EO_482

POWER EGAN POWER SUPPLY 37 - ELETTRONICA OGGI 482 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2019 G li alimentatori a commutazione ad alta densi- tà di energia (SMPS) possono contribuire ad accelerare la ricarica delle batterie, ridurre le dimensioni dei microinverter solari e soddisfare la domanda di potenza delle server farm senza per que- sto generare un calore eccessivo. I progettisti stanno però raggiungendo i limiti prestazionali dei MOSFET e degli IGBT al silicio, gli elementi di commutazione pri- mari degli SMPS convenzionali. Per superare i limiti di velocità di commutazione e di efficienza dei dispositivi al silicio ora è possibile utilizzare transistor al nitruro di gallio in modalità potenziata (eGaN) – un semicon- duttore con ampia banda proibita. In precedenza, il costo e la disponibilità dei transistor eGaN ne limitava l’uso alle applicazioni di alimenta- zione più esoteriche, ma con la loro diffusione questo problema è stato superato e i transistor eGaN sono ora un’opzione per una gamma molto più ampia di ap- plicazioni. Questo articolo descrive i vantaggi degli alimentatori ad alta frequenza basati su componenti di commuta- zione eGaN rispetto a quelli tradizionali basati su MO- SFET al silicio (Si) o IGBT.Presenterà poi le linee guida su come realizzare progetti SMPS idonei per applica- zioni come la ricarica delle batterie o server farm che utilizzano gli stadi di potenza eGaN di EPC , Texas In- struments e Navitas Semiconductor . I vantaggi dell’alta frequenza Gli SMPS tradizionali impiegano in genere frequenze di commutazione che vanno da decine a centinaia di kilohertz. Il ciclo di lavoro della modulazione della lar- ghezza d’impulso (PWM) della frequenza di base de- termina la tensione di uscita dell’alimentatore. Il vantaggio principale di una frequenza di commu- tazione superiore è la riduzione delle dimensioni di componenti periferici come induttori, trasformatori e resistori. Questo consente al progettista di ridurre le progettazioni a parità di potenza di uscita, aumentan- do la densità di energia. Inoltre, il ripple di corrente e tensione all’uscita SMPS è ridotto, per cui diminuisco- no il rischio di interferenze elettromagnetiche (EMI), i costi e le dimensioni dei circuiti dei filtri. Tuttavia, i tradizionali IGBT e i MOSFET di potenza al silicio si attivano con relativa lentezza e dissipano una potenza significativa ogni volta che si accendo- no e si spengono. Queste perdite si moltiplicano con l’aumentare della frequenza, riducendo l’efficienza e aumentando le temperature dei chip. La combinazione di commutazione lenta e perdite di commutazione ele- vate mette un limite alla frequenza di commutazione possibile degli SMPS odierni. I progettisti possono superare tale limite affidandosi a semiconduttori ad ampia banda proibita. Tra questi, GaN è attualmente la tecnologia più collaudata e ac- cessibile per questa applicazione, che ha in eGaN una versione più sofisticata. Silicio e GaN a confronto Il GaN offre diversi vantaggi rispetto al silicio, molti dei quali sono legati alla maggiore mobilità elettronica del materiale. La maggiore mobilità elettronica confe- Realizzare alimentatori ad alta densità di energia con stadi di potenza eGaN integrati Rich Miron Applications Engineer Digi-Key Electronics Un’analisi dei vantaggi degli alimentatori ad alta frequenza basati su componenti di commutazione eGaN rispetto a quelli tradizionali basati su MOSFET al silicio (Si) o IGBT