EO 515

EO POWER - GENNAIO/FEBBRAIO 2024 XIX GAN INVERTERS Ottimizzazione di inverter basati su dispositivi in GaN per il pilotaggio di motori BLDC Federico Unnia Application Engineer, Motor Drive Design Center EPC Grazie alle superiori prestazioni di commutazione dei dispositivi in GaN, gli inverter che li utilizzano possono essere ottimizzati riducendo il numero di componenti, diminuendo così il volume complessivo dell’inverter rispetto a quelli basati su MOSFET a bassa frequenza di commutazione I dispositivi di potenza in nitruro di gallio (GaN) consentono di aumentare la frequenza di commutazione dei convertitori di potenza e di ridurre il dead time; tali caratteristiche pos- sono essere sfruttate negli inverter per il pilotaggio dei mo- tori elettrici ottenendo diversi vantaggi. Studi recenti hanno dimostrato che la riduzione del dead time e l’aumento della frequenza di commutazione portano a una maggiore effi- cienza del motore.[1] Un inverter per motori ad alta frequenza di commutazione consentedi ottimizzare i condensatori del DC link, rendendo possibile l’utilizzo di solo condensatori ceramici e riducen- do così le dimensioni complessive del convertitore. Inoltre, un buon layout consente anche di eliminare i condensatori di disaccoppiamento montati vicino alle celle di commuta- zione, grazie ai condensatori ceramici per DC link a bassa induttanza e alla bassa induttanza distribuita del layout. Per dimostrare le affermazioni precedenti, sono state con- dotte delle prove sperimentali con un motore a magneti permanenti che utilizza la tecnica di controllo a orienta- mento di campo senza sensori (sensorless). Gli inverter per motori oggetto delle prove hanno utilizzato sia dei transistor FET discreti sia i circuiti integrati monoli- tici, oggi resi possibili dalla tecnologia del nitruro di gallio. Effetto della frequenza di commutazione sui condensatori per DC link I condensatori per DC link presenti in un inverter per motori elettrici sono utilizzati principalmente per ri- durre al minimo le fluttuazioni della tensione di ali- mentazione. I due tipi principali di condensatori per DC link utilizzati negli inverter sono i condensatori elet- trolitici e i condensatori ceramici. I condensatori elet- trolitici hanno un costo inferiore per capacità rispetto Fig. 1 – Ripple sul bus DC in funzione della frequenza di commutazione PWM per tre inverter che utilizzano condensatori ceramici sul DC link. Il ripple di tensione a 100 kHz sull’inverter con capacità da 90 µF è leggermente inferiore al ripple di tensione sull’inverter con capacità da 360 µF funzionante a 20 kHz, il che dimostra il vantaggio di aumentare la frequenza PWM negli inverter per motori