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POWER 14 -
SETTEMBRE 2017
mentale importanza per l’implementazione di questa
topologia.
Tabella 3 –Vantaggi legati all’uso di una topologia bridgeless
Dual-bridge
Totem-pole PFC
Power-stage switches
Two super-junction
FETs
Two SiC diodes
Two GaN FETs
Filter inductors
2
1
Power density
40-50 W/in
3
>75 W/in
3
Efficiency
96%
>99%
La tabella 3 riassume i diversi vantaggi chiave di que-
sto progetto PFC bridgeless. Di seguito, un’analisi più
dettagliata:
Interruttori di potenza:
a differenza della topologia
dual-bridge, il PFC Totem-Pole sostituisce due MOSFET
a super-giunzione e due diodi SiC con due soli disposi-
tivi GaN.
Induttori di filtraggio:
questa topologia permette di eli-
minare un induttore di filtraggio ingombrante nello
stadio di potenza. La
rimozione di questo
induttore, abbinato
alla riduzione del nu-
mero di interruttori di
potenza, contribuisce
a migliorare l’affida-
bilità complessiva del
sistema.
Dimensioni:
poiché il
GaN permette di ope-
rare ad una frequen-
za di commutazione
molto maggiore (in
genere quattro volte
superiore rispetto ai
MOSFET nella gam-
ma compresa tra 40
e 60 kHz), è possibile
utilizzare un indut-
tore di filtraggio più
piccolo. Inoltre, le
perdite di commu-
tazione inferiori del
GaN permettono ai
progettisti di ridurre
significativamente le dimensioni dei dissipatori di calo-
re nello stadio di potenza.
Efficienza:
un PFC Totem-Pole progettato in modo
adeguato garantisce un livello di efficienza superiore al
99%. In altre parole, un progetto da 1 kW dissipa meno
di 10W per ‘intero stadio PFC.
Costo:
i dispositivi in GaN sono più costosi da produrre,
e quindi hanno un prezzo più elevato. In ogni caso, te-
nendo contro dei risparmi evidenziati nel corso dell’arti-
colo che è possibile conseguire, è ragionevole supporre
che il costo totale del sistema dovrebbe essere in linea
con gli attuali progetti che utilizzano MOSFET.
Nei moderni progetti che utilizzano la topologia totem-
pole è possibile prevedere anche regolatori di potenza
digitali che permettono di migliorare ulteriormente
l’efficienza, la distorsione armonica totale e altri para-
metri di progetto fondamentali. I controllori digitali,
come ad esempio i modd. C2000 e UCD3138, possono
gestire in modo “intelligente” il funzionamento dello
stadio di potenza per ottimizzare l’efficienza in tempo
reale e in base alle condizioni di linea e di carico. In
numerosi settori – cloud computing, infrastrutture di
telecomunicazione 5G, centrali eoliche e solari, veicoli
elettrici e ibridi, solo per citarne alcuni – è sempre più
pressante la richiesta di aumento sia della potenza sia
del livello di efficienza.
Poiché i MOSFET in
silicio hanno prati-
camente
raggiunto
il massimo delle loro
potenzialità, i proget-
tisti stanno valutando
la possibilità di adot-
tare tecnologie ad
ampio bandgap, come
appunto il GaN, per lo
sviluppo dei futuri de-
sign. Come mostrato
dal-l’esempio del PFC,
grazie al GaN è possi-
bile migliorare non
solo l’efficienza, ma
anche ridurre drasti-
camente le dimensio-
ni dell’alimentatore,
in misura compresa
tra il 30% e il 50%. Il
GaN può essere uti-
lizzato in convertitori
DC-DC isolati o non
isolati, inverter e altri
sottosistemi di conver-
sione di potenza per ridurre sensibilmente perdite di
potenza, numero di componenti, peso e dimensioni.
Fig. 4
– La topologia PFC Totem-Pole, grazie alla quale è possibile realizzare progetti ca-
ratterizzati da dimensioni inferiori e frequenze operative maggiori sfrutta la caratteristica
di recupero inverso nullo del GaN
GaN
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