česky english Vítejte, dnes je úterý 23. duben 2024

Nabíjíte? S FETy GaN, vlastním budičem i emulací proudu to půjde líp

DPS 2/2024 | Články
Autor: Ing. Jan Robenek
web_úvod.jpg

Zákazníci dnes požadují menší a také lehčí napájecí adaptéry, které bude možné ještě lépe přenášet. Nabíjení má být přitom svižné a s minimem ztrát.

Na tom samozřejmě není nic špatného. Jenže vývojáři musí takové AC/DC spínané zdroje s rostoucí hustotou výkonu a maximální dostupnou efektivitou nějak i navrhnout. Co říkáte na poloviční rozměry, polovodiče kompatibilní s celou řadou topologií AC/DC měničů a výslednou účinnost překračující 95 procent?

V případě nových „multifunkčních“ tranzistorů od společnosti Texas Instruments lze nyní těžit hned z několika výhod. V prvé řadě půjde o technologie na bázi nitridu galia, kdy součástka dále nabídne vlastní budič výkonového FETu, včetně souvisejících možností řízení. Ale nejen to. S využitím speciálního bloku emulátoru zde totiž dokážeme stanovit i velikost protékajícího proudu, aniž by na silové trase stál v cestě problematický rezistor.

Když má tranzistor 38 vývodů

Ať se již budeme pohybovat ve světě spotřební elektroniky, či průmyslu, pomohou nám polem řízené tranzistory GaN s vestavěnými budiči hradla vyřešit otázky spojované s řízením teploty, vyrobit zdroje nebo adaptéry, které se nebudou zase tolik zahřívat a navzdory stále menší ploše dodat do zátěže i rostoucí výkony. 650V novinky, které v Texasu představili na konci minulého roku, jsou celkem tři a ponesou zde označení LMG3622, LMG3624 a LMG3626. Tranzistory se budou v základním náhledu lišit velikostí odporu v sepnutém stavu (120, 170 a také 270 mΩ), související proudovou zatížitelností do 8,5 A, 6 A či 3,6 A nebo např. dostupností, kdy prostřední z nich byl v době psaní článku stále ve fázi Preview. Jak jsme již ale naznačili, spojovat je budou zejména předpoklady pro nejpřesnější monitorování proudu, kdy v porovnání se samostatnými tranzistory FET, ať již budou křemíkové, či na bázi nitridu galia, a tradičními postupy měření dokážeme dále ušetřit nejen místo, ale snížit i související ztráty, a to až o 94 %. Jak je to možné? 

Klíč k tomuto řešení hledejte u tranzistorů v pouzdrech typu QFN s bezmála čtyřiceti piny, vyvedenou teplotní ploškou a velikostí 8 x 5,3 mm v bloku s označením „Current Emulation“. Nacházet se bude na interní cestě vedoucí od vývodu Source k výstupu CS odkazujícímu na „current-sense emulation output“, kde ještě míjíme odbočku k dalšímu z bloků zajišťujícímu monitorování. Systém proto dokáže na pinu CS vhodně replikovat či kopírovat proud tekoucí u FETu GaN jeho vývodem Drain. Od vývojářů to pak vyžaduje, aby ke zmíněnému výstupu zapojili jen rezistor vztažený vůči zemi AGND a vytvořili si tím vstupní signál, který nyní zavedou do vnějšího kontroléru napájecího zdroje. Díky rezistoru zapojenému na výstupu CS proto nahradí klasický „bočník“, tedy rezistor pro měření proudu, který bývá jinak sériově zapojen u vývodu Source, čímž se nově výrazně snižuje ztrátový výkon a šetří též i místo.

Vyvedenou teplotní plošku tranzistoru lze proto rovnou spojit s výkonovou zemí na desce. Zlepšují se tak nejen tepelné vlastnosti systému, ale roste i flexibilita při vedení tras, protože zmíněnou plochou (PAD = S) nám nyní protéká veškerý proud. Ceny obvodů vybavených hned několika ochranami nebo i říditelnou rychlostí přeběhu začínají při odběru 1000 ks na 3,18 dolaru a nechybí zde ani vývojové moduly nebo např. další tranzistory LMG3612 a LMG3616, tentokrát bez integrovaného snímání proudu.

Odkazy:

[1] https://news.ti.com/2023-11-30-TI-expands-low-power-GaN-portfolio,-enabling-AC-DC-power-adapters-to-shrink-50