EO_472

ANALOG/MIXED SIGNAL WBG SEMICONDUCTOR 29 - ELETTRONICA OGGI 472 - SETTEMBRE 2018 funzionamenti inspiegabili nei prototipi ha fatto sorgere pa- recchi dubbi circa l’affidabilità dei diodi intrinseci. La sostitu- zione dei MOSFET con gli IGBT avrebbe impedito ai caricabat- teria di soddisfare le specifiche emanate da CEC (California Energy Commission) relative ai livelli minimi di efficienza. Durante la fase di valutazione della configurazione cascode SiC, i progettisti di Micropower hanno riscontrato la possibilità di far ricorso alle attuali tensio- ni di ±13V per il pilotaggio del gate e di poter beneficiare di una riduzione superiore al 66% della RDS(ON) per dispositivo. Oltre a regolare i valori dei resi- stori del gate driver, i progettisti hanno anche provveduto ad appor- tare una piccola variazione del tempo morto (dead time) del circuito di pilo- taggio. Tra le altre modifiche di lieve entità da segnalare l’utilizzo di circuiti snubber più piccoli ed economici e l’aggiunta di due condensatori di tipo Y per soddisfare le specifiche relative alla com- patibilità elettromagnetica (EMC). Oltre a ciò i dispositivi – realizzati da UnitedSiC – era- no caratterizzati da valori di tensioni nominali supe- riori di 250 V rispetto a quelli dei MOSFET impiegati nel progetto originario e, a differenza dei transistor a super-giunzione, l’affidabilità del diodo intrinseco era assolutamente garantita. Il costo complessivo della so- luzione non era superiore a quello del circuito origi- nale basato su MOSFET. I collaudi effettuati sui primi prototipi hanno evidenziato un incremento dell’efficienza in misura pari all’1% ai livel- li di carico di funzionamen- to (Fig. 3). In un’applicazione dove sono in gioco potenze di 8 kW, un miglioramento di que- sto tipo si traduce in un rispar- mio di 750 kWh nell’arco di 5 anni. L’incremento di efficienza in presenza di carichi di valore ridotto si è aggirata intorno al 10%. Le analisi dettagliate compiu- te che hanno preso in esame aspetti quali comportamento in fase di commutazione, interfe- renze EMI irradiate e condotte, cicli termici per un periodo di sei mesi, esposizioni ripetute (20.000 volte) a sovratensioni, corto cir- cuiti in uscita/disconnessioni del carico ed errori di fase dovuti a fenomeni di rimbalzo, non hanno evidenziato l’insorgere di errori. La risposta del sistema è risulta- ta sicura anche in presenza di sollecitazioni termiche imputabili a guasti delle ventole di raffreddamento. L’intero progetto è stato completato nell’arco di 12 mesi, dalla fase concettuale alla produzione in serie e i caricabatterie così riprogettati sono caratterizzati da prestazioni superiori rispetto ai modelli precedenti senza alcun aggravio in termini di costi. Un aggiornamento che permette di sfruttare i vantaggi dei dispositivi WBG Le configurazioni cascode in tecnologia SiC sono quindi disponibili per l’uso nelle applicazioni di conversione della potenza esistenti e garantiscono un incremento dell’efficienza senza al- cun aggravio in termini di costi ri- spetto agli IGBT e a MOSFET in sili- cio. In grado di assicurare maggiori livelli di affidabilità e di densità di potenza rispetto ai MOSFET planari o a super-giunzione e caratterizza- ti da un elevato livello di flessibilità per quel che riguarda i circuiti per il pilotaggio del gate, queste confi- gurazioni permettono di sfruttare in modo semplice e in tempi brevi i vantaggi dei semiconduttori ad ampio bandgap nei circuiti ad alta potenza. Fig. 3 – Miglioramento dell’efficienza ottenuto con una configurazione cascode SiC rispetto ai tradizionali MOSFET su silicio Fig. 2 – Il caricabatterie tri-fase da 10 kWmod. Access 100 di Micropower Group