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窒化ガリウム(GaN)集積回路による電源効率の向上 (DigiKey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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MAIL MAGAGINE No. 2103 2026. 3. 3 |
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窒化ガリウム(GaN)集積回路による電源効率の向上 (DigiKey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、DigiKey社のご協力をいただいて、DigiKey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、現代の電源を小型化するには不可欠といえるGaN半導体の特長とGaNを用いた高効率で信頼性の高いフライバック電源ICについて解説した記事をご紹介します。 ■窒化ガリウム(GaN)集積回路による電源効率の向上 Si(シリコン)半導体よりも高温かつ高速に動作するという利点から、GaN(窒化ガリウム)やSiC(炭化ケイ素)といったワイドバンドギャップ半導体が注目されています。ただし、GaNとSiCでは物性が大きく異なるため、用途も明確に異なっています。 GaNはオン抵抗や出力容量が非常に小さく、高速スイッチングが可能でスイッチング損失が少ないという特長があります。このため、高効率化や高周波化が求められる電源に適しており、電源回路の小型化に大きく寄与します。 一方、SiCは150～200℃の高温環境でも安定に動作し、かつ高耐圧を実現できることから、EVインバータ、太陽光発電システム、産業用モータドライブなど、数kW～数百 kWクラスの高電力機器に使用されています。 GaNデバイスを用いた回路設計においては、高速スイッチングを行うためEMIが発生しやすくなります。また、寄生容量や寄生インダクタンスの影響を強く受けるため、ドライバを近接配置しないとリンギングが増大し、スイッチング波形が乱れやすくなります。こうした問題に対応するため、最近ではGaN素子とドライバ、保護回路を一体化した集積型ICが開発されています。 【アプリケーションラボ】の解説記事では、GaN半導体を使用する利点および回路設計上の問題点などについて解説した後、Power Integrations社が開発したPowiGaN技術を搭載したInnoSwitch3を紹介しています。 Power Integrations社は、1988年に設立された米国カリフォルニア州サンノゼに本社を置く企業で、GaNを使用したスイッチング電源向けのアナログ/ミックスドシグナルICを主力にしています。 InnoSwitch3は、高効率かつ高信頼性のオフラインAC/DCフライバック電源ICです。一般的に一次側と二次側の絶縁にはフォトカプラが用いられますが、フォトカプラは経年劣化やノイズ耐性の弱さによりEMIの悪化を招くことがあります。InnoSwitch3ではこれらの課題を解消するために、FluxLinkと呼ばれる磁気結合方式を採用し、高速で安定した絶縁通信を実現しています。 さらに、一次側の高耐圧スイッチと二次側のコントローラ、同期整流(SR)ドライバを1チップに統合することで、寄生インダクタンスを最小化し、ノイズ耐性の向上と部品点数の削減を達成しています。 用途に応じて、USB-PDやPPS、急速充電器向けのInnoSwitch3-CP(Constant Power)、産業用/家電/補助電源向けのInnoSwitch3-EP(Enhanced Performance)、I2Cによるデジタル制御で電圧/電流/周波数を可変できるInnoSwitch3-PRO(Programmable)など、複数のバリエーションが用意されています。 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。 ▽InnoSwitch3-CPフライバックスイッチャIC【INN3270C-H114-TL】 プライマリスイッチ、同期整流、FluxLinkフィードバック、定電力プロファイルを備えたオフラインCV/CC QRフライバックスイッチャIC。定電力制御が可能で、ヒートシンクなしで50W～100Wを扱うことができる。
▽InnoSwitch3-EPフライバックスイッチャIC【INN3696C-H606-TL】 プライマリスイッチ、同期整流、FluxLinkフィードバックを統合したオフラインCV/CC QRフライバックスイッチャIC。可変電圧制御が不要な用途向け。
▽InnoSwitch3-PROフライバックスイッチャIC【INN3365C-H301-TL】 高電圧スイッチ、同期整流、FluxLinkフィードバックを内蔵したデジタル制御オフラインCV/CC QRフライバックスイッチャIC。
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| ▼ ノイズキャンセル回路 【LP80：制御回路編】 ノイズキャンセル回路の原理を実験する教育用の回路基板です。 入力音声信号に対して、出力信号では打ち消された信号が出力されます。 教育向け回路基板の製作もお問い合わせ下さい。 資料のダウンロードはこちらから。 その他の技術情報一覧はこちらをご覧ください。回路設計に関するご相談・お見積りは無料です。こちらからお気軽にお問合せください。 |
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