Innovationen zur Überwindung von Schaltverlusten

Sie müssen definitiv in Ihre Halbleitertechnologie investieren, um eine herausragende Geräteleistung und wirklich gute FoMs zu erreichen. Dazu gehören Innovationen zur Verbesserung vorhandener Technologien oder die Entwicklung neuer Materialien mit einer grundlegend besseren Leistung, wie z. B. die Galliumnitrid (GaN)-Technologie für Anwendungen mit höherem Spannungsbereich.

In Abbildung 7 werden zwei Abwärtswandler mit 3,3-V bzw. 1,8-V miteinander verglichen, bei denen verschiedene Stromversorgungs-Prozesstechnologien von Texas Instruments (TI) zum Einsatz kommen. Die Komponente TPS54319 von TI nutzt den bisherigen Stromversorgungsknoten von TI, die TPS62088 dagegen den neuesten Stromversorgungsknoten von TI mit niedrigeren RQ FoMs. Wie die Wirkungskurve zeigt, kann der TPS62088, im Vergleich zum TPS54319 bei 2 MHz, bei praktisch dem gleichen Wirkungsgrad bei 4 MHz umschalten. Dadurch kann die Größe des externen Induktors um die Hälfte verringert werden. Da der neue Stromversorgungsknoten von TI auch eine deutliche Verringerung des R_sp ermöglicht, verringert sich die gesamte Gehäusegröße von 4 auf 0,96 mm². Obwohl die somit erreichte geringere Gehäusegröße aus Sicht der Leistungsdichte sehr attraktiv ist, bringt sie Herausforderungen durch die einhergehende Temperaturerhöhung mit sich, die wir in einem der nächsten Abschnitte ansprechen werden.

Der TPS54319 schaltet bei 2 MHz um und nutzt den vorherigen Stromversorgungsknoten von TI, der TPS62088 mit dem neuesten Stromversorgungsknoten von TI mit verbesserten Schalt-FoMs schaltet dagegen bei 4 MHz um.

Die einzigartige Kombination von ausbleibender Sperrverzögerung, niedriger Ausgangsladung und hoher Anstiegsrate bei Galliumnitrid ermöglichen neue Totem-Pole-Topologien, wie z. B. brückenlose Leistungsfaktorkorrekturen. Diese Topologien weisen eine höhere Effizienz und Leistungsdichte als Silizium-MOSFETs auf. Abbildung 8 zeigt einen direkten Vergleich der GaN-Technologie von TI bei 600 V im Vergleich mit einigen der branchenweit besten Siliziumkarbid (SiC)- und Superjunction-Halbleiterbausteine. Die GaN-Technologie von TI bietet wesentlich geringere Verluste und ermöglicht dadurch höhere Frequenzen.