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ELETTRONICA OGGI 498 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2021 38 POWER WBG L’utilizzo di un IGBT a commutazione rapida e del MOSFET al SiC TW070J120B SiC di Toshiba nelle stesse condizioni di laboratorio ha dimostrato che le perdite di commutazione del MOSFET al SiC erano pari a 0,6 mJ. Si tratta circa di un quarto dei 2,5mJ misurati con l’IGBT. In ciascun caso, sono stati effettuati test a 800 V, con corrente di drain/source di 10 A a una temperatura ambiente di 150 °C e con tensioni di soglia ottimali alla giunzione gate-emettitore (Fig. 1). Simulato in un’unità PFC trifase a 400 V, il MOSFET al SiC mostra vantaggi applicativi rispetto all’IGBT. Tenendo conto di tutte le perdite di commutazione, delle perdite di conduzione correlate alla resistenza e delle perdite di conduzione diretta del diodo interno, un progetto basato su MOSFET al SiC consente di ridurre le perdite di circa il 66% rispetto a un progetto confrontabile basato su IGBT (Fig. 2). Questo miglioramento dell’efficienza consente ai progettisti di ridurre il volume dei progetti PFC, se questi sono pensati per fornire la stessa potenza, o di aumentare la potenza di un progetto a parità di volume. Il diodo integrato nel MOSFET TW070J120B fornisce un valore eccellente di tensione diretta (V DSF ) di appena -1,35 V (valore tipico), ed è inoltre molto robusto anche in presenza di picchi di corrente, con la capacità di gestire impulsi di corrente fino a 72 A (TC = 25 °C). L’intervallo di tensioni gate source (V GSS ) compreso fra -10 V e 25 V è più ampio rispetto a prodotti analoghi e facilita la progettazione, mentre la tensione di soglia elevata al gate (V th ) pari a 4,2 V fino a 5,8 V protegge dalle commutazioni indesiderate dovute a fluttuazioni della tensione di gate e del rumore. Accelerare la progettazione degli stadi PFC con tecnologia al SIC Mentre il passaggio dagli IGBT su silicio ai MOSFET al SiC nei convertitori di potenza è relativamente semplice rispetto ad altre tecnologie ad ampio bandgap (WBG), l’accesso ai progetti di riferimento è universalmente riconosciuto come il modo più veloce per padroneggiare le nuove tecnologie. Il progetto di riferimento di uno stadio PFC con ingresso AC trifase da 400 V di Toshiba è stato specificamente progettato pensando ad applicazioni come la ricarica dei veicoli elettrici (Fig. 3). Generando un’uscita in tecnologia DC-link a 750 V, esso raggiunge un’efficienza di conversione del 97% e un fattore di potenza pari o superiore a 0,99. L’unità utilizza uno schema totem pole trifase senza ponte, commutando ogni fase direttamente da una linea a 50 Hz o a 60 Hz con tensioni comprese tra 312 V AC e 528 V AC. Il progetto è adatto per l’uso con convertitori DC-DC bidirezionali per la realizzazione di caricabatterie EV per i quali è attualmente in fase di sviluppo un ulteriore progetto di riferimento (Fig. 4). Il progetto di riferimento in questione abbina i MOSFET al SiC TW070J120B 1200 V con i gate driver TLP5214A per ottenere prestazioni ottimali. Ciò consente di utilizzare frequenze di commutazione di 50 kHz, superiori a quelle supportate dagli IGBT, con una conseguente riduzione delle dimensioni sia degli induttori che del convertitore di potenza. La frequenza di commutazione più elevata può rendere difficoltoso il soddisfacimento dei requisiti EMI. Tuttavia, è possibile regolare facilmente la velocità di Fig. 1 – Rispetto agli IGBT di ultima generazione, il MOSFET al SiC TW070J120B mostra velocità di commutazione notevolmente più elevate che offrono maggiore efficienza nella conversione di potenza