EO Power 33

EO POWER - GENNAIO/FEBBRAIO 2024 XXI GAN INVERTERS legamento DC possono garantire una connessione a bas- sa induttanza alla cella di commutazione. In una prova sperimentale, sono state confrontate due schede inverter di EPC per l’azionamento di motori: il modello EPC9145 [4], che utilizza i FET GaN discreti EPC2206 [5] e il modello EPC9173 [6], che utilizza il cir- cuito integrato monolitico con gate driver e FET GaN [7]. L’inverter per motori EPC9145 è dotato di una linea di col- legamento intermedia in DC con condensatori ceramici e due condensatori di disaccoppiamento locali nella cel- la di commutazione, anch’essi costituiti da condensatori ceramici. La prima scheda era dotata di 9 condensatori di disaccoppiamento ad alta frequenza da 220 nF e di 16 condensatori di disaccoppiamento a media frequenza da 1 µF, mentre la seconda scheda era priva di condensatori di disaccoppiamento e funzionava esclusivamente con i condensatori del bus DC. L’inverter è stato usato con una frequenza di commuta- zione di 100 kHz e pilotava un motore a magneti perma- nenti con field oriented control con una corrente sinusoi- dale di 50 A di picco. Le forme d’onda in figura 2 mostrano la transizione ascendente e discendente misurata a 50 A di corrente di fase positiva e negativa. Con la rimozione dei condensa- tori di disaccoppiamento, la differenza nella transizione ascendente è stata considerata minima, con un degrado minimo del funzionamento dell’inverter. La differen- za nella transizione discendente era quasi trascurabile. Nel caso dell’inverter senza condensatori di disaccop- piamento, l’overshoot di tensione non ha mai superato il 25% della tensione del bus. Fig. 3 – Forme d’onda della transizione di commutazione sull’inverter basato su circuito integrato con corrente di picco positiva e negativa di 50 A. La forma d’onda blu rappresenta l’inverter dotato di molti condensatori di disaccoppiamento. La forma d’onda rossa rappresenta l’inverter che funziona senza condensatori di disaccoppiamento Lo stesso esperimento è stato effettuato con l’inverter per motori basato sul circuito integrato GaN EPC9173. Il cir- cuito integrato di potenza GaN monolitico integra il gate driver e i FET di potenza nello stesso chip, eliminando di fatto l’induttanza common-source (CSI) [3], semplifican- do il layout della cella di commutazione e mantenendo al minimo le induttanze parassite della maglia di potenza. Le forme d’onda della transizione di commutazione misu- rate sull’inverter basato su circuito integrato con corrente di picco positiva e negativa di 50 A sono riportate nella figura 3. Il circuito integrato monolitico di potenza in GaN riduce al minimo l’induttanza parassita common-source pre- sente nella cella di commutazione half bridge, riducendo così la necessità di utilizzare condensatori di disaccop- piamento esterni, anche rispetto agli inverter discreti basati su FET in GaN. Effetto del tipo di condensatore sulla transizione nel nodo di commutazione I condensatori ceramici per il DC link possono fornire una sorgente a bassa induttanza alle celle di commutazione del convertitore attraverso il circuito stampato quando i piani sono intervallati per annullare il flusso magnetico creato dalla corrente di ritorno, coprono un’ampia area e utilizza- no dei via vicino alle connessioni interne del condensatore. È stato condotto un esperimento per confrontare due in- verter con transistor GaN FET e dotati di diversi tipi di condensatori DC link. Il primo inverter era dotato di 2 condensatori elettrolitici SMD da 47 µF e nessun conden- satore di disaccoppiamento sulle celle di commutazione. Il secondo inverter era dotato di 9 condensatori ceramici