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EO POWER - GIUGNO/LUGLIO 2024 XVI Power I transistor GaN aprono la strada allo sviluppo di progetti di alimentatori caratterizzati da efficienze più elevate, densità di potenza maggiori e fattori di forma più ridotti Il GaN nella progettazione di alimentatori: vantaggi e sfide Simeon Tremp Senior Global Product Manager Traco Power di commutazione più elevate rispetto ai tradiziona- li transistor al silicio, e ciò si traduce nella possibilità di realizzare convertitori di potenza più efficienti e di dimensioni ridotte. Inoltre, offrono anche una minore capacità parassita, un elemento fondamentale per ot- tenere velocità di commutazione più elevate. Lo svantaggio è rappresenato dal fatto che i disposi- tivi WBG sono più costosi. Ciò vuol dire che devono garantire risparmi sotto altri aspetti, ad esempio a li- vello di BoM, di sistema o di costi operativi. Inoltre, è necessario gestire in maniera adeguata sia l’approccio al pilotaggio dei loro gate sia l’impatto di frequenze di commutazione più elevate prima di implementarli in prodotti che devono funzionare in modo affidabile per un decennio o più. Caratteristiche del WBG Esistono due tecnologie WBG in competizione tra di loro. La prima è quella del nitruro di gallio, o GaN (Gal- lium Nitride), la seconda quella del carburo di silicio, o SiC (Silicon Carbide) (Fig. 1). I dispositivi SiC sono di- sponibili con una VDS compresa tra circa 650 V e 2.200 V. Sono adatti ad applicazioni con tensioni inverse ele- vate, sono robusti e il diodo intrinseco (body diode) assicura un tempo di recupero inverso molto breve. Le velocità di commutazione vanno da decine a centinaia di kilohertz. Tuttavia, il controllo del gate può essere complesso, poiché in alcune topologie a volte sono ne- cessarie tensioni negative per evitare accensioni inde- siderate. I dispositivi GaN sono di due tipi: “D-Mode”, normal- mente accesi (on) e “E-mode”, normalmente spenti (off). L’approccio ottimale al pilotaggio del gate varia a seconda dei fornitori. VDS varia da 30 V a 900 V e, a differenza dei MOSFET, non sono presenti un diodo intrinseco e le relative perdite di recupero inverso. Le frequenze di commutazione possono raggiunge- I rapidi progressi dei semiconduttori negli ultimi dieci anni hanno prodotto una gamma di MOSFET a super giunzione a commutazione molto rapida. Adattando i progetti di alimentatori esistenti e passando a nuove topologie, questi dispositivi offrono miglioramenti in termini di efficienza, fattori di forma più piccoli e ridu- zioni nella dissipazione del calore: si tratta di vantaggi molto utili nei settori industriale, delle telecomunica- zioni e dell’informatica. Ma qualcosa di nuovo si sta contendendo lo spazio sul circuito stampato: i dispositivi Wide Band Gap (WBG). Questi assicurano una “on-resistance” (resistenza tra drain e source nello stato di on) inferiore e velocità