LIGHTING 1 - GENNAIO/FEBBRAIO 2013
XVI
Lighting
planari, tuttavia, presentano un valore Qg estremamente
basso grazie ai progressi tecnologici nella commutazione
di potenza. Il loro valore on-resistance rimane più ele-
vato, ma si tratta tuttavia di dispositivi competitivi nelle
condizioni di carico leggero. In considerazione del prez-
zo inferiore del 30%, la tecnologia planare risulta anco-
ra concorrenziale negli alimentatori per sistemi a LED.
È però importante verificare a quale livello di potenza il
MOSFET planare rimanga competitivo nell’impiego nei
convertitori PFC e LLC.
I risultati dei test
I tre dispositivi elencati in tabella 1 sono stati incorporati
in un circuito PFC DCM e in un convertitore LLC riso-
nante e le perdite di commutazione sono state misurate
mediante un oscilloscopio. Poiché nel circuito PFC DCM
la tensione di commutazione varia a ogni ciclo di commu-
tazione, è stata misurata la perdita di commutazione al
picco della tensione d’ingresso AC e il valore complessivo
della perdita di commutazione è stato calcolato assumen-
do un andamento sinusoidale, come illustrato in figura
1.
Il valore medio della perdita di commutazione è sta-
to calcolato attraverso la frequenza operativa e la perdita
di energia per ciclo di commutazione. Nel circuito PFC
DCM l’on-time è fisso e l’off-time varia in base alla tensio-
ne di entrata.
I valori on/off-time, e dunque la frequenza di commu-
tazione equivalente a ogni ciclo di commutazione, sono
stati ricavati dalle variabili di progettazione.
Le perdite di conduzione sono facilmente calcolabili di-
sponendo del valore della tensione rms del commutatore
di potenza. Nel circuito PFC la tensione di commutazione
presenta un andamento sinusoidale, pertanto la tensione
rms può essere calcolata facilmente. Nel convertitore LLC
risonante, la tensione risonante e la tensione di magne-
tizzazione hanno un andamento rispettivamente sinusoi-
dale e triangolare. La tensione rms può dunque essere
calcolata attraverso la misurazione della corrente di picco,
come illustrato in figura 2. In tabella 2 sono riepilogate le
perdite di potenza. È dunque confermato che le perdite
di potenza predominano nelle condizioni di carico leg-
gero sia nello stadio PFC che LLC. Con carico elevato le
perdite di conduzione assumono come previsto maggiore
rilevanza. I nuovi MOSFET planari surclassano i MOSFET
a super-junction nelle condizioni di carico leggero, evi-
denziando perdite di potenza inferiori tanto nel circuito
PFC DCM quanto nel convertitore LLC risonante. Con
un carico di 200W la tecnologia planare presenta una per-
dita di poco inferiore nello stadio LLC ma superiore nel
circuito PFC DCM. La perdita complessiva è superiore di
0,4
W con un carico di 200W.
Le performance del nuovo MOSFET planare UniFET II
sono state valutate in un circuito PFC DCM e in un conver-
titore LLC risonante. I risultati mostrano una sostanziale
equivalenza rispetto al dispositivo a super-junction con
carico fino a 200W. In considerazione delle performance
e del vantaggio in termini di prezzo, la tecnologia UniFET
II si propone dunque come un’opzione privilegiata nella
progettazione di SMPS per sistemi di illuminazione a LED
di media potenza.
Tabella 2 - Riepilogo delle perdite di potenza
Circuito PFC DCM
Convertitore LLC risonante
Dispositivo
Condizioni
di carico
Perdita
di commutazione [W]
Perdita
di conduzione [W]
Perdita
di commutazione [W]
Perdita
di conduzione [W]
FDPF7N60NZ
Carico leggero
(50
W)
6,324
0,363
0,53
0,223
Dispositivo a super-junction
8,346
0,304
0,66
0,14
Dispositivo planare convenzionale
9,85
0,454
0,92
0,26
FDPF7N60NZ
Carico pesante
(200
W)
1,784
4,282
1,43
3,05
Dispositivo a super-junction
2,313
3,254
1,78
2,758
Dispositivo planare convenzionale
2,831
4,385
1,91
4,175
Tabella 1 - Parametri elettrici
Tecnologia
rds(on
)
Qg
Nuovo dispositivo planare Unifet
II
1,25
Ohm 13nC
Dispositivo a super-junction
0,95
Ohm 19nC
Dispositivo planare convenzionale
1,6
Ohm 26nC
Fig. 2 - Tensione di commutazione e livello rms
relativo nel convertitore LLC risonante