Gallium-Nitrid-HEMTs (GaN-HEMTs) gelten als zentrale Technologie für die Miniaturisierung und Effizienzsteigerung in der Leistungselektronik. Aufgrund ihrer materialbedingten Vorteile – wie hoher Elektronenbeweglichkeit, geringer Gate-Ladung und niedriger parasitärer Kapazitäten – ermöglichen sie deutlich höhere Schaltfrequenzen als Silizium-basierte MOSFETs.
Diese Eigenschaften führen zu signifikant reduzierten Schaltverlusten, geringerer Wärmeentwicklung und ermöglichen den Einsatz kleinerer passiver Bauelemente wie Induktivitäten und Kondensatoren. Das Ergebnis sind kompaktere Designs mit höherer Leistungsdichte und verbesserter Energieeffizienz.
Auch wenn einzelne GaN-Bauelemente derzeit noch höhere Kosten als klassische Silizium-MOSFETs verursachen, ergeben sich auf Systemebene klare wirtschaftliche Vorteile: reduzierte Kühlanforderungen, geringerer Materialeinsatz und vereinfachte Systemarchitekturen führen häufig zu niedrigeren Gesamtsystemkosten.
Technologische Plattform für hochdynamische Leistungsanwendungen
Das RAK-GaN wurde gezielt als Systemplattform für anspruchsvolle Leistungsanwendungen entwickelt. Herzstück ist die PSOC™ Control Mikrocontroller-Familie auf Basis eines Arm® Cortex®-M33, die speziell für digitale Leistungsregelung und Motorsteuerung optimiert ist.
Durch Features wie hochauflösende PWM (<100 ps), schnelle Analog-Digital-Wandler (12 MSPS) mit synchronem Sampling sowie integrierte Hochgeschwindigkeits-Komparatoren (<10 ns) lassen sich hochdynamische Regelalgorithmen präzise umsetzen. Ergänzt wird dies durch Hardwarebeschleuniger wie CORDIC sowie eine latenzarme Trigger-Architektur, die eine deterministische Steuerung auch bei sehr hohen Schaltfrequenzen ermöglicht.
In Kombination mit den eingesetzten GaN-HEMTs eröffnet dies neue Möglichkeiten für Hochfrequenz-Schaltkonzepte. Das Kit unterstützt dabei sowohl die Ansteuerung von 48V 3 Phasen BLDC/PMSM-Motorantrieben als auch DC-DC-Buck-Convertern. Gleichzeitig sorgen integrierte Schutzmechanismen wie Inrush-Current-Protection, hardwarebasierte Überstromerkennung sowie präzise Strommessung, durch moderne TMR-Sensoren von Infineon, für eine sichere und robuste Systemauslegung.
Ganzheitlicher Ansatz: Von der Evaluierung zur Systemlösung
Mit dem RAK-GaN verfolgt Rutronik einen konsequenten Systemansatz. Das Kit vereint Bauelemente führender Hersteller von der Rutronik Linecard und ermöglicht eine nahtlose Integration in bestehende Entwicklungsumgebungen. Umfangreiche Schnittstellen, flexible Messpunkte und Erweiterungsmöglichkeiten – unter anderem über Arduino-kompatible Boards – erleichtern die schnelle Prototypenerstellung und Designvalidierung.
„GaN ist ein entscheidender Enabler für die nächste Generation effizienter Leistungselektronik. Mit dem RAK-GaN bieten wir unseren Kunden nicht nur Zugang zu dieser Technologie, sondern eine durchdachte Systemplattform, mit der sich innovative Konzepte schnell evaluieren und in marktfähige Lösungen überführen lassen“, sagt Stephan Menze, Head of Global Innovation Management bei Rutronik.
Breites Anwendungsspektrum in wachstumsstarken Märkten
Das Application Kit adressiert eine Vielzahl von Zielmärkten, in denen Effizienz und Leistungsdichte zunehmend an Bedeutung gewinnen. Dazu zählen insbesondere:
- Industrieautomation (z. B. Servoantriebe, Robotik, AGVs)
- Erneuerbare Energien (Solarwechselrichter, Energiespeicher, EV-Ladeinfrastruktur)
- E-Mobilität und 48-V-Systeme
- Server- und Telekommunikationsnetzteile
- Smart Home und Haushaltsgeräte
Mit dem RAK-GaN schafft Rutronik eine Brücke zwischen innovativer Halbleitertechnologie und anwendungsnaher Systementwicklung – und unterstützt Kunden dabei, die Potenziale von GaN frühzeitig und effizient in marktreife Lösungen zu überführen.
Weiterführende Informationen zum Rutronik Application Kit RAK-GaN stehen unter www.rutronik.com zur Verfügung.