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IX POWER 25 - MAGGIO 2021 THERMAL MANAGEMENT Il calore, si sa, è il peggior nemico del progettista elet- tronico e, probabilmente, lo sarà per sempre. Tuttavia, grazie ai progressi tecnologici che hanno permesso di ottimizzare i componenti elettronici e le tecniche di raffreddamento, adesso si può addirittura di dispositivi “freddi”. Una buona gestione termica comprende le soluzioni tec- nologiche relative alla generazione, al controllo e alla dissipazione del calore generato nei circuiti elettronici. Ogni componente elettronico genera una certa quantità di calore che può avere effetti negativi sulle prestazioni e sull’affidabilità del sistema, nonché del componente stesso. A complicare la situazione oggi c’è l’esigenza, e la richiesta, di diminuire le dimensioni dei circuiti. Tutti i dispositivi elettronici in grado di generare calore do- vrebbero essere sottoposti ad analisi di gestione termica ottimale. Alcuni settori risultano estremamente critici, come quello automobilistico, nel quale le temperature di esercizio generate dai disposi- tivi di potenza arrivano a livelli molto importanti. Nonostante l’introduzione dei materiali SiC e GaN, in grado di raggiungere temperature di esercizio molto più elevate, permane ancora il problema di garantire affidabi- lità e durata del componente. Di grande aiuto ai progettisti sono, oggi, i software ad alte prestazioni che permettono di analizzare un’infinità di varia- bili, al fine di caratterizzare i parametri fondamentali del si- stema e di creare modelli mate- matici applicabili a diversi casi teorici e pratici. Perché un componente elettrico o elettronico riscalda? L’effetto Joule descrive il processo in cui l’energia della corrente elettrica è convertita in calore durante l’attra- versamento di un conduttore o di un semiconduttore. Se la linea è caratterizzata da una conducibilità finita, l’energia elettrica viene convertita in calore a causa di perdite resistive nel materiale. Il calore è generato dagli elettroni a causa di micro-collisioni estremamente poten- ti. Mentre in alcuni casi il riscaldamento Joule è voluto in un circuito elettrico (si pensi ad esempio a stufe, forni, ferri da stiro, scaldabagni e così via), in altri è un effetto indesiderato. Nel caso in cui l’effetto del calore non sia voluto è possibile ridurlo con opportuni accorgimenti. Un transistor in regime lineare dissipa tanta potenza Un esempio chiarirà subito il concetto. La dissipazione di calore è strettamente collegata alla Legge di Ohm. La gestione termica per i componenti di potenza Una gestione termica ottimale non abbassa solamente la temperatura d’esercizio del circuito elettrico, fattore a volte pericoloso e rischioso, ma migliora, in modo decisivo, l’efficienza generale del sistema A. Di Paolo Power Fig. 1 – La dissipazione di un transistor in regime lineare, di saturazione e d’interdizione