パワースルー技術

Allegro は HV ゲート ドライブの課題を理解している

 FET の駆動には、いくつかの重要な課題があります。nbsp; これは、GaN、MOS、SiC のいずれにも当てはまります。

 

  • 複雑さ: 多くの場合、シンプルなソリューションこそが最善のソリューションです。nbsp; シンプルなゲート ドライブを維持することが大きな動機付け要因であり、当社の最大の課題でした。nbsp; ゲート ドライブ回路を設計するときには、煩雑な追加のコンポーネント、絶縁された電源、そしてこれらすべてを管理することが困難になります。nbsp; コンポーネントの数を減らすことで、複雑さを軽減します。
  • CMTI: 近年では、すべてのスイッチ タイプ (GaN、MOS、または SiC) のスイッチング遷移速度が向上していることに注意が必要です。  そのため ゲート ドライバーのコモン モード過渡耐性がこの課題に対応している必要があります。nbsp; この要件を満たしていない場合、FET ゲートで予期しない遷移が発生し、システムで破壊的な事象が発生する可能性があります。
  • 伝搬時間: ゲート ドライバーの最初の役割は、信頼性の高いゲート ドライブ信号とエネルギーをデバイスのゲートに供給することです。nbsp; システム コントローラーから FET ゲートまでの伝搬時間を短くすることで、それらはさらに改善されます。nbsp; 伝搬時間が短くなると、パワー FET のオン サイクル/オフ サイクル間の「デッドタイム」をより厳密かつ簡単に管理できるようになります。nbsp; これは、システム効率の向上に直結します。nbsp; これはシステム設計者にとって喜ばしいことです。
  • EMI: 電波障害は、多くの場合、システム設計において最も考えたくないことです。nbsp; このために設計の完了が困難になり、時間がかかる場合があります。nbsp; ゲート ドライブの設計で、関連するコンポーネントと回路の数を減らすことで、システム設計における EMI の課題を大幅に軽減できます。nbsp; その理由はコモン モード静電容量 (Ccm) が減少することです。 Ccm が減少すると、循環電流が減少し、システムの EMI の課題が軽減されます。 

Allegro はこれらの課題のすべてに対応し、解決しました。 これは、2022 年に Heyday を買収して得た技術をベースにしています。 経験豊富なエンジニアのチームがこの技術を実用化し、最も困難な設計と用途に適合する絶縁型ゲート ドライバーの製品ラインを実現しました。

 

ソリューション

パワースルー絶縁技術

Allegro は、長年の経験を活用して、高性能ゲート ドライバーを可能にする独自の技術を開発しています。nbsp; 1 つのパッケージ内で、1 つの内部絶縁境界を越えて、ゲート駆動信号と駆動電力の両方が転送されます。

当社ではこれをパワースルーと呼んでいます。

絶縁境界の簡素化によって効率的な設計が可能になります。nbsp; 電気的および物理的な効率が向上します。 

小さな磁気ベースの絶縁構造を使用して、低電圧信号から高電圧システムへの境界を越えた効率的なパワー転送が可能になります。nbsp; この境界は、ゲート ドライブ信号情報だけでなく、外部 FET スイッチを駆動するために必要なすべての駆動電力も伝送します。nbsp; システム設計者は、ハイサイド FET に対してローサイド FET と同じくらい簡単に絶縁型駆動を提供できるようになりました。  

当社のノウハウ、主要な知的財産、特許取得済みポートフォリオを使用することで、この絶縁型技術の機能を提供するスマートなシリコンの使用が可能になります。 

磁気絶縁

磁気絶縁は、効率的なエネルギー転送方法として以前から知られています。nbsp; しかし、半導体サイズのパッケージに収まるほど小さな磁気コンポーネントを介して、必要な駆動エネルギーと情報を効率的に取得することは、まったく新しい話です。 

低電圧制御回路から高電圧システム スイッチ回路に駆動情報と駆動エネルギーの両方を転送するために 1 つの絶縁境界が使用されます。nbsp; この 1 つの経路のアプローチにより、製品パッケージの簡素化と小型化が実現されます。 

 

シリコンの魔法

Allegro のシリコンを利用すると、驚くほどの効率と速度で、磁気境界を越えてエネルギーと情報を操作し、優れたゲート ドライブ製品を作ることができるようになります。nbsp; 次のような新しいシリコン技術を使用します。

  • 効率的な変調と復調
  • 寄生強磁性に対する耐性
  • スマート エネルギー管理
  • 効率的な磁気コア リセット

Allegro は、電源システム設計者に長い間求められていた新しい絶縁型ゲート ドライバーを提供しています。nbsp; 豊富な知的財産を含む特許取得済みポートフォリオは、この急成長する活気に満ちた絶縁型ゲート駆動の市場で急速な成長を見せています。

パッケージング - 技術から製品まで

Allegro は常に、パッケージ デザインに関してはシンプルさが重要だと信じてきました。nbsp; 複雑な部分はシリコンにまかせましょう。 

当社の製品は、よく知られているランディング グリッド アレイ技術を活用して、業界をリードするパワー伝送を実現しています。 当社の小型デバイスには、最も効率的なパワー モジュール設計を可能にする性能と機能が詰め込まれています。

 

パワースルー技術

Allegro Understands HV Gate Drive Challenges

There are several key challenges to driving FET's.  This is true whether it is GaN, MOS or SiC.

 

  • Complexity: A simple solution is often the best solution.  Keeping gate drive simple was a key motivator and our biggest challenge.  Cumbersome additional components, isolated supplies and managing all of these is difficult when designing a gate drive circuit.  Reduce component count and you will reduce complexity.
  • CMTI:  It's important to note that all the switch types (GaN, MOS or SiC) are improving their switching transition speeds in recent years.  So the common mode transient immunity of the gate driver needs to be up to the challenge.  Failure to meet this requirement will mean unexpected transitions on the FET gate and potential destructive events in a system.
  • Propagation time: Delivering reliable gate drive signal and energy to the gate of any device is the first job of any gate driver.  Delivering it with low propagation time from system controller to FET gate is even better.  Low propagation time makes for tighter and easier 'dead-time' management between the ON and OFF cycles of the power FET's.  This will directly result in improved system efficiency.  Which will result in happy system designers!
  • EMI: Electro-magnetic interference considerations are often the last thing to be thought about in a system design.  This can make finishing a design difficult and time consuming.  The reduction of components and circuits in and around the gate drive design helps dramatically reduce the EMI challenge in a system design.  The reason being lower common-mode capacitance (Ccm).  Reducing Ccm reduces circulating currents, reducing EMI difficulties in the system. 

Allegro has addressed and solved all of these challenges.  Based on the technology acquired from our 2022 Heyday acquisition. The experienced team of engineers has turned this technology into a reality resulting in a product line of isolated gate drivers fit for the most challenging designs and applications.

 

The Solution

Power-Thru Isolation technology

Allegro has leveraged years of experience to develop a unique technology enabling high-performance gate drivers. In one single package and across one single internal isolation boundary both the gate drive signal and the drive power are transferred.

We have called it Power-Thru.

The simplicity of the isolation boundary makes it efficient by design. Efficient electrically and physically.

A tiny magnetic based isolation structure enables efficient power transfer across the boundary from low-voltage signal to high-voltage system. This boundary carries not only the gate drive signal information but also all the drive power required to drive the external FET switch. The system designer can now deliver isolated drive to a high-side FET as easily as a low-side FET.

Our know-how, key intellectual property and patent portfolio enable the silicon smarts that deliver the capability to make this isolated technology.

Power-Thru technology logo with blue overlay

Magnetic Isolation

Magnetic isolation has been known for years as an efficient way to transfer energy. But getting the required drive energy and information efficiently through a magnetic component small enough to fit in a semiconductor sized package - that's a new story.

A single isolation boundary is used to transfer both the drive information and the drive energy from a low voltage control circuit to the high-voltage system switch circuit. This single path approach makes for simpler and smaller product package.

Compasses

Silicon Does the Magic

Allegro silicon is the enabler which steers the energy and information across a tiny magnetic boundary with amazing efficiency and speed to make outstanding gate drive products. Through novel silicon techniques such as:

  • efficient modulation and demodulation
  • immunity to magnetic parasitics
  • smart energy management
  • efficient magnetic core reset

Allegro has delivered new isolated gate drivers which have long been sought by power system designers. Our IP rich patent portfolio is growing quickly in this exciting fast growing market space of isolated gate drives.

Packaging - From Technology to Product

Allegro has always believed in simplicity regarding the package design. Leave the complexities to the silicon!

Our products leverage a well known landing grid array technology to enable industry leading power transfer. Our small devices are packed with features, performance and functionality that will enable the best and most efficient power module designs.

Self-powered Single Channel Isolated GaNFET Gate Driver with Power-Thru Integrated Isolated Bias Supply Product Image