LIGHTING 1 - GENNAIO/FEBBRAIO 2013
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smps
Gli SMPS (Switch-Mode Power Supply) per sistemi di illu-
minazione a LED sempre più spesso vengono progettati
con un sistema di correzione attiva del fattore di poten-
za (PFC, Power Factor Correction) integrato nello stadio
d’ingresso, allo scopo di soddisfare le normative interna-
zionali in materia di armoniche. La topologia boost in
modalità DCM (Discontinuous Current Mode) è la meto-
dologia PFC più adatta per convertitori di potenza fino a
300
W. In questa topologia la perdita di potenza all’accen-
sione del boost switch è trascurabile e i valori più signi-
ficativi si riferiscono alle perdite allo spegnimento e alle
perdite di conduzione. In seguito dell’introduzione dei
dispositivi a super-junction, questi sistemi sono stati spesso
considerati gli switch ottimali per l’impiego in modalità
PFC attiva in virtù del valore di on-resistance estremamen-
te basso e delle curve elevate di capacitanza non lineare.
Per quanto concerne il convertitore a valle, il tipo LLC
risonante si è rivelato estremamente efficace nell’impie-
go in considerazione della sua elevata efficienza. In virtù
della capacità ZVS (Zero Voltage Switching) dei converti-
tori LLC risonanti, le perdite di potenza principali sono
le perdite di conduzione, pertanto la bassa on-resistance
è un requisito essenziale per i dispositivi a commutazio-
ne di potenza. Grazie ai progressi tecnologici intercorsi,
il MOSFET planare può essere una soluzione praticabile
per l’impiego negli stadi PFC e LLC dei dispositivi a super-
junction con potenza medio-bassa. In considerazione dei
costi, il MOSFET planare risulta una soluzione più interes-
sante in presenza di potenze fino a 200W.
Le perdite di potenza negli SMPS
Nella progettazione dei convertitori a commutazione, la
stima delle perdite di potenza è critica ai fini della scelta
del dispositivo di potenza. Le perdite di potenza principali
nel pre-regolatore PFC e nel convertitore LLC risonante
sono le perdite di conduzione e le perdite di commuta-
zione. In linea generale le perdite di commutazione sono
predominanti in condizioni di carico leggero, mentre le
perdite di conduzione assumono maggiore rilevanza con
il crescere del carico. Il parametro relativo alla carica del
gate (Qg) viene utilizzato diffusamente quale riferimento
per la velocità di commutazione, e dunque della perdita
di commutazione. I MOSFET a super-junctionsuper-jun-
ction tendono a presentare valori Qg inferiori rispetto ai
similari MOSFET planari convenzionali, in considerazio-
ne delle minori dimensioni del chip rese possibili dalla
bassissima on-resistance specifica. Ad esempio, il valore
Qg di 0,95° hm/600V del MOSFET a super-junction è
sensibilmente inferiore persino al valore di 1,6° hm/600V
del MOSFET planare, come evidenziato in tabella 1. È
dunque lecito attendersi che il MOSFET a super-junction-
super-junction abbia perdite sia di commutazione che di
conduzione inferiori nel convertitore PFC o LLC. Que-
sta è esattamente la ragione in base alla quale la tecnolo-
gia a super-junction super-junction viene preferita per la
commutazione di potenza negli SMPS. I nuovi MOSFET
Dispositivi
per ottimizzare i design
degli
alimentatori per LED
La tecnologia UniFET II si propone dunque come un’opzione privilegiata nella
progettazione di SMPS per sistemi d’illuminazione a LED di media potenza
Lighting
Wonseok Kang
Fairchild Semiconductor
Fig. 1 - Stime relative a perdita di energia e fre-
quenza di commutazione nel circuito PFC DCM