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Texas Instruments (TI), étoffe son portefeuille de dispositifs de gestion de l’alimentation haute tension en y ajoutant des transistors à effet de champ (FET) au nitrure de gallium (GaN) de 650 V et 600 V, dédiés aux applications automobiles et industrielles. Grâce à un pilote de grille intégré de 2,2 MHz à commutation rapide, cette nouvelle famille de transistors FET GaN aide les ingénieurs à doubler la densité de puissance de leurs systèmes, à garantir une disponibilité de 99 % et à réduire de 59 % la taille des composants magnétiques de puissance par rapport aux solutions existantes. Développés à partir des matériaux en nitrure de gallium et des capacités de traitement propriétaires de TI, sur un substrat en nitrure de gallium sur silicium (GaN-on-Si), ces nouveaux transistors sont plus avantageux que les solutions sur des substrats comparables (par exemple le carbure de silicium, ou SiC) en termes de coût et d’approvisionnement.

L’électrification métamorphose l’industrie automobile. De plus en plus de consommateurs réclament une capacité de charge plus rapide et une plus grande autonomie. Pour les ingénieurs, le défi consiste donc à concevoir des systèmes compacts, légers, sans compromis sur les performances des véhicules. Les nouveaux transistors FET en nitrure de gallium (GaN) de TI dédiés à l’automobile participent à réduire jusqu’à 50 % la taille des chargeurs embarqués et des convertisseurs CC/CC des véhicules électriques par rapport aux solutions en silicium (Si) ou en carbure de silicium (SiC) existantes, permettant ainsi d’améliorer l’autonomie de la batterie, de renforcer la fiabilité des systèmes et de diminuer les coûts de conception. En matière de systèmes industriels, ces nouveaux composants garantissent une efficacité et une densité de puissance élevées sur les applications d’alimentation CA/CC, pour lesquelles il importe de limiter les pertes et la place occupée sur le circuit imprimé. Sont concernés, notamment, les plateformes numériques hyperscale ou d’entreprise, ou encore les redresseurs des réseaux de télécommunication 5G.

« Par nature, les technologies de semiconducteurs à large bande interdite, comme le nitrure de gallium, garantissent des performances solidement établies en électronique de puissance, tout particulièrement pour les systèmes haute tension » indique Asif Anwar, directeur du département Groupe motopropulseur, caisse, châssis et sécurité chez Strategy Analytics. « Texas Instruments s’appuie sur plus d’une décennie d’investissements et de travaux de développement pour proposer une approche globale unique, qui combine la production et la mise en boîtier en interne de composants en nitrure de gallium sur silicium (GaN-on-Si), et un pilote en silicium optimisé destiné à réussir l’intégration de la technologie GaN à de nouvelles applications. »

« Les applications industrielles et automobiles réclament de plus en plus de puissance dans un espace de plus en plus réduit, et les ingénieurs doivent proposer des systèmes de gestion de l’alimentation éprouvés, capables de fonctionner de manière fiable sur toute la durée de vie de l’équipement final qui est longue » explique Steve Lambouses, vice-président chargé de l’alimentation haute tension chez TI. « Grâce à ses performances étayées par plus de 40 millions d’heures de fonctionnement sur différents appareils et plus de 5 GWh de conversion de puissance dans le cadre de tests d’applications, la technologie au nitrure de gallium de TI offre la fiabilité de fonctionnement à long terme dont les ingénieurs ont besoin, quel que soit leur secteur. »

Doubler la puissance volumique avec moins de composants

Sur les applications haute tension et haute densité, optimiser le gain de place sur le circuit imprimé est un facteur de conception important. À mesure que les systèmes électroniques se miniaturisent, leurs composants doivent également devenir plus petits et se rapprocher les uns des autres. Le nouveau transistor FET en nitrure de gallium de TI intègre un pilote à commutation rapide ainsi que des fonctions de protection interne et de détection de température, permettant aux ingénieurs de proposer des systèmes de gestion de l’alimentation ultra performants tout en réduisant la place qu’ils occupent sur les circuits imprimés. Grâce à ce pilote, ainsi qu’à la puissance volumique élevée de la technologie au nitrure de gallium de TI, ils peuvent éliminer plus de 10 composants généralement nécessaires sur les solutions de base. De plus, chacun de ces nouveaux transistors FET 30 m§Ù peut gérer une conversion de puissance maximale de 4 kW dans une configuration en demi-pont.

Garantir la correction de facteur de puissance (PFC) la plus efficace du marché

Le nitrure de gallium offre l’avantage d’une commutation rapide, gage de systèmes plus compacts, plus légers et plus efficaces. Habituellement, ces capacités de commutation rapide sont obtenues au prix de pertes de puissance plus importantes. Pour éviter ce compromis, les nouveaux transistors FET au nitrure de gallium sont dotés du mode « diode idéale ». Sur les dispositifs de correction de facteur de puissance, par exemple, celui-ci réduit de 66 % les pertes dans le troisième quadrant par rapport aux transistors à effet de champ à structure métal-oxyde-semiconducteur (MOSFET) basiques en nitrure de gallium et carbure de silicium. Le mode « diode idéale » élimine également la nécessité d’une commande adaptative des temps morts, ce qui simplifie les firmwares et réduit leur durée de développement. Pour en savoir plus, consultez la note d’application « Optimiser la puissance du nitrure des technologies au nitrure de gallium en mode "diode idéale" ».

Optimiser les performances thermiques

Grâce à une impédance thermique 23 % plus faible que son concurrent le plus proche, le boîtier des transistors FET en nitrure de gallium de TI permet aux ingénieurs de profiter d’une dissipation de puissance plus faible et simplifie les aspects thermiques de la conception. Les nouveaux composants assurent une flexibilité maximale en la matière, en permettant d’opter pour un boîtier refroidi par le haut ou par le bas. De plus, la fonction intégrée de reporting numérique de la température permet une gestion active de la puissance, de sorte que les ingénieurs sont en mesure d’optimiser les performances thermiques du système pour différentes charges et conditions d’exploitation.

Offre groupée, disponibilité et prix

Les quatre nouveaux transistors FET en nitrure de gallium 600 V industriels sont disponibles dès à présent en version de préproduction, exclusivement sur TI.com, dans un boîtier QFN (quad flat no-lead) de 12 x 12 mm. Les prix sont indiqués dans le tableau ci-dessous. TI prévoit un passage en production au cours du premier trimestre 2021. Les modules d’évaluation sont proposés sur TI.com à partir de 199 US$. Le site offre différentes options de paiement, de ligne de crédit et d’expédition fiable et rapide.

Des versions de préproduction des nouveaux transistors FET en nitrure de gallium pour l’automobile LMG3522R030-Q1 et LMG3525R030-Q1 650 V devraient être disponibles à l’achat sur TI.com au premier trimestre 2021.

http://www.ti.com/