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XXIV Power POWER 25 - MAGGIO 2021 Il consumo di energia e la sua conversione nel percorso dalla fonte all’applicazione finale sono stati oggetto di at- tenzione sin da quando l’unità di misura HP significava esattamente potenza di un cavallo, e la progettazione di un aratro era fondamentale per ridurre il numero di gior- ni necessari per preparare un campo per la semina. Oggi, l’attenzione verso l’energia elettrica e la sua conversione dall’uscita del generatore all’utenza finale è decisamente aumentata, che si tratti dei 0,33 VDC per un processore, dei 24 VDC/500 VAC per un motore industriale o dei 400 VDC per caricare una batteria EV. Il processo di conversione uti- lizza invariabilmente switch di potenza a semiconduttore e in tale contesto le versioni a base di silicio hanno dominato per decenni sotto forma di MOSFET e IGBT. Le perdite in questi switch rappresentano un importante contributo all’inefficienza del sistema e oggi la riduzione degli sprechi di energia è diventata un obiettivo primario ai fini della ri- duzione dei costi operativi e della pressione sull’ambiente. Negli ultimi anni, i materiali alternativi al silicio, come il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di gallio (GaN), sono di- ventati più accessibili: tali materiali presentano caratteristi- che che consentono di introdurre gradualmente dei miglio- ramenti sull’efficienza della conversione di potenza. Questi dispositivi Wide-bandgap (WBG) non rappresentano solo una semplice alternativa al silicio: i circuiti applicativi, in- fatti, devono essere appositamente progettati, soprattutto se si vogliono capitalizzare tutti i vantaggi prestazionali. La figura 1 mostra le principali differenze tra i vari materiali. Silicio, SiC e GaN – perdite di conduzione Gli IGBT in silicio presentano una minima tensione di saturazione collettore-emettitore in stato di conduzione. Il suo livello, unitamente alla corrente di collettore, de- termina le perdite di conduzione. I MOSFET in silicio presentano invece una certa resistenza di conduzione che potrebbe rendere proibitiva la potenza dissipata (I.R(ON)2) in presenza di alti livelli di corrente. Tutta- via, a bassa tensione e con una potenza da bassa a media, i MOSFET in silicio con bassa R(ON) possono avere per- dite di conduzione inferiori rispetto agli IGBT. I dispo- sitivi SiC e GaN prevedono una tensione di rottura cri- tica molto più alta di quelli in silicio, consentendo uno strato di deriva più sottile e un’elevata concentrazione di drogaggio. Questo porta direttamente a una minore Maggiore efficienza nella conversione della potenza con le tecnologie SiC e GaN L’efficienza di conversione dell’energia è un argomento estremamente importante, perché ogni Watt sprecato contribuisce all’aumento del riscaldamento globale e dei costi operativi a carico dell’utente finale: per questo motivo si guarda con sempre maggiore attenzione alle nuove tecnologie SiC e GaN che, oltre a mostrare un notevole potenziale di miglioramento in termini di efficienza, lasciano la porta aperta per ulteriori futuri progressi Milan Ivkovic Director Segment Analog/Power & Technical Sup- port Center Manager EBV Fig. 1 – Principali differenze tra i valori Si, SiC e GaN