会社ブログについて サプライST GaNパワーIC: GaNドライバー、GaNコンバーター、統合スマートGaN

ST GaN パワー IC を供給:GaN ドライバー、GaN コンバーター、統合スマート GaN

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I. ST GaN ドライバー: 正確な駆動、高周波数、高効率動作のための強固な基盤を築く

GaN HEMT デバイスのゲート特性は、従来のシリコン MOSFET のゲート特性とは大きく異なり、駆動電圧、駆動速度、タイミング精度、および干渉に対する耐性に対して非常に高い要求が課されます。通常のシリコンベースのドライバーは、GaN デバイスの高周波動作要件を満たすことができず、スイッチング歪み、デバイスの故障、過剰な EMI などの問題が発生しやすくなります。 STのGaN専用ドライバのSTDRIVE®シリーズは、GaNパワーデバイス用に特別に作られたドライブチップです。これらは GaN デバイスの電気特性に正確に適合し、高周波電力変換システムに安定した安全な駆動コアを提供します。

コア製品と技術仕様に関して、STDRIVE シリーズは、高度な統合、超高速応答時間、および堅牢な保護機能を備えています。代表的なモデルとしては、STDRIVEG212、STDRIVEG610、STDRIVEG612などがあります。中でも、STDRIVEG610 は 300 ns の超高速ターンオン時間を誇り、高周波電力変換アプリケーションに適しています。 STDRIVEG212 および STDRIVEG612 は、正確で安定した 5V の専用ゲート ドライブ信号を出力でき、それぞれ最大定格 220V および 600V の高電圧 GaN デバイスをサポートします。これらはエンハンスメントモードGaN HEMTの駆動閾値要件に完全に一致し、不十分な駆動によって引き起こされる過電圧破壊や急激な電力損失の問題を完全に排除します。

汎用ドライバと比較して、STのGaNドライバには複数の重要な利点があります。まず、強力な高周波適応性を提供し、MHz レベルの高周波スイッチング動作をサポートします。これにより、GaN デバイスの高周波性能が最大限に発揮され、電源の電力密度の向上と、トランスやコンデンサなどの受動部品のサイズの縮小に役立ちます。第二に、低電圧ロックアウト (UVLO)、過電流保護、タイミング ロジック保護などの機能を内蔵した包括的な統合保護機能を備えており、ハイサイドとローサイドのトランジスタ間の短絡や電圧異常によるデバイスの損傷を効果的に防止し、システムの安定性を向上させます。第三に、干渉に対する優れた耐性を提供します。専用のドライブアーキテクチャを利用して、スイッチング信号の立ち上がりエッジと立ち下がりエッジを正確に制御し、高周波スイッチングノイズを抑制し、システムEMI設計の複雑さを軽減します。第 4 に、PCB レイアウト スペースを大幅に節約し、小型化された電源設計の要求を満たすコンパクトな QFN パッケージを利用したコンパクトなパッケージを特徴としています。

このドライバ シリーズは、高周波スイッチング電源、産業用インバータ、モータ ドライブ、急速充電アダプタ、および新エネルギー車用の補助電源で広く使用されています。これらは、ディスクリートGaNデバイスと組み合わせて電源回路を構築するために使用したり、将来の統合GaNデバイスに適合させたりすることができ、STのGaNパワー・エコシステムの基本的なコア・コンポーネントとなります。

II. ST GaNコンバータ: モノリシック集積により中電圧および高電圧の電源設計を簡素化

中小規模電力アプリケーション向けの軽量、低コスト、大量生産可能なオフライン電源という業界の課題に対処するため、STは、高電圧GaNパワーコンバータのVIPerGaNシリーズを発売しました。これらの高度に統合されたモノリシック パワー IC は、700V 高電圧 GaN パワー トランジスタ、擬似共振 PWM 制御回路、電圧調整フィードバックおよび保護回路を含むコア モジュールをすべて単一チップ内に組み合わせています。外部ドライバチップが不要なため、「シングルチップ電力変換」が可能となり、フライバック電源の設計プロセスが大幅に簡素化されます。

VIPerGaN シリーズは、50W ～ 100W の主流の電力定格をカバーする包括的な製品ポートフォリオを提供します。主なモデルには、VIPerGaN50W、VIPerGaN65W、VIPerGaN100W、VIPerGaN100WB が含まれ、すべてコンパクトな 5×6 mm QFN パッケージを採用しています。このコンパクトな設計により、電源装置が占有するスペースが 60% 以上削減され、スリムで軽量なデバイスの設計要件を完全に満たします。 VIPerGaN65D などの主流モデルは、広い入力電圧範囲をサポートし、ZVS (ゼロ電圧スイッチング) 擬似共振テクノロジーを組み込んでいます。ダイナミック ブランキングおよびバレー同期機能と組み合わせることで、パワー デバイスが常に最小限の損失の状態でスイッチングすることが保証され、軽負荷条件と全負荷条件の両方で非常に高い変換効率を維持しながら、スイッチング損失と導通損失が大幅に削減されます。

技術的な利点という点では、STのGaNコンバータは、従来のシリコンベースのフライバック電源の性能限界を突破しました。第一に、高周波、高効率の省エネルギーを実現し、従来のシリコン デバイスのスイッチング周波数をはるかに上回るスイッチング周波数を実現します。これにより、ユニットの全体的な変換効率を大幅に向上させながら、受動部品パラメータの要件が軽減され、Tier 6 などの厳しい省エネルギー基準を満たします。第二に、設計が非常にシンプルで大量生産に適していることです。シングルチップの統合アーキテクチャにより、周辺コンポーネントの数が大幅に削減され、PCB 配線の複雑さと材料コストが削減されると同時に、製品開発サイクルが短縮されます。最後に、動作は静かで低ノイズであり、擬似共振動作モードによりスイッチングノイズが効果的に抑制され、従来の電源に関連する高周波鳴きの問題が解決され、スマートホームやオーディオビジュアル機器などのノイズに敏感なアプリケーションに適しています。

現在、VIPerGaN シリーズのコンバータは、携帯電話やラップトップ用の急速充電アダプタ、スマートホーム電源、テレビ用補助電源、中小規模のオフライン産業用電源などのアプリケーションで広く使用されています。これは、中小規模の電力用 GaN 電源の普及を促進する中核製品です。

Ⅲ． STの統合スマートGaN（MasterGaNシリーズ）：システムインパッケージ（SiP）、ハイエンドパワーコア

中～高電力、高信頼性、高集積化を必要とするハイエンド電力アプリケーション向けに、STは統合型スマートGaNデバイスのMasterGaNシリーズを発売しました。高度なシステムインパッケージ（SiP）テクノロジーを利用したこれらは、ハイエンドのスマートパワーデバイスを代表するものであり、STのGaNテクノロジーの中核となる主力製品です。このシリーズのデバイスは、GaNパワー・トランジスタ、専用ゲート・ドライバ、ブートストラップ・ダイオード、保護回路、さらにはLDO電圧レギュレータ・モジュールを高度に統合することで、ディスクリート・コンポーネントの組み合わせの制限を克服し、高性能、高集積、高インテリジェンスを兼ね備えた統合ハーフブリッジ・トポロジ電源ユニットを形成します。

クラシックな MASTERGAN1 モデルは、ベース スマート GaN デバイスとして機能し、定格 650V、オン抵抗 150mΩ の 2 つのエンハンスメント モード GaN トランジスタを統合し、専用のハイサイドおよびローサイド ゲート ドライバおよび統合ブートストラップ ダイオードと組み合わせています。これにより、外部ブートストラップ回路が不要になり、ハーフブリッジ トポロジの構築が簡素化されます。このデバイスには、両面 (高電圧および低電圧) UVLO 低電圧保護、過熱保護、過電流保護などの包括的な保護メカニズムが組み込まれており、異常な動作条件によって引き起こされるデバイスの損傷を効果的に防止し、要求の厳しい産業用途や新エネルギー用途に適しています。

アップグレードされた MASTERGAN6 および MASTERGAN7 シリーズは技術的な進歩を表しており、内蔵 LDO 電圧レギュレータ モジュールを統合した業界初の GaN スマート デバイスの 1 つです。外部安定化電源を必要とせずに自己給電が可能なため、周辺回路の設計がさらに簡素化されます。さらに、これらのデバイスは -6 V までの負電圧耐性をサポートしているため、ハードスイッチング トポロジに適しています。干渉や電圧サージに対する耐性が大幅に強化され、システムの安定性と適応性が包括的にアップグレードされ、より厳しい要件を持つ高電力変換アプリケーションの要求に応えます。

MasterGaN シリーズの核となる利点は、3 つの重要な側面に集中しています。まず、極端な統合です。単一のデバイスがハーフブリッジ電源トポロジーの全機能を実現し、複数のディスクリートコンポーネントとドライバーチップの従来の組み合わせを置き換えることにより、システムサイズを大幅に縮小し、配線内の寄生パラメータを最小限に抑えます。第二に、高周波高性能動作: GaN 材料の特性と最適化された駆動タイミングを活用して、シリコンベースのソリューションをはるかに超える電力密度で高周波動作をサポートし、定格 200W 以上の PFC+LLC 共振電源、超薄型テレビ用電源、高出力産業用電源などのアプリケーションに適しています。第三に、インテリジェントで信頼性が高いことです。安定した駆動タイミング制御と組み合わされた包括的な内蔵保護メカニズムにより、寄生発振と貫通電流のリスクが効果的に抑制され、システム故障の可能性が低減され、長期連続動作を伴う厳しい動作条件に適したソリューションとなります。

このシリーズのデバイスは、ハイエンドの高出力急速充電、産業用スイッチング電源、新エネルギー貯蔵電源、ハイエンド家庭用電化製品用の高電力供給システムなど、ミッドエンドからハイエンドの電力変換アプリケーションで主に使用されます。これは、高出力電源の小型化と効率向上のための中核となるソリューションです。

IV. STの3つの主要なGaNパワーICカテゴリの比較

STの3層GaN製品システム（ドライバ、コンバータ、スマート統合デバイスで構成）は、包括的で差別化された市場での存在感を確立し、さまざまなレベルの市場需要に正確に応えています。基本的なコアとしての GaN 固有のドライバーは、カスタマイズされたディスクリート回路設計と互換性があり、最高レベルの柔軟性を提供します。 GaNモノリシックコンバータは、標準化された中小規模の電力アプリケーションを対象としており、設計を大幅に簡素化し、コストを削減し、消費者向け高速充電のマスマーケットに最適です。統合型スマート GaN デバイスは、ハイエンドの中出力から高出力のアプリケーションに焦点を当てており、高集積、高インテリジェンス、高信頼性を通じて産業および新エネルギーなどの業界の高度な要件を満たします。

業界の類似製品と比較して、STのGaNパワーICの全製品は、成熟したSiPパッケージング技術、独自の駆動アルゴリズム、包括的な保護メカニズムに支えられており、高周波干渉、低い安定性、設計の複雑さ、一貫性のない量産など、GaNデバイス・アプリケーションの問題点に効果的に対処し、それによってGaN技術への参入障壁を大幅に下げます。同時に、包括的な製品ポートフォリオは数十ワットから数百ワットまでの電力シナリオをカバーしており、家庭用電化製品、産業用制御、新エネルギーを含む複数のセクターが電力システムの効率的でコンパクトでインテリジェントなアップグレードを実現すると同時に、第 3 世代半導体電力技術の産業化を継続的に推進することを支援します。