48 ELECTRÓNICA DE POTENCIA Figura 3: Las pruebas de vida acelerada muestran la fiabilidad de VGaN de baja tensión. FIABILIDAD El comentario definitivo sobre la fiabilidad es que grandes empresas como Oppo no incorporarían el GaN a sus teléfonos si no estuvieran seguros de su fiabilidad. Los dispositivos de Innoscience se han sometido a ensayos para comprobar su cumplimiento de las normas JEDEC y las pruebas de vida acelerada indican que las tasas de fallos de los dispositivos de 10ppm para el modo del factor de aceleración de puerta superan los 20 años (Figura 3), mientras que para el modo del factor de aceleración del drenador están por encima de 10.000 años. La robustez frente a avalanchas de los dispositivos MOS de potencia de silicio es una característica importante que se suele medir por medio de una prueba de conmutación inductiva sin bloqueo (UIS). El dispositivo comprobado conmuta primero para conducir y cargar el inductor de forma lineal. Cuando se alcanza la corriente necesaria en el drenador, el dispositivo comprobado se desconecta, provocando así que el inductor disipe toda su energía almacenada y lleve el dispositivo comprobado a una tensión de ruptura. La capacidad de avalancha del dispositivo comprobado permite disipar la corriente del inductor y por tanto limita un mayor incremento de la tensión en el dispositivo. El dispositivo comprobado permanecerá en ruptura hasta que se disipa toda la energía. Los resultados de esta prueba UIS se pueden convertir en el tiempo en avalancha y la energía en avalancha que puede soportar el dispositivo de potencia y aparecen en la ficha técnica. Si el dispositivo de potencia no tiene capacidad de avalancha, el dispositivo de potencia debe tener una tensión de ruptura más elevada para permitir la descarga completa de la energía del inductor. Así ocurre con los dispositivos InnoGaN, cuyos niveles de conmutación inductiva se logran gracias a la BVdss. De hecho, en los dispositivos de GaN de baja tensión de Innoscience, la tensión de ruptura representa más del doble que el valor nominal del dispositivo por lo que son capaces de manejar picos de tensión con seguridad y superar con éxito unas pruebas tan importantes. CENTROS DE DATOS Hasta ahora hemos examinado los elementos necesarios para convencer a los fabricantes de dispositivos móviles inteligentes que cambien al GaN. Se puede realizar un análisis parecido en otros sectores. Tomemos como ejemplo los centros de datos, un mercado enorme y creciente que consume mucha energía. Por tanto, la eficiencia es de máxima prioridad y cada 0,1% de aumento de la eficiencia que se puede lograr dará como resultado un ahorro de costes significativo. El tamaño es importante ya que unos sistemas de conversión de potencia de menor tamaño dejan espacio libre para unidades informáticas. Además, de nuevo son primordiales una gran capacidad de productos disponibles y un bajo precio. La Figura 4 muestra las etapas de conversión de potencia en un centro de datos, empezando por CA/CC. Un diseño típico de PFC y LLC en el lado primario usará normalmente dispositivos de 650V. Pero en el lado de baja tensión podemos ver muchos dispositivos de 100V y 30V cuando bajamos a los dispositivos en el punto de carga. A suma de todo esto alcanza fácilmente los 80 transistores de potencia de baja tensión por aplicación, que se deben suministrar en la cantidad requerida y con el precio adecuado. La utilización de HEMT INN100W032A de GaN de 3,2mΩ y 100V de Innoscience en un diseño LLC de puente completo de 600W no solo da como resultado un convertidor cuyo tamaño equivale al 25% de la solución de silicio equivalente, sino que también es un 0,6% más eficiente. Esto reduce de inmediato y de manera significativa la factura energética. SOLUCIÓN INTEGRADA Como hemos visto, la reducción en el tamaño de la fuente de alimentación que se pueden conseguir al pasar de los MOSFET discretos de silicio a los HEMT de GaN es impresionante. Las reducciones de tamaño pueden ser aún mayores mediante una solución integrada. La Figura 5 muestra un circuito completo de medio puente. El ISG 3201 integra dos HEMT de GaN de medio puente, el controlador y el condensador de arranque en un encapsulado LGA que solo mide 5x6,5x1,1mm. Gracias a él se obtiene una reducción aún mayor del 20%. Los clientes pueden escoger entre la flexibilidad de la solución discreta y esta nueva solución integrada, que es muy compacta y fácil de usar.
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