窒化ガリウム(GaN)

概要

CoolGaN™：新たなパワー・パラダイム
最高の効率と信頼性

窒化ガリウム（GaN）がもたらすメリットは、シリコンのそれを上回ります。特に、臨界電界がより高いことはパワー半導体デバイスにとって大きな魅力です。卓越した固有のダイナミックなオン状態抵抗、ならびにシリコンのMOSFETと比較して小さい電気容量により、窒化ガリウム（GaN）のHEMTは高速のスイッチングに優れた性能を発揮します。結果的に電力の節約、ならびにシステム全体のコスト削減につながるだけでなく、より高い動作周波数が可能となり、電力密度やシステム全体の効率性が向上します。

窒化ガリウム（GaN）のトランジスタが持つ最も重要な特性が、その逆回復性能です。インフィニオンのCoolGaN™トランジスタは少数キャリアやボディーダイオードを持っていないため、逆回復が生じることはありません。このことにより、ハーフブリッジトポロジーによく適合します。

インフィニオンのCoolGaN™は、最大600Vの電圧範囲での電力変換に向けた高い効率性を誇るGaNトランジスタ技術です。半導体市場で長年にわたり豊富な経験を培ったインフィニオンは、従来のエンドツーエンドの大量生産にe-modeの概念をもたらしました。先駆的な品質により最高の水準が保証され、市場に流通しているすべてのGaN HEMTの中で信頼性と性能が最も高いソリューションがもたらされます。

CoolGaN™を採用したスイッチドモードの電力回路は、より高度なエネルギー効率とより優れた電力密度によるメリットを享受することができます。これは、最新鋭のシリコンデバイスでは不可能なことです。200-250 kHzを上回る高い周波数の操作で、スイッチング速度はエネルギーの移動が起きる方法を決定付ける際の鍵となります。インフィニオンのCoolGaN™が誇る超高速スイッチングにより、無駄時間はとても短く抑えられることになります。寿命は15年を超え、故障率は1 FITを下回ると予測されていることから、顧客はその高い信頼性と品質を享受することができます。  

インフィニオンのすべての電力トランジスタと同様に、CoolGaN™シリーズは、GaN EiceDRIVER™ファミリーを含む一連のゲートドライバによりサポートされています。

高電圧CoolGaN™ 600Vスイッチで効率的に動作するように開発されたインフィニオンの単一チャネル絶縁GaN EiceDRIVER™ ICで設計の単純さを、ならびに一連の幅広いGaN評価基板で短い市場化時間を実現させましょう。インフィニオンの高性能CoolGaN™ e-mode HEMTは、上側および下側冷却SMDパッケージとして入手可能です。きわめて高い効率性と電力密度、ならびにそれぞれのアプリケーション（用途）における最善の熱挙動を可能にします。これらのe-mode HEMTは、市場において最も堅牢で高性能のコンセプトを伴うサーバー、データ通信、通信システム、アダプター/充電器、ワイヤレス充電、およびオーディオをはじめとする消費者および産業アプリケーション（用途）の数々を対象としています。

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アプリケーション

数々のアプリケーション（用途）における窒化ガリウムCoolGaN™ e-mode HEMT

インフィニオンの窒化ガリウムCoolGaN™ファミリーは、さまざまなアプリケーション（用途）に採用される幅広いシステムに多大な価値を付加します。これらのe-mode HEMTは、市場において最も堅牢で高性能のコンセプトを伴うサーバー、データ通信、通信システム、アダプター/充電器、ワイヤレス充電、およびオーディオをはじめとする消費者および産業アプリケーション（用途）の数々を対象としています。

サーバーの電源や通信システムなど、高電力のアプリケーション（用途）にインフィニオンのCoolGan™を採用することで、コストの削減が実現し、ラックごとにより大きな電力を確保することが可能となります。さらに、そのハードスイッチングの能力により制御方式がより簡素化され、次善のシリコン製代替製品と比較して効率性の面でいくつかのメリットがもたらされることになります。

アダプターと充電器の電力供給に窒化ガリウム（GaN）の技術を導入することで電力密度が飛躍的に高まり、小型化と軽量化が可能となり、高い効率性を誇る数々のソリューションが誕生することになります。ワイヤレスの電力伝送にインフィニオンのCoolGan™を採用することで、より高い電力レベルで高い効率性が発揮され、クラスEの設計で最適なチューニングが可能になります。

クラスDオーディオのCoolGan™ 400Vデバイスは、オーディオの性能を最大限に高め、結果として卓越した音質が実現します。さらに、熱設計の可能性がほぼ無限に広がります。とても使いやすく、インフィニオンのMERUS ™クラスDオーディオアンプとの互換性に優れます。

サーバーSMPS

 LLC DC-DC段と組み合わせ、トーテムポール構成のPFC回路に、窒化ガリウムCoolGaN™エンハンスメント・モードHEMTを実装することにより、98.5%以上のシステム効率（48V出力電圧システム向け）を実現。米国のデータセンターにおいて、年間で合計20億kWhを削減（0.15 USD/kWh で、最大3億米国ドル）。

GaNベースのSMPSソリューションは、現在のシリコンベースのソリューションによる30～40W/in3から、80W/in3以上の高い電力密度に向上させることにより、ラックあたりの計算能力を向上させます。

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テレコムSMPS

運用維持費（OPEX）および資本的経費（CAPEX）の節約、基板電源フットプリントの総合的な削減、ソリューションの堅牢性の高さは、今後も電気通信システムインフラ開発において重要な項目です。インフィニオンの窒化ガリウムCoolGaN™ソリューションは、インフィニオンの厳格な品質検査基準に準拠すると同時に、業界標準となる効率を全動作領域で提供することにより、このような課題に対応しています。

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アダプターおよび充電器

インフィニオンのCoolGaN™は、最大20W/in3の電力密度を実現するアダプターおよび充電器に対するブレークスルーで（最大出力65W）、ハーフブリッジトポロジーのCoolGaN™が、スイッチング周波数と効率を同時に向上させることにより実現しています。

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ワイヤレス給電

窒化ガリウムCoolGaN™エンハンスメント・モードHEMTは、（特に30W以上の）D級アンプで最適同調を実現し、6.78MHzのワイヤレス給電において、シリコンを凌ぐメリットを提供します。

  • 低VDS時に大きな増加をみせない、ほぼ線形の低出力容量が、広い負荷インピーダンス範囲でのZVS動作を可能にします。
  • 相当のシリコンMOSFETに比べきわめて低いQG
  • ５Vゲート駆動、非常に低いゲート駆動損失
  • 堅牢性の高いデバイス：ショットキーゲート構造ではなく自己クランプゲート

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D級オーディオアンプ

インフィニオンのCoolGaN™技術により、D級オーディオアンプの理論的に最適な性能へと近づくことができます。CoolGaN™独自の特性は、D級オーディオアンプに最適です。ボディーダイオードの逆回復電荷量（QRR）ゼロ、高い直線性の入出力容量、非常に速いスイッチング速度（低いQgdおよびRG）という利点により、最適なスイッチング波形が得られ、理想的なスイッチを実現します。こうした理想的なスイッチング波形は、オーディオ性能を最大化し、D級オーディオアンプにおける電力損失を最小化するための前提条件です。

窒化ガリウムCoolGaN™400Vエンハンスメント・モードHEMTは現在開発中。近日リリース予定。

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