Dispositivi di potenza GaN e applicazioni

Pubblicato il 15 febbraio 2022

Il libro “GaN power devices and applications” è una guida per progettisti che si occupano di dispositivi GaN scritto da Alex Lidow, fondatore e CEO di EPC, un’azienda che produce transistor di potenza GaN. Il libro è stato scritto con il contributo di una trentina di esperti di applicazioni di conversione di potenza.

Il libro è un valore aggiunto all’industria e a tutti i progettisti, e si sofferma efficacemente su tutti gli aspetti principali del GaN con particolare attenzione all’aspetto applicativo. Dopo una prima introduzione sulla sua importanza, sulle caratteristiche elettriche e sullo stato dell’arte del mercato applicativo, il libro si focalizza sull’affidabilità e sui fattori che lo rendono un componente così importante per il futuro dell’elettronica di potenza.

Le prestazioni dei sistemi di potenza sono aumentate grazie ai transistor GaN che, allo stesso tempo, permettono di ridurre i costi dei progetti. Con il GaN, i guasti avvengono con modalità e meccanismi diversi. Ma come valutarne la qualità e l’affidabilità? Questo è un punto fondamentale per ogni settore, e nel libro Lidow e i suoi collaboratori lo descrivono analizzando tutti i possibili test di stress e modelli per spiegare la fisica dei guasti all’interno del transistor GaN. L’industria GaN mira a dimostrare che le soluzioni GaN hanno almeno la stessa aspettativa di vita dei MOSFET al silicio e, idealmente, una vita più efficiente.

L’affidabilità dei transistor GaN comprende una profonda analisi delle modalità di guasto, una progettazione rigorosa e una serie di test di qualificazione e di durata. Tutto questo sforzo permette all’industria di offrire delle soluzioni robuste e affidabili per applicazioni automobilistiche, industriali e aerospaziali.

L’autore si concentra successivamente sulle principali applicazioni dei GaN, quali la conversione DC-DC, il lidar, il controllo motori e le soluzioni spaziali. I convertitori multilivello sono frequenti, e vengono esaminate le relative sfide della costruzione fisica degli alimentatori. I transistor di potenza GaN sono una scelta ideale a sostegno delle missioni spaziali estreme. La tecnologia garantisce ottime prestazioni in funzione delle radiazioni e l’immunità SEE (single-event effects).

Nel settore del controllo motori i dispositivi al silicio si stanno avvicinando ai loro limiti teorici e c’è un bisogno crescente di una maggiore densità di potenza. La rapida capacità di commutazione del GaN e l’assenza di correnti di “reverse recovery” aiuta a rimuovere il relativo tempo morto e ad aumentare la frequenza PWM, per offrire un comportamento del motore più silenzioso ma soprattutto con una maggiore efficienza. Nel libro viene preso in considerazione l’inverter a due livelli e concetti basilari sui motori. In particolare vengono messi in risalto i limiti del silicio e come il GaN può offrire vantaggi nel design.

LiDAR è una tecnica che rappresenta la base per la guida autonoma e permette di misurare la distanza tra gli oggetti, utilizzando laser pulsati, e attraverso le informazioni acquisite, si può ottenere un’immagine 3D dello spazio circostante. La tecnologia LiDAR offre alta precisione, una copertura ad ampio raggio e un supporto digitale completo per la raccolta dei dati. Le soluzioni GaN si dimostrano adatti come elemento driver per la commutazione laser, pilotando impulsi ad alta corrente ed estremamente brevi. Le larghezze d’impulso brevi forniscono una risoluzione più alta e un’elevata corrente d’impulso permette ai sistemi LiDAR di raggiungere distanze importanti. Quando non viene pulsato, il dispositivo GaN nello stato OFF è esposto a un certo bias di drain. Questa condizione è particolarmente significativa ed importante e richiede un’attenta analisi.

La lista di soluzioni di sviluppo alla fine del libro lo rende completo. Oltre alla teoria e aspetti di progettazione, l’autore mette a disposizione soluzione pratiche per cominciare sin da subito a divertirsi con il GaN.

Il libro GaN power devices and applications è disponibile al seguente link  per l’acquisto.

 



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