Neue GaN-IC-Plattform von ST verbessert die Effizienz der Bewegungssteuerung
GaN-Technologie erweitert sich auf Motorantriebe
STMicroelectronics hat eine neue Smart-Power-Komponentenplattform auf Basis von Galliumnitrid (GaN) vorgestellt. Diese Technologie, bereits beliebt in hocheffizienten Adaptern, ist nun für die Bewegungssteuerung optimiert. Sie ermöglicht erhebliche Energieeinsparungen und Leistungssteigerungen bei Haushaltsgeräten und Industriemotoren.
Steigerung der Effizienz für Haushaltsgeräte und Industriesysteme
Die Plattform richtet sich direkt an Motoranwendungen. Sie treibt Geräte wie Waschmaschinen, Elektrowerkzeuge und Fabrik-Servoantriebe an. Die ersten Produkte, GANSPIN611 und GANSPIN612, steuern Motoren bis 400 W. Sie eignen sich für Kompressoren, Pumpen und Lüfter. Die Pin-Kompatibilität der beiden ermöglicht eine einfache Skalierung des Designs.
Wesentliche Merkmale für zuverlässige, kompakte Designs
Im Gegensatz zu Standardtreibern steuert dieses System-in-Package die Schaltvorgänge präzise. Es verwaltet Ein- und Ausschaltzeiten, um die Belastung der Motorwicklungen zu reduzieren. Dies minimiert auch elektromagnetische Störungen. Eine konfigurierbare Flankensteilheit erleichtert die Einhaltung strenger EMV-Vorschriften wie der EU-Richtlinie.
Größen- und Kostenreduzierung
Die GaN-Transistoren zeichnen sich durch sehr niedrige RDS(on)-Werte aus. Dies minimiert Leistungsverluste und Wärmeentwicklung. Folglich können viele Anwendungen auf den Kühlkörper verzichten. Diese Änderung reduziert Materialkosten und Leiterplattenfläche um bis zu 60 %. Der GANSPIN611 ist derzeit in einem thermisch verbesserten QFN-Gehäuse erhältlich.
Einblick des Autors: Ein strategischer Wandel im Leistungsdesign
Der Schritt von ST signalisiert die Reife von GaN über das Schnellladen hinaus hin zur Kernmotorsteuerung. Durch die Integration des Treibers und der Halbbrücke mit robusten Schutzfunktionen wird eine große Hürde für die Akzeptanz reduziert: die Designkomplexität. Für Ingenieure bedeutet dies eine schnellere Markteinführung von Produkten, die höhere Effizienz und Leistungsdichte benötigen. Der Branchentrend ist klar; siliziumbasierte Lösungen stehen zunehmend in Konkurrenz zu Wide-Bandgap-Halbleitern wie GaN in leistungsrelevanten Segmenten.
Integrierter Schutz und Systemrobustheit
Die ICs enthalten umfassende Schutzmaßnahmen für einen zuverlässigen Betrieb. Integrierte Funktionen umfassen Fehlererkennung, Unterspannungssperre und Überstromschutz. Sie bieten außerdem Überspannungs- und thermischen Abschaltschutz. Ein breiter Versorgungsspannungsbereich bis zu 20 V gewährleistet eine robuste Leistung. Dies macht die Aufrüstung traditioneller Leistungsstufen einfacher.
FAQ: Häufig gestellte Fragen
Q1: Was ist der Hauptvorteil der Verwendung von GaN für Motorantriebe?
A1: GaN ermöglicht höhere Schaltfrequenzen bei geringeren Verlusten als herkömmliches Silizium. Das führt zu höherer Energieeffizienz, weniger Wärmeentwicklung und der Möglichkeit, kleinere, leichtere Motorantriebssysteme zu realisieren.
Q2: Welche Motortypen können diese neuen ICs antreiben?
A2: Sie sind dafür ausgelegt, 3-Phasen bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC) anzutreiben, die häufig in Haushaltsgeräten, Elektrowerkzeugen, Pumpen, Lüftern und industriellen Servoantrieben verwendet werden.
Q3: Wie hilft das bei der EMC-Konformität?
A3: Die ICs ermöglichen es Designern, die Spannungssprunggeschwindigkeit (dV/dt) anzupassen. Die präzise Steuerung der Schaltflanken hilft, elektromagnetische Störungen zu minimieren, was die Einhaltung von Vorschriften erleichtert.
Q4: Warum ist die Eliminierung eines Kühlkörpers wichtig?
A4: Das Entfernen des Kühlkörpers reduziert die Gesamtkosten der Materialliste (BOM), verringert Gewicht und Größe des Produkts und vereinfacht das mechanische Design sowie den Montageprozess.
Q5: Sind diese Produkte jetzt verfügbar?
A5: Ja, der GANSPIN611 ist in Produktion. Der GANSPIN612 gehört zur gleichen Familie und bietet pin-kompatible Skalierbarkeit für unterschiedliche Leistungsanforderungen.
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