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X Power POWER 22 - MAGGIO 2020 I discreti di potenza sono componenti elettronici utilizzati per convertire l’energia da una forma a un’altra, in vari stadi collocati tra il punto in cui l’energia viene prodotta e il punto in cui essa viene utilizzata. I tipi più comuni di discreti di potenza sono i transistor realizzati in tecnologia MOSFET, JFET, BJT e IGBT, i diodi di potenza, i tiristori o diodi SCR e infine i moduli di potenza. Questi ultimi pre- sentano il grado d’integrazione più elevato e includono al loro interno una combinazione dei componenti prece- dentemente elencati. Accanto a questi semiconduttori basati sul silicio, negli ultimi anni sono comparsi sul mercato discreti di poten- za basati sui materiali wide bandgap. Questi componenti hanno oggi raggiunto un grado di affidabilità pari alle mi- gliori controparti basate sul silicio: stabilità, affidabilità a lungo termine e robustezza hanno permesso l’impiego di questi nuovi componenti in applicazioni di potenza otte- nendo valori di efficienza senza precedenti. Transistor di potenza I transistor di potenza sono largamente utilizzati negli inverter, nei circuiti switching e negli alimentatori SMPS, con applicazioni in ambito industriale, automotive e in buona parte dell’elettronica di consumo. I transistor di potenza realizzati con tecnologia BJT utilizzano un pro- cesso di fabbricazione economico e collaudato, ma pre- sentano alcune limitazioni. La prima è quella di richiede- re, nello stato di conduzione, una corrente di base pari a circa un quinto della corrente di collettore; viceversa, per ottenere una rapida commutazione nello stato di in- terdizione è richiesta un’elevata corrente di base inversa. Inoltre, nei transistor BJT sia gli elettroni sia le lacune contribuiscono alla conduzione, con l’effetto di rallentare notevolmente la velocità di commutazione. Nelle applica- zioni di elevata potenza, i BJT sono infine affetti da un problema di deriva termica: la caduta di tensione ai loro capi decresce all’aumentare della temperatura. L’avvento dei transistor MOSFET ha permesso di risolvere molte di queste limitazioni. Poiché in essi la conduzione coinvolge solo i portatori di carica maggioritari, si ottiene un dispo- sitivo unipolare con prestazioni superiori a quelle di un BJT, soprattutto in applicazioni di alta frequenza dove le perdite di commutazione sono particolarmente impor- tanti. I MOSFET sopportano l’applicazione simultanea di elevate tensioni e correnti senza subire danni; inoltre, possono essere collegati in parallelo in quanto la caduta di tensione aumenta al crescere della temperatura, garan- tendo una distribuzione uniforme della corrente tra tutti i componenti. Un cambio radicale di tecnologia si è verificato con l’in- troduzione del transistor IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), un dispositivo che combina le proprietà del transistor BJT con quelle del MOSFET. Il transistor IGBT, infatti, unisce l’elevata impedenza di ingresso e l’elevata velocità di commutazione del MOSFET con la bassa ten- sione di saturazione di un BJT, ottenendo un dispositivo in grado di gestire elevate correnti collettore-emettitore con una corrente di pilotaggio del gate virtualmente nulla. ROHM Semiconductor , azienda leader nel settore dell’e- lettronica di potenza, offre un’ampia gamma di transistor IGBT per applicazioni con elevate correnti e tensioni. Il transistor IGBT RGPR20NL43HR della serie Ignition, conforme allo standard automotive AEC-Q101, dispone di una tensione di saturazione collettore-emettitore pari a 420 V e corrente massima di 20 A. Il range di temperatura esteso da -55 °C a +145 °C lo candida a soluzione idea- le per i sistemi d’iniezione e accensione elettronica. Lo sviluppo degli IGBT ha ormai raggiunto il limite teorico imposto dalla tecnologia al silicio, impedendo un’ulterio- re riduzione delle perdite di potenza e il conseguente mi- glioramento dell’efficienza. La recente introduzione sul mercato dei semiconduttori wide bandgap ha permesso di superare queste limitazioni. I SiC power MOSFET pre- sentano basse perdite di conduzione e di commutazione, bassa resistenza di gate, elevata efficienza e ottima tolle- ranza nei confronti dei corti circuiti. Queste proprietà consentono al transistor di operare a tensioni e tempe- rature superiori, con una migliore dissipazione termica Soluzioni discrete per l’elettronica di potenza L’elettronica di potenza, uno dei settori chiave dell’elettronica, è dominata dai dispositivi discreti – transistor, diodi, tiristori – a cui si sono aggiunti i moduli che integrano più dispositivi discreti A. Di Paolo