EO_493

COVERSTORY 16 - ELETTRONICA OGGI 493 - APRILE 2021 La frequenza di commutazione ottimale dipen- de da vari fattori correlati a specifici obiettivi del progetto. In molti casi, la frequenza di com- mutazione che garantisce la massima efficien- za e il costo più contenuto per un alimentatore CA/CC flyback al GaN è minore di 100 kHz. Aspetti economici del GaN: complicati ma non molto L’uso degli interruttori al GaN nel settore dell’elettronica di potenza è relativamente re- cente, per cui non c’è stato molto tempo per trarre vantaggio da economie di scala; inoltre, solo ora la tecnologia sta diventando matura. I dispositivi al Si, invece, vengono prodotti in serie da oltre 50 anni con iterazioni costanti di fabbricazione e del processo. Ma fondamen- talmente, non esiste alcun motivo di disparità economica fra il Si e il GaN, e si prevede che quest’ultimo continuerà a ridurre il distacco. Come si è illustrato, l’area di commutazione di un dispositivo al GaN è molto più piccola di quella di un dispositivo al Si equivalente; tutta- via, la scalabilità di caratteristiche e strutture quali le dimensioni delle piazzole e gli anelli di protezione non è identica. Al ridursi delle di- mensioni della piastrina di GaN, tali elementi non ridimensionabili fanno sì che l’area attiva della piastrina diventi semplicemente una par- te più piccola della superficie complessiva del chip e riducono il vantaggio offerto dal dispo- sitivo al GaN in termini di area. Oggi, il punto ottimale per quanto riguarda il GaN nei con- vertitori flyback off-line è compreso fra 15 W e 100 W; sotto i 10 W vi sono meno circuiti in produzione basati sul GaN. A livello di sistema, i convertitori flyback off- line al GaN possono essere meno costosi del- le loro controparti al Si. Come si è illustrato sopra, l’efficienza di conversione più elevata dei sistemi al GaN può eliminare la necessità di dissipatori/diffusori e ridurre le dimensioni complessive dell’alimentatore (contenendo ul- teriormente i costi relativi all’area della scheda di circuiti e dell’involucro). Per sistemi compat- ti, i dispositivi al GaN offrono già un modello dei costi convincente. Il GaN offre affidabilità operativa superiore Il GaN è un semiconduttore relativamente re- cente; gli ingegneri stanno ancora studiando come adattarne le caratteristiche operative a quelle dei più convenzionali (e compresi me- glio) interruttori al silicio. La tensione massi- ma tra drain e source, V DS(MAX) , rappresenta un limite sugli stress applicabili al silicio che viene rispettato scrupolosamente dai proget- tisti di circuiti di potenza. Ma per quanto ri- guarda il GaN, le prestazioni oltre questo pun- to limite sono molto diverse rispetto al silicio. I transistor al silicio in genere entrano nella regione di breakdown a valanga (conduzio- ne del transistor per effetti parassiti intrin- seci), che fissa la tensione drain-source del dispositivo. Fintantoché la durata dell’effetto valanga è relativamente breve, il dispositivo al silicio si ripristina, mentre escursioni ol- tre V DS(MAX) a durata superiore (millisecondi – come durante una sovratensione di linea) comporteranno un guasto irreversibile. Per questo motivo, gli ingegneri sono molto cauti con questo parametro. Fig. 2 – I dispositivi al GaN presentano perdite di commutazione e di conduzione inferiori rispetto a quelli al Si