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Utilizzare il carburo di silicio
Il carburo di silicio sta trasformando l'industria automobilistica rendendo i veicoli elettrici più efficienti dal punto di vista energetico. Può avere altrettanto successo in altri mercati?
di Fonte ST 24-09-20
Il carburo di silicio è ancora una novità. Già disponibile in polvere nel decennio del 1890, è solo recentemente che questo materiale ha trovato applicazione nella creazione di una nuova categoria di transistor per veicoli elettrici più efficienti dal punto di vista energetico. La domanda è: quali altre possibilità di utilizzo può avere?

Un recente webinar della STMicroelectronics si è proprio dato l'obiettivo di offrire argomenti a favore dell'utilizzo del carburo di silicio, a partire da cinque domande a cui è necessario saper rispondere per sfruttare al meglio il nuovo materiale.

1. Ha senso utilizzare dispositivi in carburo di silicio per applicazioni industriali?
Posti di fronte alla necessità di determinare l'applicabilità di nuove tecnologie, la cosa migliore è affidarsi ad un development board come STDES-VIENNARECT per dare prova dei vantaggi che il MOSFET di potenza SiC SCTW35N65G2V può portare alle applicazioni industriali. La scheda è in grado di dimostrare come utilizzare i dispositivi SiC in applicazioni come stazioni di ricarica per veicoli elettrici, caricabatterie di grandi dimensioni, sistemi di energia solare, sistemi di accumulo di energia (ESS), alimentatori di fascia alta e altro ancora.

2. Quando utilizzare dispositivi in silicio o carburo di silicio?
Una correzione del fattore di potenza non è una sfida da poco. La sfida principale di un modulo PFC è duplicare la forma sinusoidale del segnale prevenendo le distorsioni armoniche. Il modo migliore per avere successo è la creazione di un feedback più veloce che introduca meno errori nella forma d'onda. Un dispositivo di alimentazione con una frequenza di commutazione più veloce è la chiave per ottenere un modulo PFC migliore. Il passaggio successivo consiste nel determinare la frequenza di commutazione tra 10 kHz e 1 MHz che consentirà al carburo di silicio di dare il meglio di sé, specialmente nelle applicazioni ad alta potenza.

3. Che vantaggi apportano le frequenze di commutazione più elevate dei dispositivi in carburo di silicio?
Per comprendere i vantaggi concreti dell'utilizzo di un MOSFET in carburo di silicio, servono dati reali. Ad esempio, a 40 kHz, l'utilizzo di dispositivi SiC porta a un'efficienza di picco del 99,2%, contro n picco del 98,8% in design identici dotati di un dispositivo IGBT. Un altro esempio: a 80 kHz, un dispositivo SiC produce un guadagno di 0,2 punti percentuali sui MOSFET a supergiunzione. Ottenere aumenti di 0,2 e 0,4 punti nell'efficienza energetica non è semplice. Ogni aumento nell'efficienza produce importanti risultati a catena. L'utilizzo di dispositivi SiC riduce la corrente di dispersione e permette al transistor di attivarsi con meno energia. Questo comporta la possibilità di utilizzare componenti passivi più piccoli e generare meno calore. I prodotti finali potranno quindi essere più convenienti, affidabili e ridurre peso e dimensioni anche del 30%.

4. Che cosa rende speciali i dispositivi in carburo di silicio della ST?
Da un confronto tra schede tecniche, si potrebbe pensare che un dispositivo SiC vale l'altro e i numeri non mentono, ma non raccontano nemmeno tutta la storia. Ad esempio, l'impatto di un MOSFET di potenza va ben oltre i numeri nelle sue specifiche. Un'azienda deve poter fare affidamento sulle operazioni di front-end e back-end del produttore. È qui che la ST si distingue, in quanto governa ogni anello della catena di produzione. Lo stesso front-end impiegato da ST per collaborare con le principali aziende di auto elettriche è ora a disposizione dela creazione di progetti per applicazioni industriali. Il fatto di gestire l'intera catena di produzione ha assicurato operazioni stabili e affidabili persino durante l'attuale pandemia globale.

5. Come aiuta me la seconda generazione di dispositivi in carburo di silicio della ST?
A differenza dei mercati di consumo che cercano di accaparrarsi il primo cliente, le applicazioni industriali sono caratterizzate da un pubblico più interessato all'affidabilità che alla novità. Il fatto che ST stia producendo già la propria secondo generazione di dispositivi SiC è un punto di vanto per la società. Anche la seconda generazione di dispositivi estende il range di tensione. Mentre la prima generazione offriva 1.200 V e 1.700 V, i dispositivi più recenti offrono 650 V e 1.200 V.

Il lancio della seconda generazione di dispositivi comporta un'ottimizzazione dei dispositivi MOSFET SiC. I nuovi dispositivi di alimentazione, per esempio, sono dotati un cavo aggiuntivo per un Kelvin pin che con il ruolo di massa assoluta a livello di matrice consente una commutazione più rapida e riduce le perdite. ST è tra le poche società che può certificare una temperatura di esercizio di 200 ºC, grazie alla confezione in resina che permette ai suoi dispositivi SiC di sopportare circa 25 ºC in più rispetto alla concorrenza.


(lo)