مدونة الشركة حول إعادة تدوير مراحل طاقة TI GaN: GaN Half-Bridge، GaN FET

إعادة تدوير مراحل طاقة TI GaN: GaN Half-Bridge، GaN FET

شركة شينزين مينغجيادا الإلكترونية المحدودةهي شركة عالمية معروفة لإعادة تدوير المكونات الإلكترونية. من خلال توفير خدمات إعادة تدوير مهنية، نساعد العملاء على إدراك قيمة مكوناتهم الإلكترونية العاطلة.بفضل وضعنا المالي القوي ونظام الخدمة الشامل، حصلنا على ثقة طويلة الأجل والتعاون من العديد من عملاء التصنيع والتجار.

عملية إعادة التدوير

1تصنيف المخزون وتقديم قائمة المخزون

يجب على العملاء أولاً تصنيف مخزونهم العاطل، مع تحديد النموذج والعلامة التجارية وتاريخ التصنيع والكمية ونوع التعبئة والحالة.يمكن تقديم قائمة مخزون مفصلة لفريق التقييم الخاص بنا عن طريق البريد الإلكتروني أو الفاكس.

2التقييم المهني والاقتباس

عند استلام قائمة المخزون، سوف تقوم شركتنا بإتمام تقييم أولي وتقديم عرض عرض خلال 24 ساعة.

3توقيع العقود و ترتيبات الخدمات اللوجستية

بمجرد الاتفاق على السعر، سيتم توقيع عقد إعادة تدوير رسمي لتوضيح تفاصيل الصفقة.

4تفتيش البضائع والدفع السريع

عند وصولها إلى مستودعنا، تخضع البضائع لفحص الجودة النهائي. عند اجتياز الفحص، نضمن الدفع في غضون ثلاثة أيام عمل لضمان إرجاع الأموال بسرعة.وسائل الدفع المرنة تشمل التحويلات، نقدية أو ترتيبات أخرى مخصصة لاحتياجات العميل.

I. الخصائص التقنية الأساسية لترانزستورات تأثير الحقل TI GaN

ترانزستورات تأثير المجال TI GaN (GaN HEMT) هي أجهزة الطاقة الجانبية لنتريد الغاليوم في وضع التحسين.أنها تستفيد من خصائص الفجوة النطاقية العريضة للجيل الثالث من أشباه الموصلات لإحداث ثورة في أداء جهاز الطاقة على المستوى الفيزيائي الأساسيأنها بمثابة وحدات بناء أساسية لمراحل طاقة نصف الجسر GaN من TI.

1المزايا الفيزيائية والكهربائية الرئيسية

أولاً ، لا يوجد خسارة استرداد عكسية. نظرًا لعدم وجود بنية اتصال PN في أجهزة GaN ، فإنها لا تظهر شحنة الاسترداد العكسي (Qrr) المتأصلة في MOSFETs السيليكونية.هذا يزيل تماما خسائر الاسترداد العكسي في سيناريوهات التبديل الصلب عالية التردد، مما يسمح لترددات التبديل بسهولة تجاوز نطاق ميغا هرتز. بالمقارنة مع أجهزة السيليكون ، يتم تحسين الكفاءة بنسبة 3٪ إلى 8٪ ،مع مكاسب أكثر أهمية في ظل ظروف التشغيل عالية الترددثانياً، فهي تتميز بمعايير طفيلية منخفضة جداً، حيث أن سعة البوابة وسعة الإخراج للجهاز صغيرة جداً.مما يؤدي إلى خسائر التبديل أقل بكثير من خسائر MOSFETs السيليكون من نفس المواصفاتهذا يدعم التشغيل والإيقاف عالية السرعة مع الحد بشكل كبير من فولتاجيات الذروة في التبديل والتداخل الكهرومغناطيسي. علاوة على ذلك ، فإنها توفر خصائص ممتازة في الحالة ،مع مقاومة إشعال أقل لنفس حجم الحزمة، والذي يقلل بشكل كبير من الخسائر في الحالة المتصلة ويضمن الكفاءة تحت كل من الحمل الخفيف والكامل. وأخيرا، الجهد القياسي العالي وسرعة التبديل العالية:تغطي TI ′s GaN FETs مستويات الجهد الرئيسي من 80V إلى 650V، مما يجعلها مناسبة لمجموعة واسعة من التطبيقات بما في ذلك محركات المحرك منخفضة الجهد وتحويل الطاقة من المتوسط إلى الجهد العالي ؛سرعة التبديل هي 5 إلى 10 مرات أسرع من أجهزة السيليكون.

2هيكل الجهاز ومبدأ عمله

ترانزستورات تأثير المجال GaN ذات وضع تعزيز تطبق منطق التحكم بشكل عاديتنظيم توصيل غاز الإلكترونات ثنائي الأبعاد (2DEG) عبر فولتاج البوابة لتحقيق التحكم في تشغيل دائرة الطاقةبالمقارنة مع MOSFETs السيليكونية المنفصلة ، تتميز TI ′s GaN FETs بعمليات رقائق محسنة وتخطيطات التعبئة التي تقلل بشكل كبير من الحثية والقدرة الطفيلية الداخلية ،وبالتالي قمع التذبذبات التحولية عالية التردد في المصدروبالإضافة إلى ذلك، فإن الأجهزة تدعم التوصيل ثنائي الاتجاه، مما يسمح لها باستبدال الديودات التقليدية لتدفق التيار العكسي،وبالتالي تبسيط طوبولوجيات دوائر الطاقة وتقليل عدد المكونات الخارجية.

II. هيكل وآلية تشغيل مرحلة الطاقة النصفية للجسر GaN

طوبولوجيا نصف الجسر هي واحدة من المعماريات الأساسية الأكثر استخدامًا في مجال تحويل الطاقة.الدوائر التقليدية المنفصلة نصف الجسر تعاني من مشاكل مثل صعوبة في مطابقة الجهاز، وارتفاع المعلمات الطفيلية في الأسلاك ، وارتفاع خطر التشابك ، وتصحيح التعقيدات المعقدة.سائق بوابة مخصص، ودورات التحكم في الوقت الميت، ودورات حماية من التيار الزائد / زيادة درجة الحرارة / زيادة الجهد ودورة bootstrap في حزمة واحدة.حل مستوى الطاقة الموثوق به للغاية وقابل للإنتاج بكميات كبيرة يحل تمامًا التحديات العديدة المرتبطة بتصاميم نصف الجسر المنفصلة.

1التكوين المعماري

يدمج مرحلة طاقة نصف الجسر GaN من TI4 أربع وحدات أساسية ، تتميز بتركيب بسيط للغاية ووظائف شاملة. أولاً ، أزواج GaN FET من الجانب العالي والجانب المنخفض:يتم توصيل ترانزستورين ذات تأثير حقل GaN ذات وضع تعزيز متطابق للغاية في سلسلة لتشكيل دائرة الطاقة الرئيسية نصف الجسر، لضمان اتساق التبديل بين الترانزستورات العليا والسفلية وتجنب خسائر الحمل غير المتوازنة.محسّنة لسيطرة البوابة المنخفضة وخصائص التبديل عالية السرعة لأجهزة GaN، يوفر الجهد والتيار الدقيق لدفع البوابة ، والقضاء على المشاكل الشائعة مع أجهزة GaN مثل التشغيل الخاطئ والتذبذب. an intelligent dead-time control module with built-in adaptive dead-time sequencing logic automatically mitigates crosstalk between the high-side and low-side FETs without the need for complex external configurationرابعاً، مجموعة شاملة من دوائر الحماية التي تضم حماية من التيار الزائد، والإيقاف الحراري، وحماية البوابة من الإفراط في الجهد والانخفاض في الجهد،وحماية الدوائر القصيرة، مما يعزز بشكل كبير استقرار تشغيل مرحلة الطاقة. بعض الطرازات الراقية تتضمن أيضًا ثنائي bootstrap ومكثف bootstrap ، مما يزيد من تبسيط الأسلاك الطرفية.

2مبدأ التشغيل و منطق التوقيت

تعمل مرحلة الطاقة النصف الجسر GaN في وضع التبديل التكميلي. يتم إدخال إشارة تحكم PWM عبر جهاز تحكم خارجي ، وبعد معالجتها من قبل السائق الداخلي ،يدفع FETs GaN من الجانب العالي والجانب المنخفض لإجراء بالتناوبأثناء التشغيل ، تضع وحدة التحكم الداخلية في وقت الوقوف دقيقة في لحظة التبديل بين FETات الجانب العالي والجانب المنخفض ،وبالتالي منع تماما موصولة الطاقة الدائرة القصيرة الناجمة عن التوصيل المتزامن لكلا FETsيستخدم جهاز الجانب العلوي بنية محرك الأرض العائمة ، باستخدام دائرة bootstrap الداخلية المتكاملة لتوفير مصدر طاقة عائم ،مما يلبي متطلبات تحويل الجهد من تطبيقات نصف الجسر عالية الجهديستخدم جهاز الجانب المنخفض تكوينًا محركًا أرضيًا ، مما يوفر منطق التحكم البسيط وأوقات الاستجابة السريعة.التبديل المتناوب من FETs الجانب العالي والجانب المنخفض يحول فولتاج حافلة DC إلى فولتاج موجة مربعة AC عالية الترددبالتزامن مع الشبكة الرنانة للجهاز الحثيث والمكثف في الأسفل، يسمح هذا بتحويل وظائف الطاقة مثل تحويل البوك والزيادة والرنين.

المزايا التقنية الأساسية لمراحل طاقة نصف الجسر GaN

بالمقارنة مع حلول نصف جسر السيليكون المنفصلة وحلول نصف جسر GaN المنفصلة ، تقدم مراحل طاقة نصف جسر GaN المتكاملة من TI ٪ مزايا شاملة عبر أربعة أبعاد رئيسية ٪ الأداء ،التصميم، والتكلفة والموثوقية، مما يجعلها مناسبة بشكل مثالي لمتطلبات المتطورة للمعدات الكهربائية عالية التردد وعالية الكثافة.

1كفاءة استثنائية وأداء عالية التردد

الاستفادة من خصائص الاسترداد العكسي الصفري وخسائر التبديل المنخفضة للغاية لـ GaN FETs ، تدعم مرحلة الطاقة النصفية للجسر GaN من TI ′s عملية التبديل عالية التردد عند 1 ميغاهرتز إلى 10 ميغاهرتز.في ظروف تشغيل عالية التردد، يمكن تقليل حجم ووزن المكونات السلبية مثل محفز الإخراج والمكثف بشكل كبير، مما يزيد من كثافة الطاقة للمعدات بأكثر من 40 في المائة.في نفس الوقت، مع تحسين كل من خسائر التوصيل والتبديل ، يتم تحسين الكفاءة بشكل كبير عبر نطاق الحمل بأكمله ،تلبية بسهولة متطلبات 80 Plus مستوى التيتانيوم ومعايير إمدادات الطاقة الصناعية عالية الكفاءة، مع تقليل استهلاك الطاقة التشغيلية للمعدات ومتطلبات الإدارة الحرارية.

2التكامل العالي، تبسيط التصميم والإنتاج الضخم

تصاميم نصف الجسر المتفردة التقليدية تتطلب مطابقة منفصلة من MOSFETs، السائقين، مكونات bootstrap ودوائر الحماية.المطابقة المعلمات وتوجيه PCB هي تحديا كبيرا، وعند الترددات العالية، يمكن أن تؤدي المعلمات الطفيلية بسهولة إلى التذبذب وزيادة حادة في الخسائر.,يزيل الحاجة إلى دوائر محيطية معقدة. يعمل مع عدد قليل فقط من مكثفات المرشحات ، مما يخفض بشكل كبير حاجز تصميم الأجهزة.الحزمة المتكاملة الموحدة تضمن الاتساق في معايير الجهاز، يتجنب الاختلافات من دفعة إلى دفعة نموذجية للمكونات المنفصلة ، ويحسن من إنتاج الإنتاج الضخم ، ويقصر دورة البحث والتطوير.

3تأثيرات طفيلية منخفضة وتداخلات منخفضة لتحسين الاستقرار

الحزمة المتكاملة تستخدم تخطيطًا مخصصًا لتوجيه الطاقة ، مما يقلل بشكل كبير من أطوال آثار دوائر الطاقة والدفع ،تقليل الحثية الطفيلية والقدرة في الحلقاتهذا يمنع ارتفاع تردد التبديل، وتذبذبات الجهد والتداخل الكهرومغناطيسي في المصدر.يمكن تحقيق أداء EMC ممتاز دون الحاجة إلى دوائر RC snubber المعقدة أو دوائر فلتر حبات الفيرريت، تبسيط تصميم نظام EMC مع تقليل ضغط الجهد على الأجهزة وتعزيز موثوقية التشغيل على المدى الطويل.

4حماية ذكية، مناسبة لظروف التشغيل القاسية

تتضمن مجموعة كاملة من مراحل طاقة نصف الجسر TI GaN آليات حماية ذكية شاملة تراقب حالة تشغيل الجهاز في الوقت الحقيقي.حماية التيار الزائد تستجيب بسرعة لأخطاء الدائرة القصيرةإيقاف تشغيل ترانزستورات الطاقة في غضون ثواني نانوية لمنع تدمير الجهازحماية الحرارة الزائدة تغلق النظام تلقائيًا عندما تتجاوز درجة حرارة تقاطع الشريحة الحد الأدنى وتقوم بإعادة تعيينها تلقائيًا بمجرد عودة درجة الحرارة إلى طبيعتها· حماية الجهد البوابة القضاء على مخاطر التشغيل الخاطئ تحت الجهد والانهيار فوق الجهد.هذا النظام الشامل للحماية يسمح لمرحلة الطاقة للعمل بشكل مستقر في ظروف قاسية مثل درجات الحرارة الصناعية العالية، المتغيرات عالية التردد وتقلبات الحمل.

IV. الأجهزة النموذجية في محفظة مرحلة الطاقة النصفية للجسر

أنشأت TI محفظة منتجات شاملة لنصف جسر GaN مصممة خصيصًا لمختلف مستويات الطاقة ومتطلبات مقاومة الجهد ،تغطي مجموعة كاملة من التطبيقات بما في ذلك محركات المحركات منخفضة الجهد، مصادر الطاقة المتوسطة والعالية الجهد، ومحولات الطاقة الجديدة.

- LMG5200: مرحلة طاقة نصف جسر GaN متكاملة ذات فولتاج تصنيفي 80V وتيار تصنيفي 10A ، مناسبة لتطبيقات الجهد المنخفض والتيار العالي.تستخدم بشكل رئيسي في محركات المحرك BLDC حتى 36 فولت، محولات الضغط المنخفضة عالية التردد ومصادر الطاقة المحمولة للشحن السريع،مما يجعلها الحل المفضل للتحكم الصناعي منخفض الجهد.

- LMG2100R026: مرحلة طاقة نصف جسر GaN عالية التيار مع تشكيل الجهد المستمر 93V ، تشكيل الجهد النبض 100V وتشكيل التيار 53A.يتميز بمقاومة منخفضة للغاية وأداء خسارة ممتازة في ظل ظروف التيار العالي، مما يجعلها مناسبة لمصادر الطاقة منخفضة الجهد عالية الطاقة، محركات المحرك الصناعية ومراحل الطاقة منخفضة الجهد في محولات تخزين الطاقة.

- LMG3410R070/LMG3422: 650 فولت عالية الجهد GaN نصف الجسر مراحل الطاقة، مصممة خصيصا لمتوسط وارتفاع الجهد عالية التردد تحويل الطاقة.وهي تدعم أنماط تشغيل التبديل الناعم والتبديل الصلب على مستوى MHz وتستخدم على نطاق واسع في تطبيقات الكفاءة العالية المتوسطة والعالية مثل PFC القطب، محولات الرنين LLC ، إمدادات الطاقة للخادم ومحولات الفولتيكية الصغيرة ، التي تلبي معايير كفاءة الطاقة على مستوى التيتانيوم.

V. سيناريوهات تطبيق نموذجية

الاستفادة من مزاياها الأساسية من التردد العالي والكفاءة العالية والتكامل العالي والموثوقية العالية،أصبحت مراحل طاقة GaN نصف الجسر من TI ‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬‬تتجاوز سيناريوهات التطبيقات الرئيسية أربعة مجالات رئيسية. أولاً، مصادر الطاقة التبديلية عالية الكفاءة، بما في ذلك مصادر الطاقة للخادم،مصادر الطاقة الصناعية ومصادر الطاقة الجديدة ذات الشحن السريع· تصميم الترددات العالية يقلل من حجم المعدات ، ويحسن من كفاءة الحمل الكامل ويتوافق مع متطلبات شهادة كفاءة الطاقة المتطورة ؛ ثانيا ، معدات تحويل الطاقة الجديدة ،المستخدمة في المحولات الضوئية الصغيرة، محولات تخزين الطاقة ومصادر الطاقة الداخلية.أنظمة محرك القيادة، مناسبة لتطبيقات محركات التردد العالي في محركات BLDC بدون فرشاة ومحركات servo ، حيث تسمح نصف الجسور GaN ذات الجهد المنخفض والتيار العالي بتحكم الدقة في السرعة وتشغيل الخسارة المنخفضة.رابعاً، محولات الرنين عالية التردد: في طوبولوجيات الرنين مثل LLC و DCX ، خصائص التبديل عالية السرعة لأجهزة GaN تمكن من تشغيل التبديل الناعم ،القضاء تماما على خسائر التبديل وتعظيم كثافة الطاقة.