Die Produktfamilie der Mittelspannungs-CoolGaN-Transistoren G5 mit integrierter Schottky-Diode steigert laut Hersteller die Leistung von Stromversorgungssystemen, indem sie unerwünschte Totzeitverluste (deadtime losses) reduziert.

Das Problem

Bei hart schaltenden Anwendungen können GaN-basierte Topologien aufgrund der größeren effektiven Body-Diode-Spannung (V SD) von GaN-Bauteilen zu höheren Leistungsverlusten führen. Verstärkt wird dieser Effekt durch lange Totzeiten des Controllers, was dazu führt, dass der Wirkungsgrad geringer ist als angestrebt. Um dem entgegenzuwirken, wurde für die Leistungsentwicklung bisher entweder eine externe Schottky-Diode benötigt, die parallel zum GaN-Transistor geschaltet wird, oder es wurde versucht, die Totzeiten über Controller zu reduzieren. Dies erschwert laut Infineon den Entwicklungsprozess und erhöht den Zeit- und Kostenaufwand.

Der Lösungsansatz

Mit dem CoolGaN-Transistor 100V G5 lässt sich das Design vereinfachen. Mit einer integrierten Schottky-Diode eignet sich der GaN-Transistor für den Einsatz in Server- und Telekom-IBCs, DC/DC-Wandlern, Synchrongleichrichtern für USB-C-Ladegeräte und Hochleistungsnetzteile sowie für Motorantriebe.

Aufgrund des Fehlens einer Body-Diode hängt die Sperrspannung (V RC) von GaN-Transistoren von der Schwellenspannung (V TH) und der Gate-Vorspannung im ausgeschalteten Zustand (V GS) ab. Zudem liegt die Schwellspannung eines GaN-Transistors in der Regel über der Einschaltspannung einer Siliziumdiode, was im sogenannten dritten Quadranten – also beim Sperrleitungsbetrieb – einen Nachteil darstellt. Der CoolGaN-Transistor reduziert diese Durchlassverluste in Sperrrichtung, bietet eine höhere Kompatibilität mit einer Vielzahl von High-Side-Gate-Treibern und ermöglicht durch geringere Anforderungen an die Totzeit eine einfachere Anbindung an verschiedene Controller.

Der erste der geplanten GaN-Transistoren mit integrierter Schottky-Diode ist der 100-V-1,5-mΩ-Transistor in einem PQFN-Gehäuse mit Abmessungen von 3mm x 5mm.

Technische Muster und Datenblätter sind auf Anfrage erhältlich.