Componenti elettronici di potenza

A. Costantini | (la videolezione) I semiconduttori di potenza sono generalmente utilizzati per applicazioni industriali e per la trasmissione e distribuzione di elettricità a lunga distanza. A differenza dei normali semiconduttori, questi dispositivi sono progettati per gestire correnti elettriche elevate e tensioni elevate fino a diversi gigawatt. Come componenti nei sottosistemi di gestione dell'alimentazione, i semiconduttori di potenza vengono generalmente utilizzati come dispositivi di commutazione e raddrizzatori, nonché per variare la frequenza di una corrente elettrica. I settori che traggono vantaggio dai semiconduttori di potenza sono la trasmissione e la distribuzione di energia, l'automotive e i trasporti, le energie rinnovabili, l'elettronica di consumo e altre applicazioni industriali. Svolgono un ruolo chiave nell'uso sostenibile ed efficiente dell'energia e possono essere utilizzati per trasportare energia su lunghe distanze con perdite minime. Il materiale semiconduttore silicio (Si) è ancora oggi utilizzato per molte applicazioni ad alta tensione e alta corrente, sebbene negli ultimi anni sia stato affiancato da carburo di silicio (SiC) e nitruro di gallio (GaN). Di questi materiali semiconduttori, GaN offre le migliori prestazioni. Di seguito una breve introduzione alle quattro categorie chiave di semiconduttori di potenza:

MOSFET di potenza

I transistor di potenza a ossido di metallo e silicio sono interruttori a semiconduttore di potenza completamente controllabili progettati per gestire grandi quantità di energia. Sono il tipo di transistor di potenza più comunemente usato e si comportano particolarmente bene alle alte frequenze. Come dispositivi a quattro terminali, sono dotati di terminali di gate, drain, source e substrato. I MOSFET di potenza offrono una bassa potenza di azionamento del gate, una rapida velocità di commutazione, un'ampia larghezza di banda, oltre a essere facili da usare e riparare. La tensione di ingresso controlla la corrente di uscita del componente.

IGBT

I transistor bipolari a gate isolato sono un altro tipo di interruttore a semiconduttore di potenza completamente controllabile e sono spesso utilizzati per applicazioni a frequenza medio-bassa. Come i MOSFET di potenza, hanno un gate ad alta impedenza, quindi richiedono pochissima energia per accendere o spegnere un dispositivo. Gli IGBT hanno potenze nominali elevate e una bassa tensione nello stato di accensione e sono generalmente utilizzati come dispositivi discreti in unità elettroniche di potenza come condizionatori d'aria e auto elettriche.

SCR

I tiristori sono interruttori a semiconduttore di potenza semicontrollabili con tre terminali. Conosciuti anche come raddrizzatori controllati al silicio, controllano il flusso di una corrente elettrica in configurazioni circuitali unidirezionali o bidirezionali. Questi componenti sono spesso utilizzati per proteggere i circuiti di elettrodomestici, utensili elettrici e apparecchiature esterne.

Diodi di potenza 

I diodi di potenza sono dispositivi semiconduttori di potenza incontrollabili in grado di rettificare tensioni molto forti. Possono gestire centinaia di ampere e migliaia di kilovolt. Questi componenti sono caratterizzati da un terminale anodico, un terminale catodico e un semiconduttore costituito da una giunzione PN. La giunzione PN nei diodi di potenza è maggiore rispetto ai diodi normali.