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XXVI Power POWER 25 - MAGGIO 2021 vicino al massimo tipico assoluto di +25 V. Pertanto, ven- gono spesso introdotti diodi di clamp di protezione per evitare stress da tensione. Gli HEMT GaN sono pilotati in corrente con una tensione di circa 3 V che produce i pochi mA necessari per attivare completamente il di- spositivo. La tensione varia fortemente con la tempera- tura e la corrente di drain, quindi normalmente non è specificata a livello di soglia (VTH). Viene però indica- ta una corrente di gate massima, misurata in decine di mA, sebbene siano consentiti ampere di corrente pul- sata in base all’ampiezza dell’impulso e alla frequenza di ripetizione. Sia i dispositivi SiC sia i dispositivi GaN possono anche soffrire di attivazioni “fantasma” indotti da livelli intrinseci estremamente elevati di/dt e dV/dt, quindi per lo stato di OFF vengono spesso proposti po- chi volt di pilotaggio di gate negativo. I dispositivi GaN sono particolarmente rischiosi a causa della loro bassa tensione di soglia e del dV/dt più veloce. I produttori di dispositivi, tuttavia, forniscono comunemente parti SiC e GaN con connessioni “Kelvin” alla source in modo che il circuito di pilotaggio del gate possa essere efficacemente separato dal percorso di corrente principale, riducendo o eliminando il problema. Il pilotaggio negativo dei gate GaN HEMT può essere problematico poiché la tensione si somma direttamente alla caduta del diodo body quan- do il canale conduce in senso inverso durante i tempi “morti”, aumentando la dissipazione. I gate drive per dispositivi SiC e GaN includeranno tipi- camente una resistenza in serie extra a velocità di com- mutazione deliberatamente lente come compromesso tra EMI ed efficienza. I circuiti con resistenza separata per gli azionamenti ON e OFF utilizzano comunemente dei diodi di commutazione. Applicazioni per SiC e GaN Il SiC è attualmente comune nelle applicazioni di alimen- tazione con valori nominali da 650 V a 1.700 V, corrispon- denti ai livelli delle applicazioni industriali e dei comuni inverter monofase e trifase. I dispositivi hanno dimostrato di essere robusti e le soluzioni di pilotaggio all’avanguar- dia li stanno rendendo ancora più fruibili. I dispositivi SiC possono essere adattati ad alcune applicazioni esistenti che utilizzano Si-MOSFET o anche IGBT semplicemente apportando alcune modifiche alle tecniche di pilotaggio e allo snubbing. Tuttavia, i nuovi progetti che sfruttano fre- quenze di commutazione più elevate adottando tecniche di layout appropriate, possono assicurare maggiori vantaggi utilizzando dei componenti magnetici associati più piccoli. I dispositivi GaN stanno trovando un uso crescente negli alimentatori, dove offrono i migliori livelli di efficienza nel- le applicazioni a bassa tensione come inverter solari, con- vertitori DC-DC per telecomunicazioni, amplificatori audio di classe D e alimentatori AC monofase. Le problematiche relative alla sensibilità dei livelli di pilotaggio vengono af- frontate con configurazioni “cascode” con caratteristiche di gate equivalenti a quelle dei MOSFET Si. Dopo le riserve iniziali sull’affidabilità del dispositivo, la tecnologia è ora matura e i meccanismi di guasto sono stati compresi, quin- di le parti possono essere progettate con sicurezza tenendo conto dei valori massimi assoluti. Le tensioni nominali per i dispositivi GaN sono destinate ad aumentare, quindi com- peteranno sempre più con i MOSFET SiC e Si a circa 900- 1.000 V, cioè in una delle principali aree di applicazione dei sistemi DC industriali e delle batterie per veicoli elettri- ci. SiC e GaN possono essere utilizzati in modo vantaggioso in tutte le sezioni di un tipico convertitore di potenza, dallo stadio PFC del raddrizzatore totem pole all’inverter princi- pale fino ai raddrizzatori sincroni di uscita (Fig. 4). In definitiva, SiC e GaN sono ormai largamente diffusi e trovano sempre più applicazioni laddove l’efficienza è un fattore trainante. Presentano delle caratteristiche peculia- ri di cui occorre tenere conto per poter trarre i massimi benefici, tuttavia le minori perdite comportano altri pre- ziosi vantaggi, come riduzione dei pesi, delle dimensioni e dei costi, nonché un minore impatto sull’ambiente e sul portafoglio dell’utente. Fig. 3 – La polarizzazione negativa del gate contrasta l’effetto della capacità di Miller e dell’induttanza di source Fig. 4 – SiC e GaN possono essere utilizzati in un tipico convertitore di potenza