I materiali a banda larga (WBG) stanno ottenendo importanti successi nel mercato dell’elettronica di potenza, offrendo prestazioni decisamente migliori rispetto al silicio. I dispositivi che sfruttano questi materiali come il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di gallio (GaN) sono fra gli “argomenti caldi” del momento, ampiamente discussi in occasione della recente edizione di PCIM, svoltasi a Norimberga fra il 5 e il 7 di maggio scorsi. Un’edizione entusiasmante, che ha fornito informazioni interessanti su nuove idee, tecnologie e prodotti, offrendo alle aziende l’opportunità di promuovere e sostenere le proprie attività industriali e di ricerca.
Alimentatori di nuova generazione
In occasione di una presentazione tenuta dal Prof. Fred Lee, Virginia Tech, USA uno dei primi giorni di PCIM, intitolata “Next Generation of Power Supplies”, è stata evidenziata l’evoluzione che gli alimentatori hanno conosciuto in questi ultimi anni. Attualmente è stato raggiunto un livello significativo di qualità e, grazie a ulteriori progressi nel campo dei materiali, gli alimentatori possono continuare a fare la differenza in molte applicazioni industriali.
In occasione di PCIM, molte aziende hanno presentato numerose soluzioni attraverso tutorial, presentazioni e poster illustrativi. Danisense, ad esempio, ha presentato un nuovo trasduttore di rilevamento della corrente da 200 A ad alte prestazioni per applicazioni OEM quali alimentatori per campi magnetici in acceleratori di particelle, apparecchiature mediche, azionamenti a frequenza variabile, caricabatterie. In particolare, il dispositivo – DC200IF – è stato impiegato dai team del CERN come parte di un significativo programma di aggiornamento per un esperimento scientifico. Il trasduttore DC200IF fornisce misurazioni CC e CA con precisione assoluta di +/- 0,1 fino a 5 kHz.
La tecnologia del sensore di corrente Danisense si basa su un sistema closed-loop con flux gate come rilevatore di campo magnetico. Il campo magnetico, nel toroide generato dalla corrente primaria (Ip), viene neutralizzato dalla corrente di compensazione secondaria (Is) generata dall’integratore. Il flux gate rileva i campi magnetici nel toroide e li comunica all’elettronica. Alle frequenze più elevate, l’avvolgimento di feedback (Nfb) rileva i campi magnetici nel toroide e comunica all’Integratore di compensarli. La corrente secondaria (Is) è, quindi, proporzionale alla corrente primaria (Ip) in funzione del rapporto Np:Ns.
Automotive, ovvero il mercato emergente
La conferenza stampa di Infineon ha messo in evidenza una serie di prodotti dedicati al mercato automotive, un settore questo in continua crescita negli ultimi anni. Infineon ha presentato un nuovo package, l’Easy 3B, e completato il processo di produzione per la sua ultima tecnologia CoolSiC con i Mosfet da 1200 V, proponendolo nel suo catalogo di prodotti discreti. Per i suoi clienti del settore automotive, Infineon ha presentato quattro nuovi derivati del modulo di potenza Drive HybridPACK per gli inverter principali dei veicoli ibridi ed elettrici. Questi sono ottimizzati per diversi livelli di prestazioni, comprese tra 100 e 200 kW. A PCIM, Infineon ha presentato inoltre il primo membro di una nuova famiglia di sensori di corrente, lo XENSIV TLI4971 che fornisce una misura della corrente accurata e stabile in applicazioni industriali.
Per restare al settore automotive ROHM Semiconductor ha presentato quattro nuovi IGBT da 1200 V, ideali per gli inverter utilizzati nei compressori elettronici e per i circuiti di commutazione impiegati nei riscaldatori a coefficiente di temperatura positivo (PTC). Nel catalogo Rohm è ora disponibile la serie di convertitori AC/DC BM2SCQ12xT-LBZ dotati di MOSFET SiC integrato da 1700 V.
Per quello che riguarda il settore dei veicoli elettrici, industriali e delle energie rinnovabili Wolfspeed ha presentato un nuovo catalogo di prodotti completamente integrato. Il catalogo comprende MOSFET C3M, Diodo C6D Gen 6 e XM3 Power Module. Proprio quest’ultimo è ottimizzato per MOSFET SiC in un footprint ad alta densità e bassa induttanza, offrendo eccellenti prestazioni elettriche e termiche, riducendo nel contempo i guasti del sistema. La linea Wolfspeed della serie E dei MOSFET SiC offre le perdite di commutazione più basse del settore e il più alto valore di merito. Il MOSFET E-Series è ottimizzato per l’uso con caricabatterie EV e convertitori DC/DC ad alta tensione.
MuxCapacitor: la soluzione ad alta efficienza per convertitori DC-DC e AC-DC
Negli ultimi anni, abbiamo assistito a una proliferazione di dispositivi e applicazioni elettroniche, che ha portato a una crescente domanda di soluzioni di power management sia in corrente continua sia alternata. Per ridurre continuamente l’assorbimento di potenza richiesto dalle applicazioni industriali e consumer, è necessario progettare soluzioni e dispositivi che offrano un’elevata efficienza, riducendo al minimo le perdite e la dissipazione di potenza. Inoltre, gli aspetti relativi alle normative vigenti, come quelli puramente ecologici, non dovrebbero essere trascurati nel contribuire al rispetto dell’ambiente.
In questo contesto, la tecnologia MuxCapacitor (brevemente, MuxCap), sviluppata da Helix Semiconductors e presentata a PCIM, rappresenta una svolta importante. MuxCap consente di raggiungere un livello molto alto di efficienza in tutte le condizioni di carico, combinato con un minimo dispendio energetico. L’alta efficienza ottenibile attraverso la tecnica di conversione capacitiva MuxCap può anche essere combinata con un’altra tecnologia proprietaria Helix: il CapIso. CapIso offre un isolamento capacitivo a stato solido, eliminando la necessità di ingombranti e costosi trasformatori nella progettazione di convertitori AC-DC. L’utilizzo delle tecnologie MuxCap e CapIso, quindi, consente di ottenere soluzioni semplici, compatte e altamente efficienti per la conversione di potenza.
Grazie alla sua elevata efficienza, la cella di conversione MuxCapacitor consente di creare circuiti integrati di alimentazione altamente integrati, utilizzabili in una varietà di applicazioni che richiedono la conversione di potenza AC-DC o DC-DC. Implementando questa tecnologia in un processo CMOS ad alta tensione, si ottengono dispositivi in grado di supportare tensioni di ingresso fino a 400 V CC. I convertitori AC-DC sviluppati da Helix sono adatti per lo sviluppo di soluzioni di alimentazione, con e senza trasformatore, garantendo un’efficienza end-to-end media di oltre il 95% in entrambi i casi.
La tecnologia MuxCapacitor si rivela particolarmente utile nella gestione della dissipazione di potenza in assenza di carico. Quando l’assorbimento del carico è zero, la cella proprietaria di Helix ha un assorbimento inferiore a 5 mW, senza produrre alcun effetto sul valore della tensione di uscita, che rimane al valore richiesto. Un’altra importante famiglia di dispositivi sviluppata da Helix Semiconductors riguarda poi i convertitori DC-DC, destinati principalmente alle applicazioni di conversione di tensione intermedia.
Le tecnologie GaN e SiC offrono una nuova generazione di progetti di conversione di potenza che altrimenti non sarebbero stati possibili con altri materiali. PCIM ha evidenziato molte soluzioni e miglioramenti. I dispositivi di commutazione dell’alimentazione basati su tecnologia wide-bandgap sono ora in produzione in volumi e offrono alta densità di potenza in molte applicazioni di power management.
