EO_472

ANALOG/MIXED SIGNAL WBG SEMICONDUCTOR 27 - ELETTRONICA OGGI 472 - SETTEMBRE 2018 I diodi al carburo di silicio e i MOSFET con tensioni nominali di 600 o 1.200V, già ampiamente disponi- bili sul mercato, consentono ai progettisti di siste- mi di potenza di sfruttare i vantaggi dei semicondut- tori ad ampio bandgap (WBG – Wide Band Gap) nei circuiti per la conversione di potenza come ponti ad H per incrementare l’efficienza energetica, la densità di potenza e garantire il funzionamento a temperature più elevate. Per ottimizzare i vantaggi di questi dispositivi il circuito dovrebbe essere progettato a partire da zero utilizzando circuiti ottimizzati per il pilotaggio del gate (gate drive) al fine di fornire le tensioni di innesco/di- sinnesco (turn on/turn off) asimmetriche richieste dai FET SiC, e componenti magnetici più piccoli, la cui ado- zione è resa possibile dal fatto che il carburo di silicio permette il funzionamento a frequenze più elevate. Un approccio del tipo appena descritto può essere adottato nel momento in cui si devono progettare nuo- ve apparecchiature avanzate come gli inverter per i veicoli elettrici e i sistemi di condizionamento della po- tenza per micro-generatori solari o eolici dove le pre- stazioni sono un fattore critico per il successo com- merciale. In ogni caso esistono numerose applicazioni già consolidate che potrebbero beneficiare di sensi- bili incrementi in termini di prestazioni ed efficienza, qualora fosse possibile effettuare l’aggiornamento con dispositivi WGB (come ad esempio i FET SiC) in modo rapido, semplice e senza costi aggiuntivi. Dal punto di vista ideale l’industria ha bisogno di individuare so- stituti dei dispositivi in silicio esistenti per consentire l’aggiornamento dei prodotti in un certo punto del loro percorso evolutivo. Ciò potrebbe avvenire nel momen- to in cui si vogliono introdurre versioni caratterizza- te da miglioramenti significativi oppure quando un componente diventa obsoleto. La sostituzione diretta di un MOSFET in silicio con un MOSFET SiC analogo non è possibile senza apportare revisioni al circuito, poiché il carburo di silicio richiede differenti tensioni per il pilotaggio del gate. Oltre a ciò, sorgono alcune complicazioni nel momento in cui la corrente deve flu- ire in senso inverso, come nel caso dei circuiti PFC in configurazione totem-pole o a semi-ponte di tipo “hard switched”: in situazioni di questo tipo il diodo intrin- seco (body diode) del MOSFET SiC è caratterizzato da una VF di circa 4V che causa un’elevata dissipazione. Un problema di questo tipo potrebbe essere superato ricorrendo a un diodo SiC in parallelo, caratterizzato da un valore di VF inferiore, ma una soluzione di que- sto tipo ha implicazioni non secondarie sugli ingombri e sui costi. Come potenziale sostituto diretto, un JFET SiC consentirebbe di evitare questi problemi, anche se bisogna tener conto di uno svantaggio di non poco conto: si tratta di un dispositivo “normalmente ON” mentre un MOSFET in silicio è un dispositivo “normal- mente OFF”. Un comportamento del primo tipo (nor- malmente ON) potrebbe risultare vantaggioso in appli- cazioni quali gli interruttori, ma non è consigliato per la conversione di potenza. Le configurazioni cascode SiC permettono di sfruttare tutti i vantaggi dei semiconduttori WBG Anup Bhalla VP Engineering UnitedSiC Sebbene i MOSFET SiC possano garantire notevoli incrementi in termini di prestazioni ed efficienza nei circuiti per la conversione di potenza, per ottenere i migliori risultati è necessario realizzare un progetto totalmente nuovo. I circuiti cascode in tecnologia SiC si propongono come un sostituto ideale permettendo di sfruttare immediatamente un gran numero di vantaggi tipici dei semiconduttori ad ampio bandgap