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POWER
SINE-WAVING
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- ELETTRONICA OGGI 456 - SETTEMBRE 2016
i circuiti logici di protezione e di pilotaggio grazie alla
tecnologia SOI di Toshiba.
In tempi più recenti la società ha introdotto il modello
TPD4204F per il controllo sinusoidale. Diversamente
dai precedenti modelli monolitici, si tratta di un dispo-
sitivo multichip che comprende sei MOSFET da 600V
separati (con i diodi in antiparallelo integrati) alloggia-
ti a fianco di un circuito integrato che contiene i cir-
cuiti logici e di pilotaggio e integrati in un package a
montaggio superficiale da 30 pin SOP30 di dimensioni
20 mm x 11 mm x 2 mm.
I MOSFET da 600V utilizzati in questo modulo garanti-
scono un margine di sicurezza maggiore sulla tensio-
ne di lavoro rispetto alle alternative basate su IGBT,
a fronte di un minore ingombro. L’uso della tecnolo-
gia a montaggio superficiale consente ai costruttori
di ridurre il tempo di assemblaggio dei moduli di controllo
di potenza grazie ai sistemi automatici di “pick-and-place”.
I MOSFET selezionati appartengono alla serie HSD (High-
Speed Diode) in cui i dispositivi prevedono un “body-diode”
(diodo intrinseco) caratterizzato da un tempo di recupero
veloce per garantire una maggiore efficienza rispetto ai
MOSFET di potenza tradizionali.
Il progetto innovativo del dispositivo ha permesso di ridur-
re la resistenza termica a solo 15 °C/W, con conseguente
diminuzione del calore generato per ogni livello di potenza
elettrica rispetto ai precedenti package dual-in-line (DIP).
Questa maggiore efficienza, combinata a una minore re-
sistenza RDS(ON) e al miglioramento delle prestazioni di
commutazione rispetto agli IGBT, ha consentito di ridurre
complessivamente le perdite.
Oltra a questa maggiore efficienza, la soluzione multi-
chip assicura che tutto il calore generato venga disperso
nel package, abbattendo la temperatura complessiva del
package, diversamente da quanto accade in un singolo
chip in cui il calore è localizzato in chip monolitico.
La figura 4 riporta il confronto in termini di perdite del
modulo in esame rispetto a driver equivalenti realizzati
con componenti della concorrenza e rispetto al modello
TPD4144K in condizioni operative confrontabili. Inoltre,
grazie alle le prestazioni termiche superiori offerte dal mo-
dello TPD4204F basato su MOSFET, è possibile progettare il
controllore in modo da farlo funzionare senza dissipatore.
Con effetti favorevoli sul costo e l’ingombro complessivo
del modulo di controllo.
Il tempo morto del dispositivo è pari a solo 1,4 µs e la logica
interna di controllo assicura la protezione del dispositivo in
questo intervallo. Senza un circuito logico di protezione, en-
trambi i MOSFET (high e low side) del circuito di pilotaggio
potrebbero accendersi nello stesso istante, provocando un
corto circuito. Ciò rappresenta un notevole vantaggio per
gli utenti, poiché qualsiasi irregolarità nella temporizzazio-
ne del processo di commutazione non causerà un guasto
al dispositivo. Nel caso peggiore (worst case), una corrente
elevata verrà rilevata dal circuito di protezione della sovra-
corrente integrata. Di conseguenza, entrambi i transistor
saranno spenti evitando di danneggiare il dispositivo.
Nell’attuale serie di dispositivi in package DIP26 è prevista
una gamma di componenti compatibili a livello di piedina-
tura e caratterizzati da differenti valori di corrente mas-
sima: ciò consente ai progettisti di supportare facilmente
futuri tipi di motori con diverse correnti. Una linea simile di
prodotti basata sul package SOP30 è in corso di sviluppo.
I progettisti potranno così beneficiare delle basse perdite
senza incorrere in costi di riprogettazione significativi.
Per accelerare il progetto di nuovi controllori per motori
trapezoidali o sinusoidali basati su moduli intelligenti HV-
IPD, Toshiba ha prodotto una serie di schede di sviluppo
che consentono ai progettisti di valutare le prestazioni di
dispositivi basati su MOSFET e IGBT in nuovi prodotti.
I consumatori che acquistano elettrodomestici hanno assi-
milato il concetto che l’acquisto di prodotti contraddistinti
da una migliore efficienza energetica presenta numerosi
vantaggi dal punto di vista sia ambientale sia economico.
Avendo già iniziato ad apprezzare la maggiore efficienza, i
minori costi di mantenimento e la maggiore silenziosità ot-
tenibili con motori brushless controllati elettronicamente, i
consumatori sono ora pronti ad acquistare prodotti di nuo-
va generazione ancora più silenziosi ed efficienti. Grazie a
motori sinusoidali migliori, i progettisti potranno soddisfare
tali richieste. Per tale motivo è necessaria una nuova ge-
nerazione di controllori di motori realizzati con dispositivi
di potenza più intelligenti che integrano MOSFET o IGBT di
ultima generazione.
Fig. 4 – La più recente generazione di moduli HV-IPD per il controllo
sinusoidale minimizza le perdite