Driver GaN per conversione di potenza ad alta velocità

STMicroelectronics ha presentato due driver di gate half-bridge per transistor GaN HEMT in modalità enhancement, destinati ad applicazioni di controllo del movimento e conversione di potenza che richiedono elevate velocità di commutazione, efficienza termica e integrazione compatta.

Commutazione ad alta frequenza nell’elettronica di potenza
I dispositivi al nitruro di gallio (GaN) sono sempre più utilizzati nell’elettronica di potenza grazie alla loro capacità di commutazione rapida e alle minori perdite rispetto alle soluzioni basate su silicio. I nuovi driver supportano queste caratteristiche fornendo segnali di gate da 5 V con controllo preciso e alta immunità ai transitori.

Le due varianti coprono diverse classi di tensione: una fino a 220 V e l’altra fino a 600 V, consentendo l’impiego in vari sistemi industriali, tra cui azionamenti motore, alimentatori e convertitori.

Un ritardo di propagazione di 50 ns, strettamente allineato tra i canali high-side e low-side, consente una commutazione sincronizzata. Inoltre, un’immunità dV/dt di ±200 V/ns garantisce un funzionamento stabile in ambienti ad alta velocità di commutazione, favorendo velocità di rotazione più elevate e una migliore efficienza del sistema.

Architettura integrata che riduce la complessità progettuale
I driver integrano diverse funzioni normalmente realizzate con componenti discreti, tra cui regolatori LDO lato alto e lato basso, un diodo bootstrap e protezioni come il blocco per sottotensione (UVLO).

Un regolatore di avvio rapido integrato stabilizza l’alimentazione del driver, garantendo un comportamento coerente durante l’accensione. Ciò riduce la necessità di componenti esterni e ottimizza la distinta base (BOM).

Lo stadio di uscita offre percorsi separati di source e sink, con capacità fino a 1,8 A (sink) e 0,8 A (source). Questo consente di regolare in modo indipendente le fasi di accensione e spegnimento, ottimizzando dV/dt e dI/dt senza richiedere diodi esterni, riducendo l’induttanza parassita e migliorando la velocità di commutazione.

Protezioni integrate e spegnimento intelligente
Per applicazioni industriali, i driver includono diversi meccanismi di protezione. Un comparatore interno rileva sovracorrenti e disattiva entrambi i dispositivi GaN.

Il meccanismo di spegnimento intelligente (Smart Shutdown) mantiene gli interruttori spenti per un tempo sufficiente a consentire il recupero termico. Un pin di fault dedicato segnala condizioni di sovracorrente, sovratemperatura e UVLO al sistema di controllo.

Flessibilità di integrazione nei sistemi industriali
I dispositivi supportano ingressi logici tolleranti fino a 20 V e includono un pin di shutdown dedicato per ridurre il consumo energetico durante i periodi di inattività, facilitando l’integrazione nelle architetture di controllo esistenti.

Entrambi i driver sono qualificati per funzionare in un intervallo di temperatura da −40 °C a 125 °C e sono disponibili in un package QFN compatto da 4 mm × 5 mm, adatto a progetti ad alta densità di potenza.

Ambiti applicativi e posizionamento
Questi driver sono progettati per applicazioni di commutazione hard-switching in cui la tecnologia GaN offre vantaggi in termini di efficienza, come nel controllo del movimento, nell’automazione industriale e nella conversione di potenza.

Rispetto ai driver tradizionali basati su silicio, le soluzioni ottimizzate per GaN consentono velocità di commutazione più elevate e minori perdite, permettendo l’uso di componenti passivi più compatti e migliorando l’efficienza complessiva nei sistemi industriali moderni.

Redatto dalla giornalista industriale Sucithra Mani con il supporto dell’IA.

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