Tecniche di progetto per convertitori DC/DC switching ad alta frequenza di commutazione

L'utilizzo di dispositivi Wide Band Gap (WBG) semiconductors permette di migliorare il trade-off esistente nei convertitori switching: all'aumentare della frequenza di switching, distorsione e banda migliorano mentre l'efficienza peggiora. Con tale tecnologia si riducono infatti di vari ordini di grandezza i tempi di commutazione con conseguente riduzione delle perdite a parità di frequenza di switching o, dualmente, è possibile aumentare la frequenza di switching a parità di efficienza. Se si utilizzano dispositivi WBG semiconductors bisogna però anche affrontare delle sfide di progettazione: poiché gli switch di potenza commutano velocemente elevate tensioni ed elevate correnti, i componenti attivi e passivi del convertitore sono sottoposti ad elevati slew rate di tensione e di corrente. Di conseguenza è necessario che la PCB, i packages dei dispositivi e tutti i componenti passivi abbiano parassiti ridotti, o comunque è necessario tener conto in maniera accurata di tali parassiti in fase di progettazione, altrimenti si va incontro ad un aumento delle perdite e delle problematiche di affidabilità dei componenti e di interferenza elettromagnetica (EMI). Per tener conto in maniera precisa dei parassiti che devono essere minimizzati tramite l'ottimizzazione del layout non è sufficiente eseguire delle simulazioni time-domain che considerano il layout come una fase successiva all’analisi e le cui connessioni circuitali sono quasi ideali. Si è quindi utilizzato il tool Advanced Design System (ADS), ed in particolare PEPro, di Keysight Technologies per tener conto del layout già in fase di analisi ricorrendo ad una tecnica tipica dell’ambito RF: la simulazione elettromagnetica delle connessioni della board. La tecnologia presa in esame è la IMS Evaluation Platform della GaN Systems in configurazione 3 kW Half Bridge - Synchronous Buck DC/DC.