Выполненные исследования и полученные результаты позволяют предприятиям исключить дорогостоящий этап выполнения научно-исследовательских работ по анализу возможности и перспектив применения транзисторов на основе нитрида галлия (GaN) и сразу приступить к реализации опытно-конструкторских работ по разработке целевой аппаратуры на базе этих изделий.
Московская компания «Инженерные решения» провела испытания силовых GaN-транзисторов ТНГ-К 65020П, разработанных НИИ электронной техники (входит в ГК «Элемент»), на возможность применения в силовых каскадах источников вторичного питания. Для проведения тестирования была разработана тестовая плата.
Основными целями изучения являлись:
– Определение оптимальной схемотехники и топологии для цепей управления транзистором.
– Проведение тестирования транзистора в условиях, близких к требованиям новых разработок;
– Определение реальных предельных динамических характеристик транзистора;
– Принять решение о возможности применения транзисторов данного типа в новых разработках.
Тестирование проводилось в нормальных условиях.
Испытания подтвердили возможность применения изделий АО «НИИЭТ» в силовой преобразовательной технике при использовании с запасом по току стока и напряжению сток-исток. Кроме того, были сформулированы рекомендации по схемотехническим решениям.
Второе испытание прошло в лаборатории преобразовательной техники кафедры электроники факультета радиотехники и электроникиНовосибирского государственного технического университета с целью исследования динамики работы GaN-транзистора.
На базе GaN-транзистора типа ТНГ-КВ 65020 был создан синхронный понижающий преобразователь с платой управления.
Данные испытания включали в себя:
• Проверку работоспособности преобразователя на частоте 100 кГц;
• Измерение динамических параметров;
• Измерение динамических параметров платы управления;
• Определение максимальной частоты работы преобразователя опытным путем.
В ходе предварительных испытаний было установлено:
• – GaN-транзисторы АО «НИИЭТ» можно использовать в качестве силовых ключей в полупроводниковых преобразователях для систем электропитания с высокой удельной мощностью и частотой до 10 МГц.
• Особенности конструктивного исполнения транзисторов в корпусах PDFN 10х10 мм позволяют сочетать компактный размер корпуса с возможностью отвода тепла через печатную плату на алюминиевой подложке. Но для лучшего отвода тепла при увеличении мощности следует разместить силовую плату на радиаторе.
• Для повышения частоты коммутации рекомендуется использование цифровой системы управления с возможностью программного задания временных параметров управляющих импульсов и мертвого времени.
Данными испытаниями независимые эксперты в области силовой электроники подтвердили заявленные АО «НИИЭТ» характеристики транзисторов и возможность реализации на их основе электронных модулей и блоков с характеристиками, превосходящими возможности традиционных кремниевых транзисторов.
Силовые транзисторы на основе технологии нитрида галлия серии ТНГ-КВ разработаны АО «НИИЭТ» для работы в ключевом режиме. Изделия обладают быстрым и контролируемым временем спада и нарастания. Спектр применения данных транзисторов очень широк. Они будут оптимальны в зарядных устройствах для различных гаджетов и электромобилей, системах управления электродвигателями, системах преобразования электрической энергии для альтернативных источников, системах питания беспроводных устройств и космических аппаратов, робототехнике и даже в медицинских изделиях.
На предприятии работы в области GaN-технологии ведутся уже более 10 лет.
По словам разработчиков, нитрид галлия отличается от кремния повышенной подвижностью электронов и увеличенной электрической прочностью. Это означает, что при одинаковых значениях сопротивления и пробивного напряжения GaN-транзистор имеет меньшие размеры и меньшие межэлектродные емкости по сравнению с кремниевым аналогом. Это обеспечивает вдвое выше удельные токи и на два порядка большие рабочие частоты GaN-транзисторов по сравнению с кремниевыми приборами.
Нитрид-галлиевая (GaN) технология внесена в ключевое направление «Научно-техническое развитие» Стратегии развития электронной промышленности Российской Федерации на период до 2030 года.