EO_494

X Power POWER 25 - MAGGIO 2021 Maggiore saranno la D.D.P. e la corrente che attraversa un dispositivo, o un carico, e maggiore sarà la potenza dissipata. Si osservi lo schema elettrico (assieme al gra- fico) di cui in figura 1. Si tratta di un amplificatore di corrente su tensione re- alizzato con il transistor di potenza 2N3055. V1 è un ge- neratore di tensione ma con la sua resistenza R1 colle- gata alla base del transistor diviene, a tutti gli effetti un generatore di corrente. Il carico R2 ha un’impedenza ohmica di 22 Ohm ed è alimentato dal generatore V2 da 48 V. La simulazione prevede un funzionamento gra- duale del transistor da un regime d’interdizione (con corrente nulla o bassa alla base) a un regime lineare (con corrente media alla base) e, infine, a un regime di saturazione (con un’alta corrente alla base). Si osservi l’asse delle ascisse del grafico, che rappresenta una ten- sione crescente del generatore V1 da 0 V a 11 V (come si evince anche dalla direttiva SPICE). Con tali valori la corrente che attraversa il semiconduttore è compresa tra 0 mA e 104 mA modificando, di fatto, lo stato di fun- zionamento del transistor. Ovviamente la corrente che attraversa il carico è sempre maggiore, in dipendenza della corrente di base (grafico Blu) fino ad arrivare a 2,16 A. La tensione sul collettore, invece, assume un valore sempre minore, in quanto il suo potenziale si avvicina a quello di massa, man mano che il transistor si satura (grafico verde). La potenza dissipata dal tran- sistor, invece, assume una curva del tutto particolare (grafico rosso): la corrente del carico è anch’essa bassa; - rente che la VCE è alta; - che se alta è la corrente del carico (e della IC), risulta bassa la tensione collettore-emettitore. Si ricorda che la potenza dissipata dal transistor è data dalla somma delle potenze di base e di collettore, se- condo la seguente formula: Proprio per questi motivi, si preferisce far “lavorare” i transistor e gli altri componenti di commutazione sola- mente in regime d’interdizione e di saturazione, usan- do anche la tecnica del PWM che prevede, come visto sopra, una bassissima dissipazione di potenza. Per un sistema non provvisto di dissipatore, si può stimare, in maniera grossolana, la temperatura di giunzione del transistor con la relazione: dove: T J : è la temperatura di giunzione del chip; T A : è la temperatura ambiente in °C; R JC : è la resistenza termica tra la giunzione e il conteni- tore. Per il 2N3055 essa è pari a 1,52 °C/W; P D : è la potenza dissipata dal dispositivo, in Watt. Dopo alcune verifiche, a grandi linee, si scoprirà che lo schema di cui sopra produce le seguenti temperature di giunzione, a una temperatura d’ambiente pari a 27 °C: !"# $$ !"# $% !"& La durata di un semiconduttore dipende tantissimo dalla temperatura di giunzione raggiunta durante il funzionamento del componente. Migliore è la dissipa- zione del calore del componente e maggiore è la pro- babilità che raggiunga la massima durata prevista. Il MOSFET SiC, un componente “freddo” Si osservi, adesso, lo schema elettrico di principio, di cui alla figura 2. Si tratta del MOSFET SiC UF3C065080T3S particolarmente indicato per applicazioni di poten- za. La sua RDSon particolarmente bassa (solo 80 mil- liOhm) permette la realizzazione di dispositivi estre- mamente efficienti dal punto di vista energetico. Lo schema è caratterizzato da una tensione di alimenta- zione di ben 48 V con un carico resistivo da soli 1.5 Ohm (proprio come uno scaldabagno elettrico o un piccolo forno da cucina). In pratica lo schema stressa al massimo il componente di commutazione e lo impie- ga come un vero e proprio dispositivo di potenza. Una simulazione transitoria fornisce i seguenti risultati, ai vari punti del circuito: ' ( $) *# +$ & ) # , " )- % # ' $ %. /# +', +0/12 0 $ %. /1 ( $) * 0 ( (-%% 3 & L’ultimo parametro calcolato, come si vede, rispetta perfettamente le specifiche del costruttore del MOSFET SiC. Grazie a questo valore la dissipazione del compo- nente è davvero bassa. Anche in questo caso si può sti- mare, in maniera generale, la temperatura di giunzione del MOSFET SiC con la stessa relazione utilizzata prima per il transistor, sapendo che la resistenza termica tra la giunzione e il contenitore dell’UF3C065080T3S è pari a 0.61 °C/W. Con l’esecuzione dei calcoli si scopre, con grande sorpresa, che la temperatura di giunzione (a una temperatura d’ambiente pari a 27 °C e alimentan- & ) 4 5 ) . !"& " un buon dissipatore metallico si arriva a raffreddare ul- teriormente il componente. SI può affermare, a tutti gli effetti, che il MOSFET resta relativamente “freddo”.