EO Power 35

EO POWER - GIUGNO/LUGLIO 2024 XVIII Power ra del layout della scheda a circuito stampato richiede una maggiore attenzione. Per risolvere questo problema, sono stati aggiunti opportuni filtri all’ingresso. Inoltre, sono stati aggiunti diodi SiC in parallelo ai transistor GaN per contrastare le oscillazioni che si verificavano quando i dispositivi erano in conduzione inversa (gate off). Questo circuito PFC sperimentale è stato commutato a una frequenza di circa 100 kHz, in modo da consentire l’uso di induttori ridotti che usano materiali con un’e- levata densità di flusso magnetico, nonostante le per- dite di rimagnetizzazione relativamente elevate. Ri- mangono ancora margini per aumentare ulteriormente la frequenza di commutazione, supportando densità di potenza più elevate. Come facilmente prevedibile, le massime correnti di ripple, ossia ondulazione, si veri- ficano in corrispondenza della massima differenza fra la tensione di ingresso e quella di uscita. Pertanto la dissipazione del calore dovrebbe essere dimensionata per questo caso operativo più sfavorevole. Problematiche relative all’uso del GaN negli stadi PFC Il problema di gran luga più signifi- cativo deriva dalle correnti e tensioni ad onda quadra causate dai tempi di commutazione molto brevi suppor- tati dal GaN. I ripidi fronti on/off e i segnali ad alta frequenza che circo- lano attorno al circuito richiedono un filtraggio adeguato per soddisfare i requisiti di interferenza elettroma- gnetica (EMI) (Per maggiori informa- zioni su questo argomento è possibile visionare il blog all’indirizzo: https:// www.tracopower.com/de/node/245 ) . Il rumore di modo comune è un’altra problematica imputabile alle capacità parassite verso terra. Lo schema completo del circuito PFC è riportato in figura 4. Vantaggi del GaN negli stadi PFC Grazie alla capacità di commutare in meno di sette nanosecondi un valo- re circa dieci volte inferiore rispetto a quello dei MOSFET convenzionali, le perdite per accensione/spegnimento misurate diminuiscono di una quan- tità simile quando si usano transistor GaN. Ciò consente la realizzazione di uno stadio PFC con un’efficienza su- periore (in misura compresa tra il 3% e il 5%) rispetto a un progetto convenzionale che utilizzi MOSFET al si- licio e un raddrizzatore a quattro diodi. A tensioni di ingresso elevate (230 V CA), è possibile ottenere effi- cienze superiori al 99% (Fig. 5). Se accoppiato con un convertitore risonante, un alimentatore completo può raggiungere un’efficienza del 96%. Tuttavia, ragioni di natura economica penalizzano la scelta del GaN per progetti caratterizzati da tensioni di ingresso inferiori o erogazione di potenza inferiore a 1.000 W. I transistor GaN aprono chiaramente la strada allo svi- luppo di progetti caratterizzati da efficienze più eleva- te, densità di potenza maggiori e fattori di forma più ridotti. A sua volta, ciò consente a coloro che si cimen- tano con gli alimentatori, come i progettisti di server, di apportare innovazioni ai prodotti che sviluppano. Man mano che i progettisti di alimentatori acquisisco- no maggiore familiarità con le capacità di questi com- ponenti, il loro prezzo diminuisce e crescono gli inevi- tabili livelli di integrazione: appare dunque evidente che il GaN è destinato ad assumere un ruolo significa- tivo nel settore della conversione di potenza. Fig. 4 – Progettazione completa di circuito PFC da 1.000 W basato su GaN con raddrizzatore a due diodi Fig. 5 – Lo stadio PFC basato su GaN a 800 Wmostra un’efficienza migliore del 99% a 230 V CA, un miglioramento rispetto a un progetto basato su MOSFET a super giunzione