Controladores GaN para conversión de potencia de alta velocidad

STMicroelectronics ha presentado dos controladores de compuerta de media puente para transistores GaN HEMT de modo enriquecido, orientados a aplicaciones de control de movimiento y conversión de potencia que requieren alta velocidad de conmutación, eficiencia térmica e integración compacta.

Conmutación de alta frecuencia en electrónica de potencia
Los dispositivos de nitruro de galio (GaN) se adoptan cada vez más en electrónica de potencia debido a su capacidad de conmutación rápida y menores pérdidas en comparación con soluciones basadas en silicio. Los nuevos controladores soportan estas características mediante señales de compuerta de 5 V con control preciso y alta inmunidad a transitorios.

Las dos variantes cubren diferentes clases de tensión: una hasta 220 V y otra hasta 600 V, lo que permite su uso en múltiples sistemas industriales, como accionamientos de motores, fuentes de alimentación y convertidores.

Un retardo de propagación de 50 ns, estrechamente igualado entre los canales high-side y low-side, permite una conmutación sincronizada. Además, una inmunidad dV/dt de ±200 V/ns garantiza un funcionamiento estable en entornos de conmutación rápida, lo que favorece mayores velocidades de rotación y una mejor eficiencia del sistema.

Arquitectura integrada que reduce la complejidad del diseño
Los controladores integran múltiples funciones que normalmente se implementan de forma discreta, incluyendo reguladores LDO en el lado alto y bajo, un diodo bootstrap y protecciones como bloqueo por subtensión (UVLO).

Un regulador de arranque rápido integrado estabiliza la alimentación del controlador, asegurando un comportamiento consistente durante el encendido. Esto reduce la necesidad de componentes externos y optimiza la lista de materiales (BOM).

La etapa de salida proporciona rutas separadas de suministro y absorción de corriente, con capacidades de hasta 1,8 A (sink) y 0,8 A (source). Esto permite ajustar de forma independiente los tiempos de encendido y apagado, optimizando dV/dt y dI/dt sin necesidad de diodos externos de apagado, lo que reduce la inductancia parásita y mejora la velocidad de conmutación.

Protección integrada y mecanismos de apagado inteligente
Para aplicaciones industriales, los controladores incorporan múltiples funciones de protección. Un comparador integrado detecta sobrecorriente y desactiva ambos dispositivos GaN.

El mecanismo de apagado inteligente (Smart Shutdown) mantiene los interruptores apagados el tiempo suficiente para permitir la recuperación térmica. Un pin de fallo dedicado informa sobre condiciones de sobrecorriente, sobretemperatura y UVLO al sistema de control.

Flexibilidad de integración en sistemas industriales
Los dispositivos admiten entradas lógicas tolerantes hasta 20 V e incluyen un pin de apagado dedicado para reducir el consumo energético durante periodos de inactividad, facilitando la integración en arquitecturas de control existentes.

Ambos controladores están calificados para operar entre −40 °C y 125 °C y se suministran en un encapsulado compacto QFN de 4 mm × 5 mm, adecuado para diseños de alta densidad de potencia.

Ámbito de aplicación y posicionamiento
Estos controladores están diseñados para aplicaciones de conmutación dura donde la tecnología GaN aporta mejoras de eficiencia, como en control de movimiento, automatización industrial y conversión de potencia.

En comparación con controladores basados en silicio, las soluciones optimizadas para GaN permiten mayores velocidades de conmutación y menores pérdidas, lo que se traduce en componentes pasivos más pequeños y una mayor eficiencia global en sistemas industriales modernos.

Editado por la periodista industrial Sucithra Mani con la ayuda de IA.

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