Brusa Davide,Velardi Andrea,Marcon Daniele SEMICONDUTTORI DI POTENZA I componenti a semiconduttore di potenza sono in grado di operare con correnti e tensioni molto elevate (centinaia di ampere e kV). Qu di seguito trattiamo alcuni di questi componenti. DIODI RADDRIZZATORI Un diodo tradizionale progettato per permettere il flusso di corrente in una sol a direzione e negarlo nell'altro. Esso formato da una giunzione P-N di silicio. Il funzionamento e la struttura dei diodi di potenza analogo, quelli usati come raddrizzatori sono in grado di trattare correnti fra qualche ampere e diverse mi gliaia di ampere con tensioni di lavoro che possono superare qualche kV. Esso un dispositivo che converte la corrente alternata in continua. I parametri che caratterizzano il diodo sono: IFM:massima corrente diretta entrante nel catodo. Vrwm: massima tensione inversa di lavoro applicabile Vrrm: massima tensione inversa ripetitiva,cio la tolleranza del componente al sop portare forti tensioni e correnti con alimentazione discontinua (tipo pwm) Esistono diversi tipi di diodi raddrizzatori: standard,fast,ultra-fast e schottky la differenza tra questi diodi sta nei tempi di risposta. BJT Il transistor bipolare a giunzione (BJT), e un componente elettronico costituito da tre regioni adiacenti di materiale semiconduttore drogate alternativamente in modo p oppure n. La regione centrale sempre drogata in modo differente dalle al tre 2. Esistono quindi due possibili versioni del transistor BJT: npn e pnp. Il transistor bjt sostanzialmente un amplificatore di segnali, applicando un seg nale alla base si otterr un segnale amplificato di N volte in uscita sul colletto re. Questi componenti trovano applicazione come dispositivi di commutazione grazie a lla configurazione on-off che prevede l'utilizzo dei suoi stati limite (saturazi one e interdizione). I parametri particolarmente significativi del BJT sono: Vceo : indica la tensione tra collettore ed emettitore quando la corrente sulla base uguale a 0 Ic: massima corrente applicata al collettore PD: massima potenza dissipabile TRANSISTOR DARLINGTONB H sono BJT con elevatissimo guadagno di corrente,circa pari al prodotto dei guadag ni di due transistor. Il dispositivo richiede correnti di pilotaggio inferiori r ispetto a un normale BJT MOSI transistori MOS sono dispositivi a 4 terminali denominati drain, gate, source, bulk (substrato).I mos sono caratterizzati dalla semplicit circuitale con cui possono essere pilot ati e dalla trascurabile potenza richiesta. Le coppie di regioni B-S e B-D si co mportano come diodi a giunzione p-n ma durante il funzionamento normale del dispositivo t ali diodi sono sempre mantenuti a polarizzazione nulla o inversa, pertanto le co rrenti continue che li attraversano sono nulle Trascurabili. Nulla pure la corre nte continua di gate. Applicando a quest'ultimo una tensione positiva rispetto al bulk si crea un canale conduttore fra drain (collettore) e source (emettitore) e consentendo cos che risulti maggiore o uguale a 0 la corrente Id entrante nel dr ain quando maggiore uguale a 0 la tensione Vds fra drain e source. Attualmente i dispositivi sono in grado di controllare correnti di centinaia di ampere e tensioni fino al KV. Grandezze fondamentali: Vdss:massima tensione drain-source con gate cortocircuitato al source Id:massima corrente drain Pd:massima potenza dissipabile IGBTL'IGBT (insulated-gate bipolar transistor) I parametri sono analoghi a quelli del BJT e ssissimo consumo di potenza tipica del mos e del BJT. La tensione Vge una volta superato il valore ggio ti corrente di collettore Ic sempre pi TIRISTORIun BJT con ingresso isolato a MOS. del MOS:facilit di pilotaggio con ba bassa tensione d'uscita Vce tipica di soglia Vge (th) provoca il passa elevata.I tiristori di potenza comprendono l'SCR, il TRIAC e il GTO. SCR te sono i dispositivi di commutazione in grado di operare con le ioni pi elevate. L'SCR e TRIAC sono componenti a tre terminali (A-C-G). Essi vengono innescati mediante impulsi di corrente applicati al in conduzione possono essere spenti solo se si porta la corrente i sotto di un valore di mantenimento molto basso. SCRe GTO attualmen correnti e tens gate;una volta principale al dL'SCR (diodo controllato) conduce solo dall'anodo al catodo quando gli arriva un impulso di corrente dal gate. il componente che tratta le pi alte potenze. grandezze fondamentali: Vdrm:massima tensione ripetitiva diretta(a-pwm). Vrrm:massima tensione ripetitiva inversa(k-pwm). Irrm:massima corrente inversa(k). Igt:corrente di innesco del gate. TRIACIl triac un tiristore bilaterale,in cui la corrente pu scorrere fra i due termina li principali nei due versi opposti. Tratta correnti molto inferiore all'SRC,i p arametri sono gli stessi dell'SRC,tranne che il TRIAC pu essere innescato con imp ulsi di gate sia positivi che negativi poich sono in sostanza 2 triac in opposizi one. Ci sono 2 funzionamenti di base per questo tiristore, il funzionamento a control lo di fase e quello a pacchetti di onde. Quello a controllo di fase si attua par zializzando le semionde e di conseguenza decidendone la durata del semiperiodo. Quello a pacchetti di onde si attua fornendo l'alimentazione al gate periodicament e. GTO il GTO a differenza degli altri tiristori pu essere spento tramite impulso negat ivo sul gate. Essi sono in grado di trattare alcune migliaia di ampere e qualche KV. REL A STATO SOLIDO un rel a stato solido un dispositivo elettronico di commutazione in cui un piccol o segnale di comando controlla un ampio carico di corrente o tensione,comprende un sensore di tensione o corrente che risponde ad un ingresso appropriato e un d ispositivo elettronico di commutazione a stato solido. Come i rel elettromagnetici presentano un ingresso in comando a bassa tensione in grado di controllare un'uscita di potenza. A differenza dell'elettromagnetico ha diversi vantaggi:vita operativa pi lunga,fr equenze di lavoro pi elevate, assenza di rimbalzi,dimensioni ridotte,insensibilit al campo magnetico. AMPLIFICATORI Questi integrati sono adatti ad ogni genere d'apparecchiatura (ricevitori radio e tv,registratori,apparati wi-fi,ecc..). Esistono poi degli amplificatori operazionali di potenza capaci di erogare eleva te potenze. AUDIO hanno potenze d'uscita che vanno dal watt a qualche decina di watt. Parametri: potenza d'uscita: specificata per una determinata resistenza di carico(8,2 o 4 ) tensione di alimentazione: singola o duale. guadagno di tensione:specificato per una determinata frequenza (1KHz). larghezza di banda:indicata per una data potenza d'uscita. Resistenza d'ingresso: fornita per una data frequenza (1KHz). AMPLIFICATORI OPERAZIONALI DI POTENZA Esistono amplificatori operazionali di potenza con corrente di uscita fino alla decina di ampere. REGOLATORI DI TENSIONE LINEARII regolatori di tensione lineari sono dispositivi che forniscono una tensione d' uscita continua e stabile nei confronti delle variazioni della tensione d'ingres so e del carico. Essi vengono largamente impiegati negli alimentatori stabilizzati. Un esempio l'integrato 7805 stabilizzatore di tensione a 5 v. Parametri: Tensione d'uscita: viene indicato il valore(se fissa) o il range( se variabile). Corrente d'uscita: massima corrente erogabile. Resistenza d'uscita: la resistenza vista fra i terminali d'uscita e massa in reg ime di piccoli segnali. Tensione di dropout: minima caduta di tensione necessaria fra ingresso e uscita per un corretto funzionamento del regolatore(da 2 a 3V ) . sono disponibili in tensioni 5,6,8,10,12,15,18,24V REGOLATORI DI TENSIONE A COMMUTAZIONE I regolatori di tensione a commutazione hanno la stessa funzione dei regolari,ma lavorando in ON\OFF secondo PWM,hanno un'efficienza molto pi elevata dei lineari . Costituiscono l'elemento di controllo e di modulazione nelle configurazioni circ uitali per la conversione DC\DC I parametri sono gli stessi dei regolatori di tensione lineari. CONTROLLORI INTEGRATI PER ATTUATORI Sono circuiti integrati di potenza studiati per controllare e pilotare motori DC passo-passo e brushless Sono provvisti sia di protezione termica sia di limitazione di corrente,un esemp io L298 usato da noi in laboratorio per controllare due motori bidirezionali.