PCIM 2009: un forum per la comunità del settore della potenza

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Alcune delle aree applicative più tradizionali dei semiconduttori, come il controllo industriale e la commutazione di potenza, hanno reagito in modo positivo alla crisi che ha colpito il mondo dei chip

Più che una “raccolta” di azienda espositrici, PCIM si può definire un forum dedicato a tutti coloro che operano nel comparto dell’elettronica di potenza. Anche l’edizione di quest’anno che si è svolta nel mese di maggio a Norimberga non ha fatto eccezione. Prova ne sono gli oltre 150 “technical paper” presentate nel corso dei tre giorni dell’evento che hanno coperti settori che spaziavano dall’elettronica industriale all’ingegneria in campo automobilistico, dalle tecnologie medicali alle telecomunicazioni, all’efficienza energetica alle energie alternative.
I numeri della mostra danno il segno della vitalità di questo settore: nonostante un periodo non particolarmente brillante dal punto di vista economico l’edizione di quest’anno ha visto la partecipazione di 255 aziende (erano 250 nel 2008) distribuite su una superficie di 10.700 m2 (100 in più dell’edizione precedente) ed è stata visitate da 6.000 persone (contro i 6.493 del 2008).

Convertitori miniaturizzati
Una delle più interessanti proposte di Intersil è rappresentato da ZL2008, un convertitore c.c./c.c. step-down sincrono a elevate prestazioni che si distingue per le sue caratteristiche di condivisione di corrente e compensazione “pin-strap”.

Fig. 1 – ZL2008, un convertitore c.c./c.c. step-down sincrono a elevate prestazioni realizzato da Intersil

Realizzato sfruttando la tecnologia “Digital-DC” brevettata da Zilker Labs, il dispositivo è ideale per i progettisti di sistemi e moduli di alimentazione digitali che devono poter disporre di configurazioni di alimentazione a livello di scheda di semplice uso per poter adeguarsi rapidamente ai cambiamenti dei requisiti imposti dal mercato. La compensazione e la risposta ai transitori di ZL2008 possono essere ottimizzati in funzione della corrente di carico e della capacità di uscita i ponticelli del resistore. Risulta altresì possibile configurare una condivisione di corrente di un massimo di otto dispositivi in parallelo con pin di abilitazione/disabilitazione singoli. L’implementazione di caratteristiche avanzate di gestione della potenza non presenta problemi di sorta, mentre la disponibilità e l’affidabilità dell’alimentazione può essere migliorata attraverso il monitoraggio in tempo reale utilizzando l’interfaccia I2C/SMbus con il protocollo PMBus.
ZL2008 integra il bus Digital-DC per garantire l’interoperabilità con i dispositivi Zilker Labs al fine di semplificare la gestione della potenza e dei malfunzionamenti.
Questo nuovo convertitore di Intersil dispone di driver per MOSFET a 3° che operano da una singola alimentazione da 3 a 14 V. l’intervallo di tensioni di uscita è compreso tra 0,54 e 5,5 V con un’accuratezza della tensione di uscita pari a ±1% e funzionamento a frequenze tra 200 kHz e 1,4 MHz.

MOSFET di potenza per controllo motori
Una nuova linea di MOSFET di potenza ottimizzati per i motori impiegati in ventole, pompe e altre applicazioni di controllo del movimento in ambito automotive rappresenta una delle più importanti novità di Toshiba Electronics Europe (TEE). Questi nuovi MOSFET abbinano una resistenza si conduzione e una capacità di ingresso ridotte con un design del contenitore caratterizzato da una migliore dissipazione termica e da migliori caratteristiche di power-cycling (accensione e spegnimento ciclico) rispetto ai precedenti MOSFET per autoveicoli.
Contraddistinti da valori massimi di tensione (VDSS) e di corrente (ID) pari rispettivamente a 60 V e a 150 A, questi MOSFET targati Toshiba sono realizzarti sfruttandola tecnologia a trincea degli U-MOS: grazie ad essa è possibile ottenere valori tipici di RDS(on) e di capacità di ingresso (Ciss) pari a soli 1,7 mOhm e 4500 pF rispettivamente.

Fig. 2 – I nuovi MOSFET di potenza per il controllo motori di autoveicoli sono offerti in package TO-220SM(W)

Tutti i MOSFET sono offerti in package TO220SM(W) che utilizzano connettori in rame e un terminale di source molto largo per diminuire la RDS(on) e l’induttanza di rivestimento, ridurre la resistenza termica e garantire il trasporto di correnti elevate. Il package è conforme allo standard AEC-Q101 a una temperatura di canale di 175 °C. lo spessore di soli 3,7 mm rappresenta un miglioramento del 21% rispetto all’attuale tecnologia dei contenitori TO-220M. La serie Toshiba di Mosfet per applicazioni automobilistiche TO220SM(W) risulta composta da cinque dispositivi con valori nominali di corrente/tensione pari rispettivamente a -60V/-120A (TJ120F06J3), 40V/100A (TK100F04K3), 40V/150A (TK150F04K3), 60V/100A (TK100F06K3) e 60V/130A (TK130F06K3). Valori tipici di RDS(on) variano tra 1,7 e 5,5 mOhm, mentre valori tipici di Ciss e Qg variano negli intervalli compresi tra 4500 pF e 98 nC e tra 11500 pF e 258 nC.

Soluzioni per LED ad alta luminosità
Fairchild ha esposto la propria vasta gamma di soluzioni di azionamento per il pilotaggio di motori a inverter ad alta efficienza, unitamente alla linea completa di soluzioni per sistemi d’illuminazione LFL (Linear Fluorescent Lamp), CFL (Compact Fluorescent Lamp), HID e LED HB (High Brightness).
Tra i prodotti di maggior spicco da segnalare senza dubbio i controller PWM (Pulse-Width Modulation) PSR (Primary Side Regulation) che semplificano la progettazione, riducono l’ingombro sulla scheda e assicurano sostanziali benefici in termini di prestazioni.
Il dispositivo FSEZ1016A è un EZSWITCH che integra un controller PWM PSR con un MOSFET di potenza, mentre il dispositivo FAN100 è un controller PWM PSR.

Fig. 3 – Fairchild Semiconductor ha introdotto FSEZ1016A, un EZSWITCH che integra un controller PWM PSR con un MOSFET di potenza e il controller PWM PSR FAN100

Tale combinazione permette a questi controller di mantenere i più accurati livelli di corrente costante (CC, Constant Current) grazie alla tecnologia proprietaria integrata TRUECURRENT, unitamente ad un ottimo controllo della tensione di uscita (CV), senza necessità del feedback sul lato secondario. La capacità di mantenere rigorosamente costante la corrente nel carico con un’ampia gamma di tensioni di uscita permette al medesimo circuito di gestire un numero variabile di LED raggruppati in strisce aumentando la flessibilità del design, abbreviando il time-to-market e prolungando la vita operativa dei LED HB. L’alto livello d’integrazione permette a questi controller PWM PSR di risparmiare spazio su scheda (PCB).
I dispositivi FSEZ1016A e FAN100 incorporano una funzione “green-mode” proprietaria che effettua la modulazione off-time riducendo linearmente la frequenza PWM nelle condizioni di basso carico, minimizzando nel contempo il consumo in standby (potenza di standby in assenza di carico inferiore <0,15W) attraverso anche l’eliminazione di circuito feedback e componenti aggiuntivi sul lato secondario. Queste caratteristiche sono fondamentali per consentire agli alimentatori di rispettare le normative vigenti in materia di efficienza energetica. I controller PWM PSR offrono inoltre efficaci funzioni di protezione quali UVLO (Under-Voltage LockOut), OVP (Over Voltage Protection) e OTP (Over Temperature Protection).

Per misure non invasive
Il trasduttore di corrente Itl 4000-S introdotto da Le
m è in grado di effettuare misure non invasive di corrente fino a 4000 A (rms) in conduttori con un diametro massimo di 268 mm. Questo nuovo trasduttore consente di effettuare misure isolate di corrente in c.a., c.c. e impulsate fino a tre volte il valore nominale per le misure di picco a frequenze fino a 50 kHz (± 1 dB). Usando la tecnologia Fluxgate ad anello chiuso è possibile ottenere misure accurate di IPN che arrivano a ± 0,1% nell’intervallo di temperatura operative compreso tra -40 e +70 °C. Questo elevato livello di accuratezza consente inoltre di effettuare misure di piccole correnti in c.c. in presenza di grossi componenti in c.a., il che è utile in applicazioni quali la protezione dei trasformatori. La grande apertura di Itl 4000-S lo rende particolarmente adatto per misure su sistemi c.c. ad alta tensione che fanno uso di cavi di grosso diametro. Esso presenta un isolamento elevato per tensioni operative fino a 1,5 kV (rms) in conformità allo standard EN 50178.
ITL 4000-S opera a partire da un’alimentazione bipolare di ± 24 V, fornisce un’uscita di corrente analogica ed è adatto per tutte le applicazioni industriali qualificate in base allo standard EN 50178: esso risulta particolarmente adatto per il controllo della corrente c.c. nei trasformatori o nelle turbine eoliche offshore per la trasmissione in continua dell’alimentazione o per le misure della corrente di perdita in qualsiasi applicazione con correnti primarie elevate.

Integrato per automotive
AUIRS2003S è un nuovo integrato a 200 V proposto da International Rectifier espressamente ideato per applicazioni automobilistiche dove sono in gioco tensioni di valore medio alto. Conforme alle specifiche AEC-Q100, AUIRS2003S è un driver per MOSFET di potenza ad alta velocità estremamente flessibile e affidabile.

Fig. 4 – AUIRS2003S è un nuovo integrato a 200 V proposto da International Rectifier espressamente ideato per applicazioni automobilistiche dove sono in gioco tensioni di valore medio alto

In uscita i driver sono caratterizzati da un buffer di uscita per corrente impulsata di elevata intensità per minimizzare la conduzione incrociata del driver mentre il canale flottante può essere usato per pilotare un MOSFET di potenza a canale N nella configurazione high side operante fino a 200 V. AUIRS2003S è contraddistinto da un’uscita high side in fase con il segnale di ingresso e un’uscita low-side sfasata con il segnale di ingresso. Il nuovo dispositivo è in grado di accettare livelli logici di ingresso di 3,3, 5 e 15 V con uscite standard CmOS o LSTTL e si distingue per la presenza di numerose funzioni di protezione tra cui blocco di sottotensione (UVLO) e immunità contro spike di tensione negativi per garantire la protezione contro eventi potenzialmente catastrofici durante la commutazione a elevata corrente e i corto circuiti.

Moduli di potenza
La nuova serie di IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) della serie Smart di Infineon Technologies si caratterizza per un innovativo design dell’alloggiamento che consente di sfruttare la tecnologia PressFIT per l’assemblaggio di ogni singolo modulo sulla scheda a circuito stampato e il dissipatore con una singola operazione e utilizzando una sola vite.

Fig. 5 – La nuova serie di IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) della serie Smart di Infineon Technologies si caratterizza per un innovativo design dell’alloggiamento

Con questi prodotti l’azienda tedesca intende offrire un’alternativa estremamente affidabile alle attuali connessioni saldate a tutti coloro che si occupano della progettazione di inverter per potenze fino a 55 kW. I moduli Igbt SmartPACK1 e SmartPIM1 (che dispongono anche di un rettificatore di uscita e un chopper di frenatura) sono i primi membri della serie Smart e coprono un range di potenza compreso tra 32,2 kW e 11 kW. Con le prossime introduzioni di SmartPIM2, SmartPACK2, SmartPIM3 e SmartPACK3 l’intera famiglia coprirà un intervallo di corrente fino a 200 A disponibile in alloggiamenti di differenti dimensioni. La produzione in volume di questi moduli avrà inizio entro il quarto trimestre di quest’anno.
La prossima edizione di PCIM si terrà a Norimberga dal 4 al 6 maggio 2010.

Potenza: un settore che “tiene”
Alcune delle più “datate” e tradizionali aree di applicazione dei semiconduttori – come ad esempio il controllo industriale e la commutazione di potenza – sono state meno colpite dalla crisi che ha colpito altri comparti, come ad esempio l’elettronica di consumo.
La ragione è imputabile essenzialmente al fatto che il concetto di risparmio energetico – sia per le applicazioni industriali che per quelle consumer – è visto alla stregua di una necessità sociale ed economica. Lo sviluppo di veicoli ibridi e pilotati per via elettrica ha prodotto una richiesta aggiuntiva di componenti e sistemi elettronici di potenza. I componenti di potenza come IGBT, MOSFET, tiristori e resistori detengono una quota pari a circa il 10% del mercato globale dei componenti elettronici. All’interno del comparto dell’elettronica di potenza la generazione di energia solare è uno dei fattori che contribuiscono in misura maggiore alla sua crescita.

Filippo Fossati

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