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IV
Power
POWER 11 - GIUGNO/LUGLIO 2016
Compattezza, velocità e ri-
sparmio: una descrizione che
non è solo adatta alle mo-
derne utilitarie, ma anche ai
semiconduttori di potenza al
carburo di silicio (SiC). Non
sono infatti solo le nostre
auto a dover diventare sem-
pre più efficienti, ma anche
i sistemi elettronici in tutti i
possibili settori devono af-
frontare questa sfida. Qui i transistor a effetto di campo
(FET, Field Effect Transistor) al carburo di silicio offrono
una soluzione efficiente che, grazie alle frequenze di com-
mutazione più elevate, consente agli sviluppatori di ridurre
in modo notevole non solo la potenza di perdita, ma an-
che i componenti necessari, come bobine e condensatori.
In tal modo diminuisce anche il volume complessivo del
pezzo. Molti fornitori di impianti fotovoltaici, grandi unità
industriali di alimentazione o controllo di motori, sfrutte-
ranno volentieri questa possibilità di riduzione di peso e
dimensioni. Con l’aiuto di convertitori DC/DC è possibile
facilitare l’alimentazione degli ingressi di pilotaggio.
Un po’ di storia
Dall’inizio degli anni cinquanta gli sviluppatori di sistemi
di potenza puntano sull’impiego di componenti a semicon-
duttori. Il primo importante passo è stata l’invenzione di
cosiddetti transistor bipolari di potenza che consentivano
all’utilizzatore di commutare alcune centinaia di Ampere
con tensioni di breakdown fino a 500V. La potenza nomi-
nale da commutare era considerevole, ma occorreva pilota-
re la base del componente con correnti relativamente alte
per ottenere tempi di commutazione rapidi e poter ridurre
al minimo le perdite di commutazione. Queste correnti di
pilotaggio relativamente alte, di norma pari al 10 – 20%
della corrente del collettore, e il collegamento in parallelo
molto sensibile dei transistor bipolari di potenza, che po-
teva provocare guasti precoci a causa della sua risposta a
corrente e temperatura, hanno spinto così allo sviluppo dei
transistor a effetto di campo (field effect transistor, FET)
che potessero superare le limitazioni dei transistor bipo-
lari. Oltre ai notissimi MOSFET (FET con semicondutto-
re all’ossido metallico), vi sono molti altri tipi di FET, per
esempio gli IGFET (FET con elettrodo di gate isolato) o
i MISFET (FET con semi-
conduttore a isolatore me-
tallico). I MOSFET sono
dotati di un elettrodo di
controllo conducente, nor-
malmente in metallo, e di
un isolatore intermedio in
ossido di silicio. Il vantag-
gio fondamentale di questi
componenti è il ridottissi-
mo flusso di corrente sul
gate in presenza di cicli di
chiusura o apertura. Anche
durante le fasi di commutazione fra gli stati, la corrente di
gate aumenta solo in maniera trascurabile rispetto a quella
dei transistor di potenza bipolari. Nei processi di commu-
tazione desiderati la capacità di gate deve essere caricata e
scaricata. È sostanzialmente da questo che dipende il flusso
di corrente di pilotaggio. Un ulteriore vantaggio consiste
nel fatto che per un MOSFET si possono realizzare dei
processi di commutazione molto rapidi, poiché l’apertura
del tratto drain-source in un processo di commutazione av-
viene esclusivamente tramite il trasporto di cosiddetti por-
tatori maggioritari. Anche il collegamento in parallelo, a
motivo della caduta di tensione di breakdown crescente a
Wolfgang Wolfsgruber
Direttore - Environmental & Reliability Lab
RECOM Engineering GmbH & Co KG
Gmunden, Austria
Alimentazione dei driver SiC:
alcune considerazioni di progetto
Grazie all’utilizzo di convertitori DC/DC realizzati “ad hoc” è possibile semplificare
l’alimentazione dei circuito di pilotaggio dei MOSFET realizzati in carburo di silicio
Fig. 1 – Stadio di eccitazione