Di dunia elektronik saat ini, konverter daya diperlukan untuk segala hal mulai dari perangkat medis, pengisi daya telepon dan laptop, hingga catu daya tambahan. Ukuran kemasan yang terus menyusut, manajemen termal, tegangan input variabel, dan protokol pengisian daya cerdas telah menjadikan desain catu daya dan konverter semakin kompleks, sekaligus menuntut efisiensi energi yang lebih tinggi.
Dalam dekade terakhir, teknologi saklar baru yang memanfaatkan sirkuit terintegrasi (IC) on-chip galium nitrida (GaN) telah muncul. Karakteristik rangkaian galium nitrida bervariasi pada tingkat atom, sehingga perancang konverter daya menghadapi tantangan dan solusi.
Semikonduktor GaN memiliki celah pita yang lebar; Pada 3,4 eV, celah pitanya lebih dari tiga kali lipat semikonduktor silikon. Seperti material celah pita lebar lainnya, semikonduktor GaN mampu beroperasi pada tegangan dan suhu lebih tinggi hingga+400 °C, sehingga cocok untuk aplikasi daya lebih tinggi, serta beroperasi pada frekuensi lebih tinggi, sehingga cocok untuk aplikasi frekuensi radio (RF) dan 5G.
Dibandingkan dengan IC silikon, sirkuit terintegrasi GaN mengoptimalkan kerugian terkait transistor seperti impedansi seri (RDS (ON)) dan kapasitansi paralel (COSS) dengan dimensi eksternal yang lebih kecil dalam aplikasi konverter daya. Dengan jejak yang sama dengan IC silikon, IC GaN tidak hanya dapat menangani frekuensi yang lebih tinggi namun juga menghasilkan panas yang lebih sedikit. Fitur ini memungkinkan desainer untuk mengecilkan atau menghilangkan heat sink yang besar.
Namun, pengendalian transistor GaN mungkin menantang. Transistor jenis ini dapat menahan frekuensi tinggi, yang berarti driver kontrol harus ditempatkan secara fisik dekat dengan transistor untuk menghilangkan penundaan dan secara efektif mengurangi kecepatan peralihan transistor, menghindari interferensi elektromagnetik (EMI) yang tidak perlu. Perancang konverter daya yang menggunakan GaN menghilangkan tantangan ini dengan menggunakan satu perangkat yang menggabungkan sakelar daya tegangan tinggi untuk sisi primer (input) dan IC kontrol serta rangkaian umpan balik untuk sisi sekunder (output).
Karakteristik rinci dari operasi saklar
Integrasi Daya memanfaatkan teknologi PowiGaN ™ InnoSwitch 3 telah mengembangkan beberapa seri perangkat yang dikemas tersebut. Misalnya, IC sakelar konversi seri InnoSwitch 3-CP (Gambar 1) menggunakan pengontrol flyback kuasi resonan (QR) untuk memberikan output tegangan konstan (CV)/arus konstan (CC) untuk mencapai kurva daya konstan (CP).
Sisi primer dan sekunder IC diisolasi secara elektrik, tetapi informasi tegangan dan arus keluaran ditransmisikan dari pengontrol sekunder ke pengontrol primer melalui kopling induktif. Teknologi komunikasi FluxLink dapat dengan cepat memberikan informasi yang akurat untuk mencapai respons transien beban yang cepat dan beralih frekuensi hingga 70 kHz.