12 e 13 Aprile 2022, BolognaFiere

Nasce il Power Lab di Rohm per testare componenti e sistemi di potenza

Rohm Semiconductor ha recentemente inaugurato, presso la sede europea di Willich-Münchheide, il suo nuovo Power Lab destinato all’analisi di componenti e sistemi di potenza. Il laboratorio è stato realizzato al fine di semplificare l’uso di prodotti e sistemi di alta potenza adattandoli alle esigenze e ai requisiti dei clienti.

Chi sviluppa un sistema deve affrontare diverse sfide durante tutte le fasi di sviluppo. Il trend attuale dell’elettronica di potenza, che spinge verso un’efficienza sempre più elevata e associata contemporaneamente a densità di potenza ed affidabilità sempre maggiori, pone ulteriori sfide allo sviluppatore  come la gestione del calore.

Se da un lato i requisiti di sistema diventano sempre più complessi, dall’altro le risorse e i tempi progettuali sono limitati. Non c’è perciò da stupirsi se oggi gli sviluppatori di sistema tendono a scegliere la strada più efficace nella progettazione dei loro circuiti di commutazione. Per fare questo i progettisti  hanno bisogno di dati che consentano loro di individuare la soluzione che consenta di raggiungere la massima affidabilità possibile con la maggior semplicità d’uso e i costi più bassi.

Certamente è possibile fare valutazioni basandosi sulla scheda tecnica di ciascun componente di potenza, ma a volte i punti di lavoro delle applicazioni finite non sono contemplati dalla scheda tecnica.  Infatti spesso i semiconduttori di potenza possono essere impiegati in tanti ambiti applicativi diversi nei quali entrano in gioco, da protagonisti, diversi parametri. A seconda dell’applicazione possono essere utilizzati carichi diversi (motori DC, motori AC, accumulatori…) e diverse fonti di alimentazione (batterie, rete elettrica…). Se il prodotto finito è progettato per un utilizzo in tutto il mondo si devono tenere in considerazione fattori come condizioni ambientali e variabilità nell’efficienza della rete in determinate circostanze.

La progettazione di Power Lab

Nella progettazione del laboratorio si è dovuto tenere conto di svariati fattori. La qualità degli strumenti di laboratorio e la sicurezza dei dipendenti avevano la massima priorità nella realizzazione dei banchi di prova dotati della tecnologia più moderna ed avanzata. Al contempo anche flessibilità e scalabilità rivestivano un ruolo fondamentale. Per fornire ai clienti un supporto rapido e di alta qualità le strutture su cui si eseguono i test devono essere flessibili e modulari e consentire così di testare diversi sistemi e schede. Oltre a ciò il Power Lab deve essere anche preparato ai futuri prodotti e trend di mercato.

È apparso da subito chiaro che il Power Lab non poteva essere laboratorio standard. Dopo aver individuato nello specifico i banchi di prova necessari, ROHM ha deciso di occuparsi direttamente dello sviluppo con i propri ingegneri. Ciò ha consentito una qualità e un’affidabilità elevate dei banchi di prova e, dal momento che il know-how è rimasto interno all’azienda, in futuro sarà possibile effettuare senza problemi i necessari adeguamenti.

La costruzione del Power Lab ha richiesto diversi mesi, per concludersi alla fine del 2017 quando il laboratorio è diventato operativo. Adesso ROHM è in grado di determinare le caratteristiche elettriche di tutti i suoi componenti semiconduttori, come i transistor SiC-MOSFET, i diodi SiC, i transistor IGBT, i transistor MOSFET di potenza in silicio e i gate driver, con tensioni fino a 8000 VDC. Per svolgere questo e altri compiti il laboratorio è dotato di diversi banchi di prova e di un settore ad alta tensione, in un’area dedicata.

Dalla caratterizzazione elettrica alle prove calorimetriche

I banchi di prova per la caratterizzazione elettrica sono destinati alla caratterizzazione di MOSFET, IGBT e diodi.  Qui è possibile misurare i tempi e le perdite di commutazione, le cadute di tensione e il comportamento in caso di cortocircuiti con tensioni fino a 1500 V. Il concept modulare garantisce una flessibilità elevata e quindi la possibilità di testare diversi housing (THD, SMD, moduli, schede dei clienti). Un altro banco di prova ad alta tensione permette la caratterizzazione dei componenti fino ad un massimo di 8000 VDC. Questo banco di prova è situato in un locale dedicato per proteggere l’ingegnere che esegue il test durante il suo funzionamento.

Con il banco di prova di potenza è possibile testare convertitori (AC/DC, DC/DC, DC/AC e AC/AC) in condizioni applicative reali fino a 15 kVA. Inoltre il banco di prova dotato degli analizzatori di potenza è in grado di misurare con la massima precisione l’efficienza e le perdite. Il banco di prova presenta una sorgente di corrente AC (per la simulazione di rete) e diversi carichi elettrici (AC e DC). Le tensioni massime durante il test sono pari a 1500 VDC e 400 VAC. Oltre a ciò una funzione rigenerativa consente di reimmettere in rete parte dell’energia utilizzata, il che significa un consumo energetico minore durante le fasi di test.

Power Lab Test Bench
Il banco di prova di potenza consente di reimmettere energia in rete per ridurre al minimo il fabbisogno energetico.

 

Sul banco di prova calorimetrico viene misurato il comportamento termico dei semiconduttori di potenza. I DUT (device under test) possono essere moduli o semiconduttori discreti, oltre che circuiti elettronici stampati o addirittura sistemi elettronici di potenza completi. Su questo banco di prova sono presenti fonti di alimentazione continue con un livello di corrente elevato. Grazie ad una camera climatica è possibile eseguire test in condizioni ambientali speciali, con temperature comprese fra -40 °C e +180 °C e umidità relativa fra il 10% e il 98%.

Un ulteriore banco di prova consente agli ingegneri di testare l’isolamento di circuiti, circuiti stampati o progetti di riferimento sviluppati internamente all’azienda. La fonte di alimentazione dispone di una rampa iniziale programmabile fino a 6 kV e 10 mA. In questo modo è possibile testare ad esempio le distanze di isolamento in aria e superficiali di schede di gate driver isolate.

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Irma Garioni
Irma Garioni