Trong thế giới điện tử ngày nay, bộ chuyển đổi nguồn là cần thiết cho mọi thứ, từ thiết bị y tế, bộ sạc điện thoại và máy tính xách tay cho đến các nguồn điện phụ trợ. Kích thước bao bì liên tục thu hẹp, quản lý nhiệt, điện áp đầu vào thay đổi và giao thức sạc thông minh đã khiến việc thiết kế bộ nguồn và bộ chuyển đổi ngày càng phức tạp, đồng thời đặt ra yêu cầu cao hơn về hiệu quả sử dụng năng lượng.
Trong thập kỷ qua, các công nghệ chuyển mạch mới sử dụng mạch tích hợp trên chip (IC) gallium nitride (GaN) đã xuất hiện. Đặc tính của mạch gali nitrit khác nhau ở cấp độ nguyên tử, vì vậy các nhà thiết kế bộ chuyển đổi năng lượng phải đối mặt với cả thách thức lẫn giải pháp.
Chất bán dẫn GaN có dải tần rộng; Ở mức 3,4 eV, dải cấm của nó lớn hơn ba lần so với chất bán dẫn silicon. Giống như các vật liệu có dải thông rộng khác, chất bán dẫn GaN có khả năng hoạt động ở điện áp và nhiệt độ cao hơn lên tới +400 ° C, khiến chúng phù hợp với các ứng dụng có công suất cao hơn cũng như hoạt động ở tần số cao hơn, khiến chúng phù hợp với các ứng dụng tần số vô tuyến (RF) và 5G.
So với IC silicon, mạch tích hợp GaN tối ưu hóa các tổn thất liên quan đến bóng bán dẫn như trở kháng nối tiếp (RDS (ON)) và điện dung song song (COSS) với kích thước bên ngoài nhỏ hơn trong các ứng dụng bộ chuyển đổi nguồn. Với cùng kích thước như IC silicon, IC GaN không chỉ có thể xử lý tần số cao hơn mà còn tạo ra ít nhiệt hơn. Tính năng này cho phép các nhà thiết kế thu nhỏ hoặc loại bỏ các tản nhiệt cồng kềnh.
Tuy nhiên, việc điều khiển bóng bán dẫn GaN có thể gặp nhiều thách thức. Loại bóng bán dẫn này có thể chịu được tần số cao, nghĩa là bộ điều khiển phải được đặt gần bóng bán dẫn để loại bỏ độ trễ và giảm tốc độ chuyển mạch của bóng bán dẫn một cách hiệu quả, tránh nhiễu điện từ (EMI) không cần thiết. Các nhà thiết kế bộ chuyển đổi nguồn sử dụng GaN loại bỏ những thách thức này bằng cách sử dụng một thiết bị duy nhất kết hợp công tắc nguồn điện áp cao cho phía sơ cấp (đầu vào) và IC điều khiển và mạch phản hồi cho phía thứ cấp (đầu ra).
Đặc điểm chi tiết hoạt động của công tắc
Power Integrations sử dụng công nghệ PowiGaN ™ InnoSwitch 3 đã phát triển nhiều loạt thiết bị đóng gói như vậy. Ví dụ: IC công tắc chuyển đổi dòng InnoSwitch 3-CP (Hình 1) sử dụng bộ điều khiển flyback gần như cộng hưởng (QR) để cung cấp đầu ra điện áp không đổi (CV)/dòng điện không đổi (CC) để đạt được đường cong công suất (CP) không đổi.
Mặt sơ cấp và thứ cấp của IC được cách ly về điện, nhưng thông tin về điện áp và dòng điện đầu ra được truyền từ bộ điều khiển thứ cấp đến bộ điều khiển chính thông qua khớp nối cảm ứng. Công nghệ truyền thông FluxLink có thể nhanh chóng cung cấp thông tin chính xác để đạt được phản hồi tức thời tải nhanh và chuyển đổi tần số lên đến 70 kHz.