НИИЭТ разработал новые силовые GaN-транзисторы с шифрами ТНГ-К 45030, ТНГ-К 10030, ТНГ-К 20020, ТНГ-К 20040, ТНГ-К 45020. Тестовые образцы изделий доступны для опробования всем желающим.

Изделия на базе нитрида галлия привлекательны в качестве альтернативы кремниевым силовым транзисторам, которые до последнего времени являлись основой таких силовых устройств как источники питания, AC/DC, DC/DC-преобразователи, приводы электродвигателей. По мере развития технологий параметры кремниевых ключей постоянно улучшались: снижалось сопротивление открытого канала R_DS(ON), увеличивалось рабочее напряжение, повышалась скорость переключения, минимизировались габаритные размеры и др. В настоящее время технологии производства практически достигли пика своего совершенства, и параметры кремниевых МОП-транзисторов оказались близки к теоретическому пределу, определяемому фундаментальными физическими ограничениями кремния.

«Нитрид галлия отличается от кремния повышенной подвижностью электронов и увеличенной электрической прочностью. Это означает, что при заданных значениях сопротивления и пробивного напряжения GaN-транзистор будет иметь меньшие размеры по сравнению с кремниевым аналогом», – рассказал начальник дизайн-центра проектирования твердотельной СВЧ-электроники полупроводниковых приборов и РЭА Андрей Цоцорин.

Применение данных транзисторов позволяет добиться увеличения КПД до 97-98%, тогда как при использовании изделий на кремнии этот показатель достигает только 93-94%.

 «Рабочие частоты у силовых GaN-транзисторов на 2 порядка выше, чем у кремниевых и достигают десятков МГц, а ударные токи выше ориентировочно вдвое»,-уточнил эксперт.

GaN-ключи также обладают чрезвычайно высокой скоростью переключений и минимальным временем обратного восстановления, что является важным условием для уменьшения потерь и повышения эффективности устройств, в которых они работают.

Различия между кремниевыми и нитрид-галлиевыми силовыми транзисторами определяются свойствами полупроводниковых материалов. Во-первых, сопротивление открытого канала GaN-транзистора R_DS(ON) является чрезвычайно низким, что приводит к значительному уменьшению статических потерь проводимости во включенном состоянии. Во-вторых, структура GaN-транзистора обеспечивает минимальную входную емкость, что позволяет добиваться высокой скорости переключений. В результате GaN-транзисторы способны коммутировать напряжения в сотни вольт с длительностью переходных процессов в наносекундном диапазоне. Это делает их идеальным выбором для построения мощных импульсных источников питания с большими выходными токами и рабочими частотами до нескольких десятков мегагерц. Кроме того, увеличение частоты коммутации позволяет уменьшить номиналы емкостей и индуктивностей выходных фильтров, благодаря чему удастся получать компактные решения с минимальными габаритными размерами.

Силовые GaN-транзисторы применяются в источниках вторичного электропитания для радиоэлектронной аппаратуры, корректорах коэффициента мощности, активных выпрямителях, зарядных устройствах для различных гаджетов, электромобилей, в системах управления электродвигателями, системах преобразования электрической энергии для альтернативных источников (солнечные батареи, ветрогенераторы), системах питания беспроводных устройств и космических аппаратов, в робототехнике, в медицинских изделиях, системах питания для оборудования МРТ, в усилителях класса D и др.

«У усилителей класса D на базе таких транзисторов уровень гармонических искажений не повышается с увеличением частоты, а переходные характеристики близки к идеалу, благодаря чему усилители, можно сказать, ничего не добавляют в звук от себя. По мнению экспертов AlliedMarketResearch, рынок усилителей класса D вырастет до 4.92 миллиарда долларов США к 2026 году, в то время как в 2018-м он составлял 2.49 миллиарда долларов», – добавил Андрей Цоцорин.