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Caricatori OBC e convertitori DC-DC ad alto voltaggio
Tipologie e delle applicazioni pratiche delle più recenti innovazioni nel campo delle auto elettriche.
di Fonte ST 24-06-20
Stanno avendo sempre più successo i veicoli NEV (New Energy Vehicles), in parte perché sempre più facili da fabbricare. In particolare, prende sempre più piede l'utilizzo del carburo di silicio in tutti i tipi di veicoli elettrici. Ci si aspetta un medesimo successo in applicazioni per i modelli tradizionali.

Tradizionalmente, l'industria divide le auto elettriche in base al loro utilizzo di alimentazione elettrica. I veicoli elettrici ibridi leggeri (MHEV) hanno un motore a combustione tradizionale con un generatore in parallelo che subentra quando il veicolo è in folle, a inerzia o in frenata. I veicoli elettrici ibridi (HEV) sono ora abbastanza comuni e usano un inverter di trazione per guidare l'auto fino a quando non si attiva il motore a combustione. Gli ibridi plug-in (PHEV) sono simili ma usano un caricabatterie di bordo, mentre i veicoli elettrici a batteria (BEV) eliminano del tutto il motore a combustione.

Anselmo Gianluca Liberti, Ingegnere Senior per lo sviluppo di applicazioni presso ST, e Luigi Abbatelli, membro della divisione ST dedicata ai Transistor di Potenza, hanno esaminato varie possibilità d'applicazione pratica dei dispositivi STPOWER nel contesto di soluzioni ad alta tensione per caricabatterie di bordo (OBC) e convertitori CC-CC. Hanno approfondito, in particolare, le applicazioni pratiche dei MOSFET al silicio e al carburo di silicio, in tutte le topologie e nei loro parametri di riferimento che permettono ai SiC di abilitare i convertitori DC-DC bidirezionali.

Anselmo e Luigi hanno proposto un punto di vista inedito sulle auto elettriche, concentrandosi sui caricabatterie di bordo EV dell'auto. Le capacità di ricarica dei veicoli elettrici definiscono il tipo di dispositivo di alimentazione da integrare al sistema. In questo momento, i consumatori stanno beneficiando di caricabatterie in grado di produrre da 400V a 800V per ricaricare le batterie il più rapidamente possibile. Tuttavia, nel caso di un convertitore OBC o DC-DC non abbastanza efficiente, si rischia di perdere il risparmio generato dalle nuove tecnologie di ricarica. Le case automobilistiche devono anche rendere questi moduli più piccoli e leggeri, il che spiega l'importanza di semiconduttori a banda larga come i MOSFET al carburo di silicio. In alcuni casi, infatti, i prodotti SiC consentono una maggiore efficienza a fronte di design e costi ridotti che rendono i veicoli elettrici sempre più mainstream.

Anselmo e Luigi hanno descritto varie architetture e topologie delle auto elettriche e gli scopi specifici di ciascuno dei dispositivi STPOWER. Ad esempio, MDmesh DM2 o MDmesh DM6 offrono un diodo a corpo rapido integrato che li rende molto interessanti nei convertitori DC-DC Full Bridge PS e LLC. D'altra parte, in un modulo di correzione del fattore di potenza senza ponte, l'utilizzo di un MOSFET SiC a 650 V può essere la chiave per un design significativamente più piccolo ed efficiente.

I due presentatori hanno a confronto, a parità di dimensioni e temperatura, le prestazioni di vari modelli come H2PAK e HU3PAK che dotati di un pin Kelvin, sono in grado di ridurre notevolmente le perdite di commutazione. Il fatto che i dispositivi disperdano calore dal lato superiore, per esempio, risulta molto più efficiente rispetto al D2PAK, che dissipa calore dal basso, coni l risultato che il PCB intrappola parte del calore.

Il webinar ha anche esplorato l'utilizzo di un pacchetto STPOWER ACEPACK SMIT, che si è dimostrato capace di portare a 3,8 kW design limitati a 2 kW in un D2PAK. In un tradizionale pacchetto a montaggio superficiale, le dimensioni superiori dello stampo rappresenterebbero un problema, in quanto il calore non verrebbe dissipato correttamente. Il prodotto ACEPACK SMIT risolve il dilemma e permette di utilizzare più IP.

Si conclude con una lezione importante: per quanto ininfluente possa sembrare, il dispositivo giusto può ridurre significativamente le dimensioni complessive o consentire una maggiore flessibilità nella scelta del sistema di raffreddamento.

(lo)