Neue GaN Bauelemente erhöhen den Wirkungsgrad Texas Instruments schrumpft Steckernetzteile um 50 Prozent

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Mit neuen Low-Power GaN Bauelementen von TI sollen sich die gängigsten Netzteil-Topologien mit halbierten Abmessungen, über 95 Prozent Wirkungsgrad und einfacherem thermischem Design realisieren lassen.

Texas Instruments (TI) hat sein Angebot an Low-Power-Galliumnitrid-Bauelementen (GaN) um Komponenten erweitert, die dazu beitragen sollen, die Leistungsdichte zu steigern, den Systemwirkungsgrad zu maximieren und die Abmessungen von netzbetriebener Consumer-Elektronik und industriellen Systemen zu reduzieren. Das von TI angebotene Portfolio an GaN-FETs (Feldeffekt-Transistoren) mit integrierten Gatetreibern zielt auf die üblichen Herausforderungen beim thermischen Design, denn die Netzteile erwärmen sich weniger stark und konzentrieren mehr Leistung auf weniger Platz.

„Die Verbraucher erwarten heute kleinere, leichtere und portablere Netzteile sowie effiziente Ladegeräte mit kurzen Ladezeiten“, betont Kannan Soundarapandian, General Manager für High Voltage Power bei TI. „Mit der Erweiterung unseres Portfolios wird es möglich, den von der Low-Power-GaN-Technologie gebotenen Vorteil der hohen Leistungsdichte in noch mehr alltäglichen Anwendungen zu nutzen, darunter beispielsweise Netzteile für Mobiltelefone und Laptops, Fernsehgeräte und USB-Wandsteckdosen. Überdies trägt das Portfolio von TI der wachsenden Nachfrage nach hocheffizienten und kompakten Designs in gewerblichen Anwendungen wie etwa Elektrowerkzeugen und Server-Netzteilen Rechnung.”

Interne Strommessung senkt Verluste

Übliche integrierte Netzteilschaltungen (AC/DC-Wandler) verwenden einen diskreten, externen Shuntwiderstand für die Strommessung. Bedingt durch die parasitären Effekte des Schaltungslayouts mit diskreten Anschlussleitungen auf der Platine muss ein solcher Shunt einen gewissen minimalen Widerstandswert aufweisen, um verlässliche Messwerte zu ermöglichen.

Hier setzt das neue, aus den Bausteinen LMG3622, LMG3624 und LMG3626 bestehende Portfolio an GaN-FETs mit integrierten Gatetreibern von Texas Instruments an, das sich durch die laut Angaben des Herstellers präziseste integrierte Strommessfunktion der Industrie auszeichnet. Weil diese Strommessung innerhalb der integrierten Schaltung stattfindet, kann diese mit deutlich niedrigeren Signalamplituden und damit Widerstandswerten arbeiten. Dies hilft wiederum bei der Maximierung des Wirkungsgrads, da auf einen externen Shuntwiderstand verzichtet werden kann und sich die damit einhergehenden Verluste gegenüber traditionellen Strommess-Schaltungen auf der Basis diskreter GaN- und Silizium-FETs laut Angaben von TI um bis zu 94 Prozent senken lassen (siehe Bild 1). Zudem kann das Leiterplattenlayout kompakter und weniger komplex ausfallen.

Maximale Energieeffizienz und einfacheres thermisches Design

„Parasitäre Kapazitäten und Induktivitäten zwischen der Treiberschaltung und den GaN-Transistoren haben entscheidende Auswirkungen auf die Performance und den Wirkungsgrad einer Stromversorgungsschaltung“, meint David Snook, GaN Product Line Manager bei TI. „Mit der Integration von Gate-Treiber und GaN-Transistoren in einem Baustein können wir diese parasitären Elemente optimieren und deren unerwünschten Effekte minimieren.“

So ermöglichen die GaN-FETs von TI mit integrierten Gatetreibern höhere Schaltgeschwindigkeiten, was der Überhitzung von Netzteilen entgegenwirkt. Während sich bei Netzteilen unter 75 W Leistung ein Systemwirkungsgrad von bis zu 94 Prozent erreichen lässt, sind bei AC/DC-Anwendungen über 75 W sogar mehr als 95 Prozent möglich. So werden auf Basis der ICs realisierte Netzteile weniger warm und vermeiden so typische thermische Probleme in besonders engen oder warmen Umgebungen. Außerdem tragen die neuen Bauelemente dazu bei, die Lösungsabmessungen eines typischen 67-W-Netzteils verglichen mit siliziumbasierten Lösungen um bis zu 50 Prozent zu reduzieren.

Optimiert für die meisten Netzteil-Topologien

Das Portfolio ist für die meistverwendeten Netzteil-Topologien optimiert, zu denen Quasiresonanz-Sperrwandler, asymmetrische Halbbrücken-Sperrwandler, Inductor-Inductor-Wandler, Totem-Pole-PFC-Wandler (Power Factor Correction) und Active-Clamp-Sperrwandler gehören.

Produktionsstückzahlen der Typen LMG3622 und MG3626 sowie Vorproduktions-Stückzahlen des Typs LMG3624 können Interessenten ab sofort bestellen, die Preise für die in 8 x 5,3 mm großen QFN-Gehäusen (Quad Flat No-lead) angebotenen Bausteine beginnen bei 3,18 US-Dollar (ab 1.000 Stück). Pinkompatible Varianten ohne integrierte Strommessung (LMG3612 und LMG3616) sind ebenfalls im Portfolio verfügbar. Für eine schnelle Evaluierung der Komponenten stehen Entwicklungsmodule wie das LMG3624EVM-081 bereit. (cg)

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