Elektronik Neuer Automotive-GaN-FET verdoppelt Leistungsdichte

Texas Instruments hat einen Automotive-GaN-FET mit integriertem Treiber, Schutzfunktionen und aktivem Power-Management vorgestellt. Damit bietet sich eine Alternative zu SiC für Leistungselektroniken.

Texas Instruments (TI) erweitert sein Hochspannungs-Power-Management-Portfolio um eine neue Generation von Galliumnitrid-Feldeffekttransistoren (GaN-FETs). Angeboten werden FETs mit einer Nennspannungen von 650 V für Automotive- und mit 600 V für Industrieanwendungen.

Mit ihrem integrierten, schnell schaltenden 2,2-MHz-Gatetreiber verdoppelt laut TI diese GaN-FET-Familie die Leistungsdichte. Außerdem betrage der Wirkungsgrad 99 Prozent und der Bauraum reduziere sich gegenüber bestehenden Produkten um 59 Prozent. TI hat die FETs mit seinen proprietären GaN-Werkstoffen und seiner Prozesskompetenz auf einem GaN-on-Silicon-Substrat entwickelt, was kostenmäßige und logistische Vorteile gegenüber vergleichbaren Substratmaterialien wie Siliziumkarbid (SiC) bietet.

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Bis zu 50 Prozent geringerer Platzbedarf

Die neuen Automotive-GaN-FETs von TI sollen dazu beitragen, den Platzbedarf von Onboard-Ladegeräten und Gleichspannungswandlern von Elektrofahrzeugen gegenüber der bestehenden Si- oder SiC-Technik um bis zu 50 Prozent zu reduzieren. Dadurch lässt sich mehr Reichweite pro Batterieladung, eine erhöhte Systemzuverlässigkeit und niedrigere Designkosten erzielen.

Die neue Halbleiter-Baureihe von TI enthält diverse interne Schutzfunktionen. Diese Integration im Verbund mit der hohen Leistungsdichte der GaN-Technik gebe Ingenieuren die Möglichkeit, auf mehr als zehn Bauelemente, die in diskreten Schaltungen üblicherweise benötigt werden, zu verzichten.

Thermischer Wirkungsgrad

Die neuen GaN-FETs besitzen einen Ideal-Diode-Modus. Bei der Leistungsfaktor-Korrektur zum Beispiel senkt der Ideal-Diode-Modus die Verluste im dritten Quadranten im Vergleich zu diskreten GaN- und SiC-Mosfets um bis zu 66 Prozent. Außerdem ermöglicht der Ideal-Diode-Modus den Verzicht auf eine adaptive Totzeitregelung.

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TI gibt an, den thermischen Wirkungsgrad gegenüber dem nächsten Konkurrenten um 23 Prozent gesenkt zu haben. Die neuen Bauelemente bieten die Möglichkeit, zwischen einem ober- oder unterseitig gekühlten Gehäuse zu wählen. Die integrierte digitale Temperaturmeldung der FETs erlaubt ferner ein aktives Power-Management.

Vorserien-Exemplare der neuen Automotive-GaN-FETs sowie die zugehörigen Evaluierungsmodule sind voraussichtlich im ersten Quartal 2021 verfügbar.

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