Integrierte 600-V-GaN-Halbbrücke vereinfacht Leistungsdesign

Hochfrequente Leistungswandlung nutzt zunehmend GaN-Transistoren, um Verluste zu reduzieren und passive Bauelemente zu verkleinern. Allerdings erschweren Layout-Empfindlichkeit und Gate-Ansteuerung häufig die Implementierung. Infineon Technologies AG hat mit der CoolGaN™ Drive HB 600 V G5-Familie einen integrierten Leistungsteil vorgestellt, der Schalter und Steuerung in einem Gehäuse kombiniert und sich an industrielle und Consumer-Elektronik richtet.

Leistungsstufe statt diskretem Aufbau
Die neue Serie — IGI60L1111B1M, IGI60L1414B1M, IGI60L2727B1M und IGI60L5050B1M — kombiniert zwei 600-V-GaN-Schalter in Halbbrückentopologie mit High-Side- und Low-Side-Gate-Treiber sowie Bootstrap-Diode in einem einzigen Bauteil.

Konventionelle GaN-Designs benötigen separate Treiber, minimierte Stromschleifen und zahlreiche externe Komponenten zur Kontrolle von Schaltgeschwindigkeit und Stabilität. Die Integration reduziert die Bauteilanzahl und vereinfacht das Leiterplattenlayout, insbesondere in schnell schaltenden Stufen, in denen parasitäre Induktivitäten Schaltverluste und elektromagnetisches Verhalten beeinflussen. Dadurch verkürzt sich die Entwicklungszeit, während typische GaN-Vorteile wie höhere Schaltfrequenzen, geringere Leit- und Schaltverluste sowie höhere Leistungsdichte erhalten bleiben.

Zeitverhalten für Hochfrequenzwandlung
Die integrierte Halbbrücke richtet sich an Schaltnetzteile und kleine Motorantriebe, bei denen die Schaltgeschwindigkeit die Größe magnetischer Bauteile und das dynamische Verhalten bestimmt. Das Bauteil erreicht eine Signallaufzeit von 98 ns bei geringer Kanalabweichung und ermöglicht damit ein reproduzierbares Timing bei hohen Schaltfrequenzen.

Standard-PWM-Logikpegel werden direkt unterstützt, betrieben wird die Stufe mit einer einzigen 12-V-Gate-Versorgung. Eine schnelle UVLO-Erholung stabilisiert den Betrieb beim Einschalten und bei Versorgungseinbrüchen und unterstützt kontrolliertes Schalten in digital geregelten Leistungswandlersystemen.

Gehäuse und Thermik
Die Bausteine sind in einem 6 × 8 mm² großen TFLGA-27-Gehäuse mit freiliegenden Pads zur Wärmeabfuhr untergebracht. Der thermische Pfad ermöglicht in vielen kompakten Anwendungen den Betrieb ohne zusätzlichen Kühlkörper und erhöht die Integrationsdichte etwa in Netzteilen, Embedded-Power-Modulen und kompakten Antrieben.

Durch die Integration von Schaltern, Treibern und Bootstrap-Schaltung in einem Gehäuse verlagert die CoolGaN™ Drive HB 600 V G5-Familie den Einsatz von GaN-Technologie von diskreter Optimierung hin zu einem einsatzfertigen Funktionsblock innerhalb effizienter Leistungselektronik-Architekturen.

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