आज की इलेक्ट्रॉनिक दुनिया में, चिकित्सा उपकरणों, फोन और लैपटॉप चार्जर से लेकर सहायक बिजली आपूर्ति तक हर चीज के लिए पावर कन्वर्टर्स की आवश्यकता होती है। लगातार सिकुड़ते पैकेजिंग आकार, थर्मल प्रबंधन, परिवर्तनीय इनपुट वोल्टेज और बुद्धिमान चार्जिंग प्रोटोकॉल ने बिजली आपूर्ति और कन्वर्टर्स के डिजाइन को तेजी से जटिल बना दिया है, जबकि ऊर्जा दक्षता पर भी उच्च मांग रखी है।
पिछले दशक में, गैलियम नाइट्राइड (GaN) ऑन-चिप इंटीग्रेटेड सर्किट (ICs) का उपयोग करने वाली नई स्विच प्रौद्योगिकियां सामने आई हैं। गैलियम नाइट्राइड सर्किट की विशेषताएं परमाणु स्तर पर भिन्न होती हैं, इसलिए पावर कनवर्टर डिजाइनरों को चुनौतियों और समाधान दोनों का सामना करना पड़ता है।
GaN अर्धचालकों में एक विस्तृत बैंडगैप होता है; 3.4 eV पर, इसका बैंडगैप सिलिकॉन सेमीकंडक्टर के तीन गुना से अधिक है। अन्य विस्तृत बैंडगैप सामग्रियों की तरह, GaN अर्धचालक उच्च वोल्टेज और +400 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर काम करने में सक्षम हैं, जो उन्हें उच्च शक्ति अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाता है, साथ ही उच्च आवृत्तियों पर काम करता है, जो उन्हें रेडियो फ्रीक्वेंसी (आरएफ) और 5G अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाता है।
सिलिकॉन आईसी की तुलना में, GaN एकीकृत सर्किट पावर कनवर्टर अनुप्रयोगों में छोटे बाहरी आयामों के साथ श्रृंखला प्रतिबाधा (आरडीएस (ओएन)) और समानांतर कैपेसिटेंस (सीओएसएस) जैसे ट्रांजिस्टर से संबंधित नुकसान को अनुकूलित करते हैं। सिलिकॉन IC के समान पदचिह्न के भीतर, GaN IC न केवल उच्च आवृत्तियों को संभाल सकता है बल्कि कम गर्मी भी उत्पन्न कर सकता है। यह सुविधा डिजाइनरों को भारी हीट सिंक को सिकोड़ने या खत्म करने की अनुमति देती है।
हालाँकि, GaN ट्रांजिस्टर का नियंत्रण चुनौतीपूर्ण हो सकता है। इस प्रकार का ट्रांजिस्टर उच्च आवृत्तियों का सामना कर सकता है, जिसका अर्थ है कि देरी को खत्म करने और अनावश्यक विद्युत चुम्बकीय हस्तक्षेप (ईएमआई) से बचने के लिए ट्रांजिस्टर की स्विचिंग गति को प्रभावी ढंग से कम करने के लिए नियंत्रण चालक को भौतिक रूप से ट्रांजिस्टर के करीब स्थित होना चाहिए। GaN का उपयोग करने वाले पावर कन्वर्टर्स के डिजाइनर एक ऐसे उपकरण का उपयोग करके इन चुनौतियों को खत्म करते हैं जो प्राथमिक पक्ष (इनपुट) के लिए एक उच्च-वोल्टेज पावर स्विच और द्वितीयक पक्ष (आउटपुट) के लिए एक नियंत्रण आईसी और फीडबैक सर्किट को जोड़ता है।
स्विच ऑपरेशन की विस्तृत विशेषताएं
पावर इंटीग्रेशन्स PowiGaN™ InnoSwitch 3 तकनीक का उपयोग करता है, जिसने ऐसे पैकेज्ड उपकरणों की कई श्रृंखलाएं विकसित की हैं। उदाहरण के लिए, इनोस्विच 3-सीपी श्रृंखला रूपांतरण स्विच आईसी (चित्र 1) एक स्थिर शक्ति (सीपी) वक्र प्राप्त करने के लिए निरंतर वोल्टेज (सीवी)/निरंतर वर्तमान (सीसी) आउटपुट प्रदान करने के लिए एक अर्ध अनुनाद (क्यूआर) फ्लाईबैक नियंत्रक का उपयोग करता है।
आईसी के प्राथमिक और द्वितीयक पक्ष विद्युत रूप से पृथक हैं, लेकिन आउटपुट वोल्टेज और वर्तमान जानकारी आगमनात्मक युग्मन के माध्यम से द्वितीयक नियंत्रक से प्राथमिक नियंत्रक तक प्रेषित होती है। फ्लक्सलिंक संचार तकनीक तेजी से लोड क्षणिक प्रतिक्रिया प्राप्त करने और 70 किलोहर्ट्ज़ तक स्विच आवृत्तियों को प्राप्त करने के लिए सटीक जानकारी प्रदान कर सकती है।