EO Power 33

EO POWER - GENNAIO/FEBBRAIO 2024 XX Power ai condensatori ceramici, ma sono più grandi e hanno una resistenza serie e un’induttanza serie equivalente (ESL) più elevate. I condensatori elettrolitici sono in ge- nere progettati in base al valore efficace della corrente di ripple che possono sopportare. Gli inverter basati su transistor FET in GaN lavorano a frequenze di commutazione più elevate rispetto agli in- verter basati su MOSFET al silicio, rendendo possibile l’uso di soli condensatori ceramici sul DC bus. I conden- satori ceramici sono dimensionati in base ai requisiti di ripple di tensione sull’alimentazione DC, che è inversa- mente proporzionale alla frequenza di commutazione del convertitore, il che riduce proporzionalmente la capacità totale richiesta quando aumenta la frequenza di commu- tazione. Il minor numero di condensatori richiesti nella DC link riduce il costo totale e il volume dell’inverter.[2] Un altro vantaggio dei condensatori ceramici è la loro bassa induttanza parassita (ESL). Un buon layout del PCB e la loro bassa ESL li rendono una sorgente di tensione a bassa induttanza, che è un fattore chiave nei convertitori di potenza a commutazione. L’efficacia dell’impiego dei condensatori ceramici sul DC link diventa evidente ad alte frequenze di commutazio- ne, come illustrato nella figura 1. Il grafico mostra che il ripple di tensione, utilizzando una capacità di 90 µF in un inverter che commuta a 100 kHz, è inferiore al ripple di tensione dell’inverter con una capacità di 360 µF che lavora a 20 kHz. Misure sul transitorio di commutazione e ottimizzazione della cella di commutazione Un elemento di base dei convertitori di potenza odierni è la cella di commutazione, composta da due transistor collegati in cascata tra un’alimentazione continua, cre- ando una maglia di potenza. Le piste sul circuito stam- pato, i via e tutti i collegamenti dei componenti sul PCB introducono delle induttanze parassite nella cella di commutazione. L’induttanza della maglia di potenza può essere modella- ta come un’induttanza parassita presente tra i terminali della cella di commutazione e la tensione del bus DC [3]. La maglia di potenza è responsabile di oscillazioni causa- te da transitori di commutazione particolarmente veloci, che possono causare sovratensioni sui dispositivi e dare problemi di interferenza elettromagnetica (EMI). Il me- todo più comunemente utilizzato per ridurre al minimo l’induttanza dell’anello di potenza consiste nel posizio- nare condensatori ceramici di disaccoppiamento in pros- simità dei transistor di ciascuna cella di commutazione. Nelle applicazioni di pilotaggio dei motori, la velocità delle transizioni di commutazione è intenzionalmente mantenuta bassa, in genere con fronti caratterizzati da dv/dt inferiori a 10 V/ns. Le transizioni lente generano meno ringing e richiedono meno condensatori di disac- coppiamento vicino alla cella di commutazione rispetto alle transizioni con velocità dei fronti più elevate. Con un buon layout della scheda, i condensatori ceramici sul col- Fig. 2 – Forme d’onda che mostrano la transizione ascendente e discendente misurata a 50 A di corrente di fase positiva e negativa di un inverter funzionante a 100 kHz che pilota un motore a magneti permanenti. La forma d’onda blu rappresenta l’inverter dotato di molti condensatori di disaccoppiamento. La forma d’onda rossa rappresenta l’inverter che funziona senza condensatori di disaccoppiamento