GaN-транзисторы позволяют повышать частоту переключения и уменьшать размеры силового преобразователя, но сами по себе не делают источник питания компактным. С ростом частоты возрастают требования к трансформаторам и дросселям: становятся критичными потери в сердечнике и обмотке, паразитная емкость, индуктивность рассеяния и качество намотки. Bourns представила два магнитных компонента, разработанных для 600-ваттного GaN-циклоконвертера Texas Instruments TIDA-010954.
MAG-3002176 — специализированный трансформатор, а MAG-3002177 — силовой дроссель. Они входят в референс-дизайн однофазного циклоконвертера на нитрид-галлиевых ключах. Такой подход отличается от выпуска «универсального» трансформатора: параметры компонента заранее согласованы с конкретной топологией, частотой и режимами переключения, а разработчик получает отправную точку, уже проверенную в составе готовой силовой схемы.
Для MAG-3002176 Bourns указывает работу в диапазоне сотен килогерц; в документации референс-дизайна используются частоты порядка 300–600 кГц. Магнитная индуктивность составляет около 7,6 мкГн с допуском ±10%, а типичная индуктивность рассеяния — порядка 160 нГн. Коэффициент трансформации заявлен примерно 2:7. Низкое рассеяние особенно важно в быстрых GaN-схемах: энергия, накопленная в паразитной индуктивности, формирует выбросы напряжения и увеличивает нагрузку на ключи и снабберные цепи.
MAG-3002177 имеет индуктивность около 3,2 мкГн и рассчитан на высокие токи с низким сопротивлением обмотки. В референсной системе магнитные компоненты участвуют в преобразовании мощности с КПД свыше 96% в заявленных условиях TI. Эту цифру следует относить к полному референс-дизайну, а не к отдельному трансформатору или дросселю: итоговая эффективность зависит от GaN-ключей, управления, магнитики, конденсаторов, разводки и теплового режима.
Циклоконвертеры интересны тем, что позволяют преобразовывать переменное напряжение без классической цепочки из нескольких независимых каскадов с большой промежуточной DC-шиной. Однако высокая степень интеграции функций делает согласование компонентов еще важнее. При сотнях килогерц несколько десятков наногенри паразитной индуктивности уже заметно влияют на форму фронтов, а распределенная емкость трансформатора определяет часть синфазных токов.
Bourns связывает новую магнитную пару с солнечными микроинверторами, центральными инверторами и портативными системами накопления энергии. Для разработчиков ценность таких компонентов заключается в сокращении этапа самостоятельного проектирования магнитики. Референс-дизайн не отменяет проверку под конкретный корпус, охлаждение и мощность, но дает известную комбинацию силовой схемы и пассивных элементов.
Новинка хорошо показывает, что развитие GaN-электроники повышает требования ко всей окружающей компонентной базе. Чем быстрее ключи, тем больше значение имеют трансформаторы, дроссели, конденсаторы и геометрия платы. Поэтому следующий шаг в повышении плотности мощности часто связан не с еще более быстрым транзистором, а с согласованным проектированием всех элементов высокочастотного силового контура.
