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EO POWER - GENNAIO/FEBBRAIO 2023 IX Convertitori c.c./c.c. per gate driver: criteri di scelta Rolf Horn Applications Engineer Digi-Key Electronics GATE DRIVERS Dagli alimentatori agli azionamenti per motore, dalle stazioni di ricarica a una miriade di altre applicazioni, i semiconduttori di potenza a commutazione, come i MOSFET realizzati in silicio (Si), carburo di silicio (SiC) e nitruro di gallio (GaN) e i transistor bipolari a gate isolato (IGBT), sono essenziali per progettare sistemi di potenza efficienti. Tuttavia, per ottenere le massime prestazioni dal dispositivo di potenza, è necessario un gate driver appropriato Come indica il nome, il ruolo del gate driver è di pilotare il gate del dispositivo di potenza e quindi di attivarlo o di- sattivarlo dalla modalità di conduzione in modo veloce e preciso. A tal fine è necessario che il driver sia in grado di erogare/assorbire una corrente sufficiente nonostante la capacità interna del dispositivo e di quella parassita, l’in- duttanza e altre problematiche relative al carico (gate). Di conseguenza, per sfruttare appieno le potenzialità e l’efficienza del dispositivo di potenza, è fondamentale scegliere un gate driver con le caratteristiche appropriate e dimensionato in modo corretto. Tuttavia, per ottenere le migliori prestazioni dal gate driver, il progettista deve prestare particolare attenzione all’alimentazione c.c. del driver, che risulta indipendente dal terminale (rail) c.c. del dispositivo di potenza. Tale alimentazione è simile a quella convenzionale, ma con alcune importanti diffe- renze. Può trattarsi di un’alimentazione unipolare oppu- re di un’alimentazione bipolare non simmetrica, oltre a presentare altre differenze di natura funzionale e strut- turale. I progettisti devono inoltre prestare attenzione al fattore di forma, in termini sia di ingombro sulla scheda sia di profilo, nonché alla compatibilità con i processi di assemblaggio e produzione previsti per il progetto. Questo articolo si concentra sugli alimentatori per gate driver utilizzando come esempio i convertitori c.c./c.c. da 2 W di tipo SMD (a montaggio superficiale) della serie MGJ2 di Murata Power Solutions . I dispositivi di commutazione Per comprendere il ruolo e le caratteristiche che devono avere i convertitori c.c./c.c. per gate driver è necessario partire dai dispositivi di commutazione. Nel caso di un MOSFET impiegato come dispositivo di commutazione, viene utilizzato il percorso gate-source per controllare lo stato di spegnimento (off) o accensione (on) del di- spositivo (discorso analogo vale per gli IGBT). Quando la tensione gate-source è inferiore alla tensione di soglia (V GS < V TH ), il MOSFET si trova nella regione di interdi- zione (cut-off), nel drain non fluisce alcune corrente, I D = 0 A, e il MOSFET appare come un “interruttore aperto” (Fig. 1). Invece, quando la tensione gate-source è molto maggio- Fig. 1 – In modalità “cut-off”, il percorso drain-source del MOSFET si presenta come un interruttore aperto (Fonte: Quora)