会社ブログについて Nexperia GaN製品のリサイクル：GaN双方向スイッチ、GaN FET

Nexperia GaN 製品のリサイクル:GaN 双方向スイッチ、GaN FET

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I. Nexperia GaN 双方向スイッチ

Nexperia GaN 双方向スイッチは、双方向電流制御および双方向電圧ブロック用途向けに特別に開発された革新的なパワーデバイスです。これは、GaN の固有の特性を活用してネイティブな双方向伝導および耐電圧能力を実現することにより、「2 つのシリコン MOSFET を連続して接続する」という従来の双方向回路設計に革命をもたらします。これにより、システム アーキテクチャが大幅に簡素化され、コンポーネントのコストと PCB の設置面積が削減され、バッテリ管理、負荷スイッチング、および回路保護のためのコア アップグレード コンポーネントになります。

1. コア技術と製品の優位性

従来のシリコンベースの双方向回路ソリューションと比較して、Nexperia の GaN 双方向スイッチは、包括的なパフォーマンス上の利点を提供します。第一に、このデバイスはネイティブな双方向電気特性を備えており、整合した MOSFET を必要とせずに双方向の電流伝導と電圧ブロックを可能にします。これにより、デバイスのマッチングエラーや従来の直列構成に伴う寄生パラメータの蓄積の問題が完全に排除され、回路の安定性が大幅に向上します。第二に、GaN の高い電子移動度を活用して、このデバイスは極めて低いオン抵抗 (Rds(on)) と超低い伝導損失を特徴としており、動作温度の上昇を効果的に低減し、システムの熱管理の要求を軽減します。

さらに、このシリーズのスイッチは超高速のスイッチング応答時間を実現し、高周波動作条件下での損失はシリコンベースのデバイスよりもはるかに低くなります。これにより、高周波電力変換設計がサポートされ、電力密度の向上と機器全体のサイズの縮小に役立ちます。このデバイスは、デュアル MOSFET アーキテクチャを単一のチップで置き換えることにより、非常に高い集積度を特長としており、コンポーネントの数を直接削減し、PCB レイアウトを簡素化し、製造コストと組み立てコスト、および回路故障の可能性を削減します。さらに、この製品は、幅広い動作温度範囲で優れた熱安定性と干渉耐性を備えているため、RoHS、鉛フリー、REACH 環境コンプライアンス要件を満たしながら、要求の厳しい産業および自動車用途に適しています。

2. 主要な製品モデルと仕様の特徴

Nexperia は、低電圧 GaN 双方向スイッチ製品の開発を優先しており、主力モデル GANB4R8-040CBA は、コンパクトで高性能なアプリケーションのベンチマーク デバイスとして機能します。このデバイスは、40V の電圧定格、わずか 4.8mΩ の標準オン抵抗、および非常に低いオン抵抗損失を特徴としています。デフォルトのオフ状態を備えたエンハンスメント モードのノーマリーオフ設計を利用することで、回路の安全性が強化され、幅広い制御スイッチング アプリケーションに適しています。このデバイスは、2.1 mm × 2.1 mm のウェハレベル チップスケール パッケージ (WLCSP) に収容されているため、必要なスペースが最小限に抑えられ、ポータブル家庭用電化製品や小規模エネルギー貯蔵デバイスなど、スペースに制約のあるアプリケーションに最適です。

3. 主要なアプリケーションシナリオ

Nexperia の GaN 双方向スイッチは、3 つの主要分野にわたるコア アプリケーションを備えた幅広い双方向電力制御シナリオに合わせて正確に調整されています。まず、リチウムイオン電池の充放電の双方向制御と逆接続保護に使用されるバッテリー管理システム (BMS)。これらは従来のデュアル MOSFET 保護回路を置き換え、設計を簡素化しながら保護の応答速度を向上させます。 2 つ目はスマート ロード スイッチで、ポータブル デバイス、スマート ホーム アプリケーション、小型産業用負荷の双方向オン/オフ制御に使用され、低損失の電力スイッチングを可能にします。第三に、回路の逆方向保護と電流制限のアプリケーションで、低電圧エネルギー貯蔵モジュール、ウェアラブルデバイス、自動車の低電圧回路に適しており、効率的で安定した回路保護と電力調整を実現します。

II. Nexperia GaN 電界効果トランジスタ (GaN FET)

Nexperia GaN 電界効果トランジスタは、GaN HEMT テクノロジーに基づいて構築された汎用双方向パワー スイッチング デバイスです。これらは、エンハンスメント モード (E モード) とコモン ソース カスコード (カスコード) の 2 つの主要な技術アーキテクチャに分類されており、低電圧 (<80 V)、中電圧 (80 ～ 200 V)、高電圧 (650 V) の全電圧範囲をカバーします。これらは、家庭用電化製品、産業用電源、サーバー コンピューティング、再生可能エネルギーの太陽光発電、通信用電源など、幅広い高電力および低電力アプリケーションと完全な互換性があり、従来のシリコン MOSFET を置き換え、電源効率と電力密度を向上させるための重要なコンポーネントです。

1. コア技術アーキテクチャと利点

Nexperia の GaN FET は、独自の高電圧 GaN HEMT テクノロジーと成熟した低電圧シリコン MOSFET プロセスを組み合わせ、高性能と高信頼性の両方を実現します。全製品範囲にノーマリーオフのエンハンスメントモード設計が採用されており、オン状態での漏れ電流のリスクが排除されています。これにより、従来のシリコン MOSFET 駆動ロジックとの互換性を維持しながら、シンプルな回路制御と高い安全性が確保され、大幅な回路変更を必要とせずにシームレスな交換やアップグレードが可能になります。

このデバイスは、動的損失と逆導通損失が極めて低く、業界をリードするソフトスイッチング性能を備えています。高周波動作条件下でスイッチング損失を効果的に低減し、最大 99% 以上の電力変換効率を実現します。さらに、広いゲート駆動電圧範囲 (0 ～ 12 V) を提供し、主流の電源ドライバー IC と互換性のあるシンプルで多用途な駆動設計を可能にし、研究開発とデバッグのコストを削減します。この製品範囲は、DFN、TO-247、TOLL、CCPAK などの主流オプションを含むさまざまなパッケージ タイプで提供されており、コンパクトな民生用アプリケーションと高出力産業用アプリケーションの両方のニーズに応えます。さらに、これらのデバイスは寄生パラメータが極めて低く、スイッチング速度が速く、電磁干渉が低減されているため、高周波でコンパクトな設計が容易になります。

2. 完全な製品ポートフォリオと主要モデル

Nexperia の GaN FET 製品ポートフォリオは、電圧および電力アプリケーションの全範囲をカバーしており、3 つの主要な製品グループに分類されています。主要な量産モデルは、優れたパフォーマンスと優れた互換性を提供します。

(1) 高耐圧650V級GaN FET

主に中出力から高出力の産業用および新エネルギー用途向けに設計されており、コア モデルには GAN140-650EBE、GANC035-650VSH、GAN039-650NBB が含まれます。このうち、GAN140-650EBEはオン抵抗140mΩの8mm×8mm DFNパッケージを採用しています。高い汎用性を備え、幅広い中電圧から高電圧の従来型電力変換装置に適しています。 GANC035-650VSH は、オン抵抗が 35 mΩ と低い TO-247-4 高出力パッケージを採用しており、大電流動作条件に対応でき、産業用電源や太陽光発電マイクロインバータに適しています。 GAN039-650NBB は CCPAK1212 パッケージを採用しており、コンパクトなフォームファクタと極めて低い損失を実現し、高密度高電圧電源設計に適しています。

(2) 中低圧GaN FET

最大 80 V の低電圧アプリケーションをカバーしており、主に家庭用電化製品、急速充電、小規模エネルギー貯蔵シナリオをターゲットとしています。超低オン抵抗と超高速スイッチング速度のおかげで、これらは携帯電話の急速充電器、アダプタ、ポータブルパワーバンクなどのデバイスで広く使用されており、充電効率を効果的に向上させ、充電器のサイズを縮小し、コンパクトなフォームファクタで高電力を供給する製品のアップグレードを可能にします。

3. コアアプリケーションシナリオ

Nexperia GaN FET は、全電圧対応範囲、低損失および高損失特性、および高い信頼性を備えており、複数の業界にわたるコア アプリケーションに適しています。家庭用電化製品分野では、小型化と高効率充電を実現するために、高出力 GaN 急速充電器、電源アダプタ、ポータブルエネルギー貯蔵装置に使用されています。コンピューティングおよびサーバー分野では、サーバーの電源やデータセンターの電源モジュールに使用されており、その高周波および高効率特性によりエネルギー消費が削減され、電力密度が向上します。産業および新エネルギー分野では、産業用スイッチング電源、太陽光発電マイクロインバーター、モータードライブ、充電ポイント用の補助電源に利用されています。通信分野では、5G基地局の電源モジュールや通信電源に使用され、高周波、高安定性、長寿命といった動作要件を満たしています。

Ⅲ． 2 つの製品カテゴリの主な違いと選択の推奨事項

Nexperia の GaN 双方向スイッチと GaN 電界効果トランジスタは明確に配置されており、相互に補完し合うため、アプリケーション シナリオに基づいて正確に選択できます。 GaN 双方向スイッチは、低電圧双方向制御と回路簡素化を目的として設計されています。その主な利点は、2 つの MOSFET を 1 つのチップで置き換えることにあります。これらは、回路の単純さと設置面積の最小化を優先する、バッテリの充放電保護、双方向負荷スイッチング、低電圧逆方向保護などのアプリケーションに適しています。 GaN FET は、単方向高周波電力変換および全電圧電力アプリケーション向けに設計されており、低電圧から高電圧、および低電力から高電力までの範囲をカバーします。これらは、高効率、高電力密度、幅広い動作条件の互換性を優先し、さまざまな電源インバータ、整流器、電力変換アプリケーションに適しています。