EO_510

EO POWER - MAGGIO 2023 XXXII induzione sono basate su un tank (serbatoio) risonante. Il principale vantaggio dei convertitori risonanti è l’eleva- to range di frequenze di commutazione nel quale possono operare senza penalizzare l’efficienza. E’ possibile utiliz- zare tecniche di controllo quali la commutazione a corrente nulla (ZCS –Zero Current Switching) o a tensione nulla (ZVS – Zero Voltage Switching) per ridurre le perdite di potenza nei convertitori risonanti. Convertitori RHB (Resonant Half Bridge) e inverter QR (Quasi Resonant) sono invece le to- pologie più diffuse (Fig. 5). Il vantaggio delle configurazioni RHB è la possibilità di operare su un ampio intervallo di ca- rico, oltre alla capacità di fornire la massima potenza. Il principale vantaggio di un convertitore QR è il basso co- sto, che lo rende ideale per applicazioni con potenzemedio/ basse (fino a 2 kW di potenza di picco) che operano nell’in- tervallo di frequenze compreso tra 20 e 35 kHz. Azionamenti per motori Il convertitore HB (Half Bridge) è una delle topologie più diffuse per questo tipo di applicazioni con frequenze com- prese tra 2 e 15 kHz (Fig. 6). La tensione di uscita del con- vertitoreHB dipende dallo stato della commutazione e dalla polarità della corrente. Ipotizzando un carico induttivo, la corrente aumenta suc- cessivamente. Se il carico assorbe una corrente positiva (Ig>0), essa scorrerà attraverso T1 e fornirà energia al carico (Vg). Viceversa, se la corrente del carico Ig è negativa, scor- rerà in direzione opposta attraverso D1, restituendo energia alla sorgente in DC. In maniera del tutto analoga, se T4 è acceso (on) e T1 è quindi spento (off), al carico viene appli- cate una tensione pari a −Vbus/2 e la corrente diminuisce. Se Ig è positiva, la corrente scorre attraverso D4 restituendo enegia al bus di alimentazione. Topologie con molteplici livelli di tensione per applicazioni IGBT Tra le limitazioni della topologia HB dovute all’elevata ve- locità di commutazione si possono annoverare le seguenti: • Possibilità di produrre solo due livelli di tensione di uscita • Sollecitazioni dei componenti passivi e attivi • Elevate perdite di commutazione • Pilotaggio del gate più difficoltoso • Corrente di ondulazione (ripple) più elevata • Maggiori interferenze EMI • Problemi nella gestione della tensione (non è possibile operare con bus ad alta tensione) • Il collegamento in serie dei dispositivi comporta l’in- sorgere di difficoltà in fase di implementazione • Difficoltà di ottenere un bilanciamento termico • Elevati oneri in termini di filtraggio Per cercare di superare le limitazioni appena sopramenzio- nate, sono state sviluppate nuove topologie che prevedo- no più livelli di tensione da utilizzare in applicazioni quali UPS e inverter fotovoltaici. Le più comuni strutture sono i convertitori I-Type e T-Tipe a commutazione unipolare che possono operare con tensioni di bus più elevate. Grazie alla disponibilità di unmaggior numero di stati di uscita, la ten- sione ai capi dei componenti di filtraggio sono ridotte, il che comporta una diminuzione delle perdite del filtro e una ri- duzione delle sue dimensioni. Le perdite di commutazione sono inferiori, a fronte di un leggero aumento delle perdite per conduzione (adatti per frequenze più elevate, comprese tra 16 e 40 kHz con un’efficienza dell’ordine del 98%). IGBT: un futuro brillante Anche se gli IGBT sono disponibili da parecchi anni, rap- presentano ancora la soluzione ideale per molte applica- zioni che prevedono correnti e tensioni elevate. Il ricorso agli IGBT è in aumento non solo nei progetti tradizionali, ma anche nei nuovi progetti grazie al fatto che i dispositi- vi di più recente introduzione sono caratterizzati da valori di Vcesat sempre più piccoli (che si avvicinano a 1 V) e da strutture innovative che garantiscono sensibili migliora- menti in termini di densità di corrente e perdite di com- mutazione. Per ottimizzare i vantaggi legati all’uso degli IGBT è indispensabile una perfetta conoscenza dei requisiti dell’applicazione e la scelta della corretta topologia di cir- cuito da impiegare. Fig. 6 – Topologia a semiponte che illustra il flusso di corrente positiva e negativa Fig. 7 – Topologie dei convertitori I-Type e T-Type Power