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POWER SIC MOSFETS circuito di gate: tra i fattori critici da tenere in conside- razione si possono annoverare la tensione di bus, la ve- locità di commutazione (dv/dt) e la resistenza tra drain e source (R DS(ON) ). Nel caso peggiore, una falsa accensione può dar luogo a gravi conseguenze, tra cui corto circuiti e danni ai MOSFET. Gli effetti negativi del PTO possono essere aggravati dalle induttanze e dalle capacità parassite correlate al layout della scheda PCB e al packaging. Per evitare ciò, è pos- sibile polarizzare negativamente la tensione di spegni- mento (turn off) del dispositivo, come verrà illustrato di seguito; -- ●Intervallo di tensione del gate driver Per l’accensione e lo spegnimento di un MOSFET è ne- cessario applicare una tensione al suo terminale di gate, che viene fornita da un gate driver dedicato (Fig. 1). Il gate driver è responsabile dell’erogazione della corrente che carica il gate del MOSFET fino alla tensione di accensione finale, V GS(ON) , oltre che dell’assorbimento della corrente nel momento in cui il dispositivo viene scaricato fino al valore finale della tensione di spegnimento, V GS(OFF) . La tensione positiva del gate driver deve avere una valore sufficientemente alto per poter accendere completamen- te il MOSFET ma, allo stesso tempo, non deve superare la tensione massima di gate. Quando si utilizzano MOSFET SiC, è importante tener presente che tali dispositivi soli- tamente richiedono tensioni di gate più elevate rispetto ai MOSFET in silicio. Allo stesso modo, mentre una ten- sione di 0 V è sufficiente per consentire l’accensione di un MOSFET in silicio, per i dispositivi SiC è generalmente consigliata una polarizzazione negativa al fine di elimi- nare il rischio di una falsa accensione. Un’oscillazione della tensione fino a un valore di -3 V (o persino -5 V) du- rante la fase di spegnimento può essere considerato un margine sufficiente per evitare il verificarsi di condizioni che possono provocare l’innesco di V GS(TH) e l’accensione accidentale del dispositivo. La polarizzazione negativa della tensione di gate nel modo appena descritto comporta l’ulteriore vantaggio della riduzione delle perdite di energia in fase di spegni- mento (E OFF ) del MOSFET. Come riportato in figura 2, la riduzione da 0 a -3 V della tensione di spegnimento du- rante pilotaggio dei MOSFET SiC della serie EliteSiC M3S di seconda generazione di onsemi permette di ridurre E OFF in misura pari al 25%; -- ●R DS(ON) e carica totale di gate (Q G(TOT) ) R DS(ON) è la resistenza tra i terminali di drain e source del MOSFET quando il dispositivo viene acceso mediante uno specifico valore di tensione tra gate e source (V GS ) appli- cata al gate. Nel momento in cui V GS aumenta, R DS(ON) so- litamente diminuisce: in linea generale, è preferibile che il valore di R DS(ON) sia il più ridotto possibile, in quanto il MOSFET viene utilizzato come commutatore. La carica to- tale di gate Q G(TOT) è la carica elettrica, espressa in coloumb, richiesta per accendere completamente il MOSFET e, soli- tamente, è inversamente proporzionale a R DS(ON) . La carica Q G(TOT) è fornita dal gate driver, che deve essere quindi in grado di erogare e assorbire la corrente richiesta. Ottimizzazione delle perdite di potenza Per ridurre le perdite di commutazione dei MOSFET SiC, i progettisti devono valutare diversi compromessi. La perdita di potenza totale di un MOSFET SiC è data dal- la somma delle perdite di conduzione e della perdite di commutazione. Le prime, espresse dal prodotto I D 2 *R D- S(ON) , dove I D è la corrente di drain, possono essere mini- mizzate scegliendo dispositivi con valori di R DS(ON) ridotti. Tuttavia, bassi valori di R DS(ON) , richiedono un gate driver in grado di erogare e assorbire correnti di valore elevato, a causa della relazione esistente tra Q G(TOT) e R DS(ON) che, come visto in precedenza, è di tipo inversamente propor- zionale. In altre parole, nel momento in cui un progetti- Fig. 1 – Pilotaggio del MOSFET del gate driver per le operazioni di accensione/spegnimento e percorso della corrente. Il modello del MOSFET include capacità parassite come C GD and C GS che devono essere caricate e scaricate ELETTRONICA OGGI 521 - OTTOBRE 2024 45