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高効率/高電圧/スイッチモード電源にGaN FETを適用する理由と方法 (Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介)
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高効率/高電圧/スイッチモード電源にGaN FETを適用する理由と方法 (Digi-Key社【アプリケーションラボ】技術解説記事のご紹介) | ||
「アプリケーションラボ」は、Digi-Key社のご協力をいただいて、Digi-Key社が公開している新製品や技術情報を日本語でご紹介するWebページです。基礎技術から最新技術まで有益な情報を公開していますので、是非ご活用ください。 今回は、電力変換効率の高いGaN FETの特長とNexperia社のGaN FETの使い方について解説した記事をご紹介します。 ■高効率/高電圧/スイッチモード電源にGaN FETを適用する理由と方法 現在は、電気自動車(EV)の開発ならびに電力需要の増加に対処するため、電力変換効率の高い半導体が求められています。しかし、従来のシリコン(Si)ベースの半導体の性能は理論限界に近づいていて、現在以上に性能を上げることが難しくなっています。そこで、注目されて開発が進んでいるのが、シリコンカーバイド(SiC)や窒化ガリウム(GaN)などのワイドバンドギャップ材料を用いた半導体です。 バンドギャップは、電子を価電子帯から伝導帯に励起させるのに必要なエネルギーです。Siの場合は1.1eV(電子ボルト)ですが、SiCは3.3eV、GaNは3.4eVという高い値を示し、Siに比べて大幅に高い電圧、高い周波数、高い温度で動作させることが可能になります。さらにスイッチング損失や伝導損失も低く、伝導特性とスイッチング特性はSiのおよそ10倍優れています。  HEMT構造のGaN FETの断面図 HEMT構造は、絶縁層となるGaN層の上に第2層となるAlGaN層を形成することで、AlGaNの下に発生する電子の移動路をGaN層に形成します。HEMT構造では、不純物がないGaN層を電子が移動するため電子移動度が非常に高速になり、高速なスイッチングが可能になります。なお、HEMTは1979年に富士通の三村高志氏が発明しました。  NexperiaのGaN FET GAN063-650WSAとGAN041-650WSBは、650V耐圧でノーマリオフのNチャンネルGaN FETです。パルス状の過渡電圧には800Vまで耐えられます。GAN063-650WSAのドレイン-ソース間オン抵抗は50mΩ(最大60mΩ)、定格ドレイン電流は34.5A、最大許容損失は143Wです。また、GAN041-650WSBのドレイン-ソース間オン抵抗は35mΩ(最大41mΩ)、定格ドレイン電流は47.2A、最大許容損失は187Wです。 ここで解説されているデバイスは、マルツオンラインのウェブサイトで購入できますので、是非参考にしてください。
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