16 / 18
POWER 7 - marzo 2015
XVI
Power
Le board di controllo per motori tipicamente impiegati negli elettro-
domestici e negli azionamenti industriali di limitata potenza vengono
progettati utilizzando unmodulo di potenza intelligente, che contiene
i circuiti integrati di pilotaggio realizzati in tecnologia ad alta tensio-
ne HVIC (High Voltage Integrated Circuit), i power switch (Mosfet o
IGBT) configurati a mezzo ponte, ponte a H o ponte trifase. Il mo-
dulo si collega direttamente tra il motore e il controllore che esegue
gli algoritmi di controllo del motore, rimpiazzando così una trentina
o più di componenti discreti a seconda delle configurazioni. Essendo
componenti integrati, questi moduli non solo semplificano il progetto,
riducono i costi dei componenti e lo spazio necessario sulla scheda, ma
incrementano anche l’affidabilità e aiutano a ridurre le interferenze
elettromagnetiche (EMI).
Nella maggior parte delle applicazioni si prevede che il modulo lavori
senza dissipatore. In tal modo si riduce ulteriormente il numero e il
costo dei componenti necessari, semplificando allo stesso tempo l’as-
semblaggio. Tuttavia, un accurato progetto termico diventa necessario
per assicurare che il modulo possa mantenere una
temperatura di regime adeguata anche nelle condi-
zioni di massimo carico, in modo da consentire al si-
stema di rispettare gli obiettivi minimi di affidabilità.
I moduli µIPMdi International Rectifier sono pensa-
ti e realizzati proprio nell’ottica di non prevedere l’u-
tilizzo di un dissipatore e sono ampiamente utilizzati
in applicazioni a inverter per sistemi di condiziona-
mento, ventole, pompe, compressori e azionamenti
a velocità variabile fino a potenze di 150-250W. Que-
sti moduli sono incapsulati in package PQFN di dimensioni 12 per 12
mm, 8 per 9mm, 7 per 8mm, espressamente progettati per dissipare il
calore attraverso le ampie aree di contatto elettrico saldate sul circuito
stampato. Le dimensioni e lo spessore delle piste di rame sulla scheda
hanno un effetto fondamentale sulla quantità di calore che può es-
sere dissipata nell’ambiente e, conseguentemente, sulla temperatura
di regime del modulo. Il sottodimensionamento di queste piste può
compromettere l’affidabilità, mentre il sovradimensionamento porta
a una soluzione più ingombrante e costosa del necessario.
Grazie all’ideazione di un esperimento che permette di misurare la
temperatura di regime di un modulo µIPM a vari livelli di potenza e
con vari tipi di circuiti stampati, IR ha ricavato un insieme di curve
che riportano la temperatura raggiunta dal modulo
in funzione della potenza dissipata all’interno dello
stesso; questo dato rappresenta un riferimento accu-
rato e fondamentale per la progettazione dei sistemi
di controllo motori. L’impiego di queste curve può
aiutare a ottimizzare il progetto termico, la tempera-
tura operativa e la massima potenza dissipabile dal
modulo soddisfando allo stesso tempo tutti i vincoli
di costo, dimensioni e affidabilità di ogni particolare
applicazione.
Stefano Ruzza & Marco Palma
Motion IC Group Europe
International Rectifier
L’importanza dell’analisi
delle prestazioni
termiche
dei moduli di potenza intelligenti
Un nuovo studio delle prestazioni termiche dei moduli di potenza intelligenti – utilizzati
soprattutto per il pilotaggio dei motori a bassa potenza – in varie condizioni operative
aiuta i progettisti a stimare temperatura di lavoro, potenze, costi, ingombri e a progettare
accuratamente i circuiti stampati per un’affidabilità ottimale
Fig. 1 – Schema semplificato del circuito per il test di
iniezione della corrente
Tabella 1 – Gli esperimenti sono stati condotti
con piste di rame sul circuito stampato di spes-
sore pari a 1 oz (che corrisponde a 35 µm) o 2 oz
(70 µm) e tre diverse aree
Area della pista
sulla scheda
Spessore del rame
sulla scheda
60mm x 22mm
1oz -> 35µm
2oz -> 70µm
40mm x 22mm
1oz -> 35µm
2oz -> 70µm
15mm x 17mm
1oz -> 35µm
2oz -> 70µm