Che cos'è un semiconduttore di potenza?
Un semiconduttore di potenza è un dispositivo simile a un interruttore utilizzato principalmente per controllare e convertire l'energia elettrica nei circuiti elettronici. In generale, questi dispositivi fanno uso delle proprietà elettroniche presenti negli elementi a semiconduttore, come l'arseniuro di gallio, il germanio e il silicio. Chiamati anche dispositivi di alimentazione, questi gadget in genere possono dissipare più di un watt di potenza durante il funzionamento standard. Di solito vengono chiamati IC di potenza quando applicati in circuiti integrati, che possono contenere milioni di dispositivi collegati insieme su un singolo semiconduttore.
Per la maggior parte, negli anni '50 fu sviluppata la forma base di un dispositivo a semiconduttore di potenza. L'ingegnere Robert N. Hall ha il merito di aver inventato il dispositivo. Realizzati in germanio, questi primi gadget di solito avevano una corrente nominale di circa 35 ampere e una capacità di tensione di circa 200 volt. Confrontalo con i moderni semiconduttori di potenza, che spesso gestiscono migliaia di ampere e migliaia di volt.
Esistono diversi tipi di dispositivi a semiconduttore di potenza, tra cui un diodo di potenza, un transistor a effetto di campo a semiconduttore a ossido di metallo (MOSFET), un tiristore e un transistor bipolare a gate isolato (IGBT). I diodi di potenza sono generalmente costituiti da componenti elettronici a due terminali. In genere trasportano correnti elettriche in una direzione in avanti e impediscono alla corrente di venire in una direzione invertita. A differenza delle loro controparti a semiconduttore a bassa potenza, sono in grado di trasmettere un volume significativo di corrente.
I MOSFET di potenza sono uno dei tipi più ampiamente utilizzati di applicazioni a semiconduttore di potenza a bassa tensione. In genere, sono inferiori a 200 volt e vengono utilizzati per controller del motore, alimentatori e convertitori da CC a CC. Come un diodo di potenza, un MOSFET di potenza è normalmente equipaggiato per trasportare notevoli quantità di energia elettrica. Spesso sono più efficienti a tensioni più basse e possiedono elevate velocità di commutazione rispetto ad altri tipi di semiconduttori di potenza.
Un tiristore è un tipo di semiconduttore di potenza utilizzato in tutto, dai dimmer per interruttori della luce e sistemi di controllo della pressione ai controlli di velocità del motore e ai regolatori di livello del liquido. Costituiti da quattro strati, sono composti da materiali di tipo P e N di tipo alternato e hanno comunemente tre elettrodi. Sono spesso progettati per controllare un considerevole volume di energia usando una piccola corrente o tensione di innesco.
Un semiconduttore di potenza a transistor bipolare a gate isolato (IGBT) è un gadget progettato per spegnersi e accendersi rapidamente. Considerato un tipo altamente efficiente di semiconduttore di potenza, gli IGBT vengono spesso utilizzati nei sistemi di condizionamento dell'aria e nelle auto elettriche. I sistemi stereo che contengono amplificatori di commutazione a volte usano anche IGBT per aiutare a sintetizzare forme d'onda complesse.