Best Practice Galliumnitrid GAN-FET: Klangtreue im Klasse-D-Verstärker verbessert

Die Audio-Performance in Klasse-D-Audiosystemen wird durch die Eigenschaften der Power-FETs bestimmt. EPC konnte durch GaN-FETs die Klangtreu verbessern und durch geringere Verlustleistung Stromverbrauch und Abwärme reduzieren.

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Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Aufgrund des niedrigen Durchlasswiderstands und der geringen Kapazität des GaN-FET zeigt sich ein hoher Wirkungsgrad und eine niedrige offene Schleifenimpedanz für geringe transiente Intermodulationsverzerrung (T-IMD). Die schnelle Schaltfähigkeit und die Null-Ladungsumkehr ermöglichen zudem eine höhere Ausgangslinearität und eine niedrige Cross-Over-Verzerrung für eine geringe gesamtharmonische Verzerrung (THD).

Der oberfränkische Spezialist für Mehrkanal-Audioverstärker, innosonix, entwickelt und fertigt digitale Highend-Audiolösungen für den Wohn-/Yachting-Bereich und die technische Akustik. Der Stromverbrauch im Leerlauf und die Gesamteffizienz waren die Hauptanliegen der Entwickler für die neuen Highend-Mehrkanal-Endstufen der Serie MAxx. Durch den Wechsel vom herkömmlichen Silizium-FET auf den eGaN-FET EPC2059 von EPC senkte innosonix nach eigenen Angaben die Leerlaufverluste des Verstärkers um 35%, sodass durch den reduzierten Durchlasswiderstand die Gesamt-Performance um 5% stieg.

Der Bausteil EPC2059 ist ein 6,8-mΩ-/170-V-Enhancement-Mode-Galliumnitrid-(eGaN-)Transistor. Sein niedriger Durchlasswiderstand und die geringe Kapazität ermöglichen einen hohen Wirkungsgrad und senken die Leerlaufimpedanz für eine niedrige transiente Intermodulationsverzerrung, bestätigt EPC. Das schnelle Schalten und die fehlende Umkehr-Erholungsladung sorgen für eine höhere Ausgangslinearität und eine geringere Crossover-Verzerrung bei reduziertem Gesamtklirrfaktor.

Laut EPC konnte innosonix damit die Leerlauf-Schaltverluste verringern, weil die Gesamt-Gate-Ladung um fast um die Hälfte sank. Mit verdoppelter Ausgangskapazität ließ sich die maximale Drain-Spannung verdreifachen, sodass innosonix von einem Vollbrücken- zu einem Halbbrücken-Design wechseln konnte. Die geringe Gehäuse-Induktivität ergibt eine saubere Schaltwellenform, die zu einer nahezu perfekten Schaltspannung und damit zu einer besseren Linearität führt, so EPC. Dadurch nahmen die harmonischen Verzerrungen um fast 6 dB ab, und die subjektive Audioqualität hat sich hörbar verbessert.

Die MAxx-Mehrkanal-Leistungsverstärker setzen einen Standard für Highend-Audioinstallationen im Wohnbereich, in der Wissenschaft, Industrie und anderen Bereichen, so innosonix, bei denen eine hohe Kanalzahl erforderlich ist. Gepaart mit einem bisher unerreicht niedrigen Stromverbrauch pro Kanal entspreche die MAxx-Serie den Anforderungen hinsichtlich CO₂-Emissionen, da viele Geräte rund um die Uhr in Betrieb sind.

Die MAxx-Serie bietet laut innosonix die derzeit höchste Kanalanzahl pro Rackplatz in einem einzigen Gerät. Die hochkompakten Produkte bieten eine völlig neue Design-Perspektive, die mit herkömmlichen Lösungen nicht möglich seien.

„Als kleines Unternehmen ist es nicht immer einfach, mit einigen großen Halbleiterherstellern zusammenzuarbeiten und ernst genommen zu werden“; sagt Markus Bätz, CEO von innosonix, „wir haben uns für den eGaN-FET EPC2059 entschieden, weil er unsere Anforderungen in Bezug auf Spannung, Strom und Preis perfekt erfüllt. Die Chip-Maße sind zudem ein wesentlicher Vorteil für die Entwicklung unserer hochkompakten Designs.“ Wolfram Krüger, Vice President Sales Europe bei EPC, ergänzt: „Diese Anwendung ist ein gutes Beispiel für die weitreichenden Vorteile von GaN. Gemeinsam mit unserem Distributor FinePower haben wir eng mit innosonix in der Maxx-Entwicklung zusammengearbeitet, um den geeigneten eGaN-FET für die Leistungsverstärker bereitzustellen.“

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