом полевом транзисторе есть паразитный диод, образованный структурой самого прибора. В схемах синхронного выпрямления и в мостовых топологиях этот диод неизбежно проводит ток в интервалах мёртвого времени.
Беда в том, что при закрывании диод не перестаёт проводить мгновенно. Накопленные в его структуре носители заряда нужно вывести, и на это время через прибор течёт обратный ток — то самое обратное восстановление. Результат: дополнительные потери, всплески тока, электромагнитные помехи и ограничение по частоте переключения.
У приборов на нитриде галлия такого диода нет. Проводимость в обратном направлении обеспечивается самим каналом, и накапливать нечего. Отсюда и ноль в графе заряда обратного восстановления, и возможность поднимать частоту преобразования без расплаты в виде потерь.
Выше частота — меньше требуемая индуктивность и ёмкость в схеме. Именно поэтому в обещаниях фигурируют уменьшенные магнитные элементы: это не отдельное улучшение, а прямое следствие перехода на более высокую частоту.
Совместимое посадочное место — ключевой пункт
Приборы выпускаются в нескольких стандартных корпусах с посадочным местом, совместимым с кремниевыми транзисторами, в исполнениях с нижним и двусторонним охлаждением.
Для разработчика это значит больше, чем любые проценты в рекламных материалах. Совместимое посадочное место позволяет попробовать новый прибор на существующей плате, не перерисовывая топологию.
Оговорку всё же сделать нужно: поставить транзистор в то же место физически — не то же самое, что получить работоспособную схему. Приборы на нитриде галлия требуют аккуратного управления затвором, переключаются быстрее и гораздо чувствительнее к паразитным индуктивностям в цепи затвора и силового контура. Схема драйвера почти наверняка потребует переделки, а топология силовой части — пересмотра на предмет длины петель.
Куда их ставят
Заявленные применения охватывают довольно широкий спектр:
- центры обработки данных с шинами 800 В и 48 В — синхронное выпрямление и многофазные понижающие преобразователи;
- человекоподобная робототехника;
- промышленная автоматизация и приводы электродвигателей;
- электроинструмент;
- солнечные микроинверторы.
Приборы доступны вместе с отладочными платами. Для радиолюбителя, собирающего мощный преобразователь или контроллер привода, это тот случай, когда есть смысл посмотреть на отладочный комплект: на нём видно, как разведена цепь затвора и силовая петля, а в низковольтной мощной схеме эти детали решают всё.
