Monolithic Integration of GaN-based Driver and Power Transistor for High-Efficiency Power Applications

L'integrazione monolitica di driver e transistor di potenza basati su GaN rappresenta un progresso significativo nell'elettronica di potenza ad alta efficienza e compatta. Questa tesi esplora la progettazione e l'ottimizzazione di un driver di gate GaN completamente integrato, con l'obiettivo di ridurre le perdite di commutazione e aumentare la densità di potenza. Lo studio inizia con un'analisi approfondita della tecnologia GaN, evidenziando le sue eccellenti proprietà elettriche, i vantaggi rispetto alle soluzioni basate su silicio e le sfide legate all'integrazione monolitica. Particolare attenzione viene dedicata all'impatto degli elementi parassiti, che possono compromettere le prestazioni aumentando le frequenze di commutazione e causando oscillazioni indesiderate. L'architettura del driver proposta utilizza una topologia rail-to-rail, garantendo un controllo robusto del gate e riducendo al minimo l'induttanza parassita nel loop di gate. Sono state condotte simulazioni a livello schematico e post-layout per valutare le prestazioni del circuito, dimostrando che il driver è in grado di operare a frequenze di commutazione fino a 20 MHz. Tuttavia, le simulazioni post-layout hanno evidenziato un aumento dei tempi di salita e discesa a causa dell'estrazione parassita, sottolineando l'importanza di un'accurata ottimizzazione del layout per mantenere elevate velocità di commutazione e stabilità del sistema. Una possibile applicazione del driver progettato è nei convertitori DC-DC boost, in particolare nei microinverter, dove la sua capacità di operare ad alte frequenze, l'efficienza e l'integrazione compatta possono contribuire al miglioramento della conversione dell'energia fotovoltaica. Riducendo l'uso di componenti discreti e migliorando le prestazioni di commutazione, l'integrazione monolitica del GaN rappresenta una soluzione promettente per l'elettronica di potenza di nuova generazione.