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Caricabatterie più piccoli ed efficienti
Eccellenza del nitruro di gallio (GaN) nel caricare batterie di smartphone ultraveloci e adattatori USB-PD.
di Fonte ST 14-10-20
Non tutti sanno che, la potenza dei caricabatterie di smartphone, tablet o laptop è aumentata in modo esponenziale negli ultimi anni. I produttori devono affrontare un problema difficile. La capacità della batteria rimane per lo più la stessa, in parte a causa della mancanza di innovazioni nella progettazione dei materiali. Quindi, invece di offrire batterie più grandi, i dispositivi mobili si caricano semplicemente più velocemente.

Grazie a USB Power Delivery (USB-PD) e alle tecnologie di ricarica rapida, è possibile raggiungere il 50% in meno di dieci minuti. Ciò è possibile solo perché i caricabatterie sono ora in grado di erogare fino a 100 W in alcuni casi. Tuttavia, per mantenere le dimensioni complessive vicine a quelle che abbiamo oggi, il sistema necessita di alte frequenze di commutazione.

Il nitruro di gallio eccelle di fronte alla necessità di fornire una potenza elevata in un piccolo dispositivo grazie alle sue proprietà intrinseche. Il materiale in sé non è una novità. È in uso sin dagli anni '90 nei LED e dagli anni 2000 come nei lettori Blu-ray. Tuttavia, i produttori sono ora in grado di creare un sottile strato di GaN su un wafer di silicio per produrre transistor dalle proprietà uniche.

GaN ha un bandgap di 3,39 eV, di gran lunga superiore al silicio (1,1 eV) e al carburo di silicio (2,86 eV). Offre quindi un'elevato livello di efficienza. L'elevato bandgap alla base di queste proprietà deriva dalla struttura molecolare del GaN. Il gallio, di per sé, è un conduttore elettrico molto povero.

Tuttavia, quando gli atomi di azoto interrompono il reticolo di gallio, aumenta significativamente la mobilità degli elettroni della struttura (1.700 cm2/Vs). Gli elettroni possono quindi muoversi a una velocità maggiore con minori perdite. Di conseguenza, le applicazioni che richiedono una frequenza di commutazione superiore a 200 kHz si fanno più piccoli ed economici utilizzando il GaN.

STMicroelectronics ha recentemente lanciato il nuovo prodotto MASTERGAN1, il primo e unico pacchetto singolo da 600 V a includere un gate driver e due modalità di miglioramento nitruro di gallio (GaN). Dispositivi concorrenti di simile natura si propongono con un solo GaN. Il nuovo dispositivo è altamente simbolico perché semplifica l'utilizzo dei transistor GaN nei prodotti più comuni, come i caricabatterie per cellulari.

La prima applicazione industriale di questo genere di dispositivi per l'alimentazione ha fatto il proprio debutto nelle apparecchiature di telecomunicazione o negli alimentatori per data center. Grazie a MASTERGAN1, gli ingegneri possono ora immaginare alimentatori molto più efficienti per caricabatterie per smartphone ultraveloci e adattatori USB-PD, tra molte altre cose.

(lo)