GaN-Leistungstransistoren verbessern Effizienz in Notebook-Netzteilen

Netzteile für Laptops setzen zunehmend auf moderne Leistungshalbleiter, um kleinere Bauformen bei gleichzeitig hoher Ausgangsleistung und Effizienz zu ermöglichen. In diesem Zusammenhang gab die Infineon Technologies AG bekannt, dass Chicony Power die CoolGaN™ Transistors G5 in mehreren Hochleistungs-Notebookadapter-Designs einsetzt.

GaN-Bauelemente ermöglichen höhere Leistungsdichte beim Laptop-Laden
Notebook-Netzteile wandeln typischerweise eine Wechselspannung in eine geregelte Gleichspannung um. Dieser Prozess erfolgt über mehrere Leistungswandlungsstufen, darunter Leistungsfaktorkorrektur (PFC) und DC/DC-Wandlung. Diese Stufen basieren auf Leistungsschaltern, die Effizienz, Schaltfrequenz und thermisches Verhalten direkt beeinflussen.

Chicony Power hat Infineons CoolGaN™ Transistors G5 in Adapterplattformen integriert, die für Notebooks eines großen OEM-Kunden entwickelt wurden. Gallium-Nitrid-(GaN)-Bauelemente werden in der Leistungselektronik zunehmend eingesetzt, da sie mit höheren Frequenzen schalten können als konventionelle Silizium-MOSFETs und gleichzeitig geringere Schalt- und Leitverluste aufweisen.

Durch diese Schalteigenschaften können Entwickler passive Komponenten wie Transformatoren und Induktivitäten verkleinern. Dadurch entstehen kompaktere Netzteile, die hohe Ausgangsleistungen liefern und gleichzeitig kleinere Bauformen ermöglichen – ein wichtiger Faktor für portable Computergeräte.

Hybrid-Drain-GaN-Architektur für stabiles Schaltverhalten
Die CoolGaN™ G5-Bauelemente basieren auf Infineons Hochspannungs-GaN-Technologie mit einer Hybrid-Drain-GIT-Architektur (Gate Injection Transistor). Diese Architektur ist darauf ausgelegt, eine robuste Gate-Ansteuerung sowie stabiles Schaltverhalten in hochfrequenten Leistungswandlern zu ermöglichen.

Zu den elektrischen Eigenschaften zählen ein verbessertes dynamisches Verhalten von RDS(on) während Schaltvorgängen sowie eine höhere Sättigungsstromfähigkeit. Diese Eigenschaften unterstützen eine stabile und effiziente Arbeitsweise während schneller Schaltzyklen in Leistungswandlerstufen.

Im Vergleich zur vorherigen Generation von Infineon-GaN-Bauelementen erreicht die G5-Familie eine Leistungsverbesserung von bis zu 30 Prozent bei Standard-Kennzahlen, darunter der Parameter RDS(on) × Qg, der häufig zur Bewertung der Schalteffizienz von Leistungstransistoren verwendet wird.

Adapterarchitektur für Hochfrequenzbetrieb ausgelegt
In den von Chicony Power entwickelten Adapterdesigns unterstützen die GaN-Bauelemente eine Hochfrequenz-Leistungsarchitektur, die optimierte PFC- und DC/DC-Wandlungsstufen kombiniert. Höhere Schaltfrequenzen ermöglichen es Entwicklern, die Betriebsfrequenz zu erhöhen, was zu höherer Leistungsdichte und kleineren Wandlerkomponenten führt.

Das Design berücksichtigt außerdem EMV-optimierte Entwicklungsansätze. Schaltprofile, Leiterplattenlayout und Filterstrukturen werden so abgestimmt, dass elektromagnetische Störungen reduziert werden, während ausreichende Konformitätsreserven gegenüber regulatorischen Anforderungen erhalten bleiben.

Auch das thermische Design spielt bei kompakten Netzteilen eine zentrale Rolle. Die Adapterarchitektur ist für eine stabile Leistung bei Ausgangsleistungen zwischen 100 W und 300 W ausgelegt und hält dabei die Betriebstemperaturen innerhalb kompakter Gehäuse auf einem kontrollierbaren Niveau.

Diese Leistungsbereiche sind typisch für moderne Notebooks mit leistungsstarken Prozessoren und Schnellladefunktionen.

Ausbau der GaN-Fertigungskapazitäten
Infineon hat sein Portfolio an Gallium-Nitrid-Produkten erweitert und innerhalb eines Jahres mehr als 40 neue GaN-Produktankündigungen veröffentlicht. Parallel dazu implementiert das Unternehmen eine 300-Millimeter-Waferfertigung für GaN-Bauelemente.

Die Produktion auf 300-mm-Wafern ermöglicht eine höhere Anzahl von Halbleiterchips pro Wafer im Vergleich zu kleineren Substraten. Dadurch lassen sich Produktionskapazitäten erhöhen und größere Stückzahlen von GaN-basierten Leistungshalbleitern für Verbraucher- und Industrieanwendungen bereitstellen. Erste Muster aus dieser Fertigung wurden bereits an Kunden ausgeliefert.

Der Einsatz von GaN-Halbleitern in Notebook-Netzteilen steht für einen breiteren Wandel in der Leistungselektronik hin zu Wide-Bandgap-Materialien, die eine effizientere und kompaktere Leistungswandlung in Computer- und Consumer-Elektronik-Anwendungen ermöglichen.

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