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POWER EGAN POWER SUPPLY 38 - ELETTRONICA OGGI 482 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2019 risce al semiconduttore una tensio- ne di rottura più elevata (superiore a 600 V) e una “densità di corrente” superiore (A/cm 2 ). Il GaN offre an- che un altro vantaggio: i transistor realizzati con questo materiale non presentano una carica di recupero inverso, un fenomeno che può por- tare a un’elevata sovraelongazione della corrente di commutazione (so- vraoscillazione). Anche se queste caratteristiche sono indubbiamente importanti per chi progetta gli alimentatori, forse è ancora più significativo il fatto che l’elevata mobilità elettronica permette a un transistor GaN di commuta- re in circa un quarto del tempo di un MOSFET al sili- cio. Inoltre, ogni volta che il dispositivo GaN commu- ta, le perdite sono tra il 10 e il 30% circa di quelle di un transistor al silicio per una determinata frequenza di commutazione e corrente. Ne consegue che i transi- stor ad alta mobilità elettronica (HEMT) GaN possono essere pilotati a frequenze molto più elevate rispetto ai MOSFET al silicio, agli IGBT o ai dispositivi al carbu- ro di silicio (SiC) (Fig. 1). L’affermazione degli HEMT GaNè stata rallentata da due ragioni fondamentali. In primo luogo, i dispositivi sono essenzialmente dei FET (transistor a effetto di campo) in modalità depletion, quindi la modalità predefinita è “on”. Per contro, i MOSFET al silicio sono dispositivi in modalità avanzata con una modalità predefinita “off”. Di conseguenza, per poter funzionare correttamente gli HEMT GaN richiedono l’aggiunta di reti di polariz- zazione ben accordate. In secondo luogo, i transistor sono fabbricati utilizzando un processo diverso dalle tecniche già affermate e ad alto volume impiegate per il silicio, il che li rende più costosi. Questa complessità di progettazione e i maggiori costi hanno limitato le appli- cazioni di HEMT GaN agli SMPS di fascia alta. Ma di recente gli HEMT eGaN commercializzati stanno eliminando la necessità di reti di polarizzazione. Inol- tre, i fornitori di chip hanno introdotto driver per cir- cuiti di alimentazione integrati basati su HEMT eGaN che semplificano la progettazione. L’aumento dei li- velli di produzione ha anche consentito di ridurre i costi dei dispositivi eGaN. Soluzioni GaN integrate Nei progetti SMPS di fascia alta, in cui in precedenza venivano utilizzati HEMT eGaN, il prezzo elevato ha costretto i progettisti a limitare l’uso dei dispositivi ai transistor di potenza, per poi tornare ai MOSFET al sili- cio per i gate driver. Nonostante un certo guadagno in termini di prestazioni rispetto ai progetti “interamente al silicio”, gli elementi in silicio del progetto combinato compromettevano la frequenza di commutazione mas- sima. Inoltre, poiché GaN e silicio utilizzano tecnolo- gie di processo diverse, il gate driver e i transistor di potenza dovevano essere fabbricati come componen- ti separati, con un conseguente aumento dei costi e dell’ingombro sulla PCB. La riduzione dei prezzi dell’eGaN ha permesso ai pro- duttori di chip di risolvere entrambi i problemi. Texas Instruments, ad esempio, offre lo stadio di potenza eGaN LMG3411R070 da 70 m , 600 V e gate driver integrato (Fig. 2). Il chip può commutare 100 V/ns con sovraoscillazione Fig. 2 – FiLMG3411R070 di Texas Instruments integra uno stadio di potenza eGaN da 70 mΩ, 600 V con il suo driver (Fonte: Texas Instruments) Fig. 1 – Gli HEMT GaN consentono di utilizzare alimentatori a commutazione di frequenza più elevata rispetto ai dispositivi al silicio o SiC (Fonte: Infineon)