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EO POWER - OTTOBRE 2022 XXIX GAN VS SI Integrazione Uno dei grandi vantaggi della tecnologia GaN-on-Si è la possibilità di integrare più dispositivi di potenza ad alta tensione in un unico chip. Ciò ha consentito lo sviluppo di stadi di potenza monolitici, come quello illustrato nella figura 3. Questo dispositivo monolitico ha essenzialmente la stessa funzionalità di un modulo multi-chip “DrMOS” a bassa tensione basato su silicio, ma con capacità di corrente e tensione più elevate e mi- gliori proprietà termiche. Per illustrare i vantaggi del- le integrazioni monolitiche, nella figura 4 è riportato un confronto tra l’efficienza di un convertitore buck da 48 V a 12 V che utilizza il chip monolitico della figu- ra 3 (linee verdi) e gli equivalenti transistor discreti in GaN (linee blu). L’efficienza aggiuntiva è dovuta alla sostanziale eliminazione delle induttanze parassite dovute ai percorsi ad anello (loop) di source, gate e ali- mentazione che inevitabilmente si formano quando si assemblano più componenti discreti su una scheda a circuito stampato. In questo grafico è anche riportata la migliore efficienza di un MOSFET con una “X” nera. Efficienza e densità di potenza L’efficienza termica ed elettrica può essere combina- ta con una densità di potenza di sistema superiore. I dispositivi di potenza GaN sono risultati sempre i mi- gliori nei benchmark sulla densità di potenza dei con- vertitori a 48 V. La figura 5 mostra l’evoluzione della densità di potenza nei convertitori non regolati a 48 V - 12 V negli ultimi 7 anni. L’ultimo dispositivo di ri- ferimento ha una densità di potenza di oltre 5.000 W/ Fig. 2 - Confronto tra dispositivi GaN e MOSFET da 80-100 V con una resistenza simile. Si noti che, nonostante le di- mensioni ridotte dei FET eGaN, essi sono significativamente più efficienti dal punto di vista termico Fig. 3 - Il dispositivo EPC2152 è uno stadio di potenza monoliti- co. Lo schema a blocchi è a sinistra, mentre il chip in GaN da 10 mm 2 è mostrato sulla destra Fig. 4 - Confronto dell’efficienza in un convertitore buck da 48 V a 12 V tra un dispositivo EPC2152 monolitico e dispositivi discreti GaN comparabili con un circuito integrato di pilotaggio in silicio. Il circuito integrato ha dimensioni inferiori del 35% ed è significativamente più efficiente. Si noti che l’efficienza massima di un convertitore buck basato su MOSFET è significativamente peggiore