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Il Silicio sta raggiungendo i suoi limiti teorici di prestazioni per l’elettronica. Nel frattempo l’industria si sta spostando verso materiali a banda larga, come il Nitruro di Gallio. Perché WBG e perché GaN in particolare? Il nuovo libro di AspenCore Media, la “Guida AspenCore al Nitruro di Gallio: una nuova era per l’elettronica di potenza“, risponde a questa e altre domande.
I dispositivi semiconduttori di potenza WBG in carburo di silicio e tecnologia GaN offrono vantaggi di progettazione che consentono prestazioni applicative precedentemente inimmaginabili: bassa corrente di dispersione, perdite di potenza ridotte, maggiore densità di potenza, funzionamento a frequenza più elevata e la capacità di tollerare temperature operative più alte, il tutto con dimensioni del dispositivo molto più ridotte. Altre caratteristiche, di non minore importanza, sono la robustezza e la maggiore affidabilità, che si traducono in una migliore aspettativa di vita del dispositivo e in una maggiore stabilità operativa.
Il GaN, con la sua bassa resistenza di giunzione, consente limitate temperature del dispositivo e basse perdite di energia anche in condizioni operative estreme e ad alta temperatura. Le proprietà del GaN possono fornire vantaggi nei convertitori di potenza per l’elettronica di consumo e industriale, caricatori per dispositivi wireless, circuiti di pilotaggio del motore, interruttori in applicazioni automobilistiche e spaziali, conversione efficiente dell’energia e misure intelligenti per impianti energetici. La tecnologia GaN, implementata tramite transistor, ha visto miglioramenti significativi che ne hanno ridotto i costi. Lo slancio è iniziato nel 2017. La tecnologia GaN consente lo sviluppo di convertitori in grado di funzionare a frequenze di commutazione più elevate. Riduce le dimensioni del trasformatore ed elimina la necessità di dissipatori di calore.
Gestione energetica
Dal punto di vista della gestione dell’alimentazione, è necessaria un’elevata efficienza energetica per sistemi portatili e quindi a batteria. Il minor consumo energetico massimizza il tempo di funzionamento del dispositivo, senza ricaricarle o sostituirle. Il settore degli alimentatori per applicazioni commerciali è estremamente dinamico e deve essere in grado di adattarsi ai cambiamenti del mercato con nuove normative. I semiconduttori come GaN e SiC possono fornire soluzioni efficaci per il progresso dell’elettronica di potenza. Le loro caratteristiche forniscono una gestione termica superiore e una migliore risposta in frequenza. Ciò si traduce in un’elettronica di potenza più efficiente e meno costosa.
Efficienza per dispositivi di potenza
I dispositivi basati su GaN sono la chiave per affrontare l’espansione delle energie rinnovabili. Con la disponibilità di 30 miliardi di dispositivi connessi nei prossimi anni, gli operatori e i fornitori devono ripensare al modo in cui queste installazioni verrano alimentate. La tecnologia sarà all’altezza della sfida? Le soluzioni di ricarica wireless consentono ricariche veloci, semplici, sicure e senza cavi. L’immagazzinamento efficiente dell’elettricità, possibilmente da fonti rinnovabili, è ormai un obiettivo strategico di tutti. I motori industriali e i veicoli elettrici sono sempre più utilizzati e il GaN ne ridurrà le perdite. Il GaN deve operare in modo sicuro, efficiente e ad alta frequenza. La gestione termica è fondamentale e l’alta efficienza è sempre un obiettivo. Con il GaN è possibile ottenere una riduzione del 50% delle perdite, riducendo costi e calore.
Mercato GaN
Per gli sviluppatori che adottano il GaN, gli imperativi del mercato sono prestazioni superiori, maggiore efficienza, dimensioni ridotte e costi inferiori. GaN è un importante motore di innovazione nei semiconduttori di potenza. La guida di AspenCore esamina le opportunità di mercato e copre tutti i settori (consumer, industriali, automobilistico, ecc).
Gli autori
Maurizio Di Paolo Emilio ha lavorato nel campo della ricerca sulle onde gravitazionali e in progetti di ricerca spaziale come ingegnere progettista. E’ un ingegnere elettronico e ha conseguito un dottorato di ricerca in fisica. E’ attualmente redattore capo di Power Electronics News e corrispondente europeo di EE Times. Ha scritto vari articoli tecnici e scientifici e alcuni libri per su Energy Harvesting e Data Acquisition and Control System.
Nitin Dahad è caporedattore di embedded.com e corrispondente di EE Times e EE Times Europe. Ha anche lavorato con National Semiconductor, GEC Plessey Semiconductors, Dialog Semiconductor e Marconi Instruments.
