In un’epoca segnata dalla rivoluzione della mobilità elettrica, la velocità di ricarica si profila come il Santo Graal dell’industria automobilistica. Nel vivace scenario di Fortronic 2023, Davide Lissoni di onsemi ha svelato una visione futuristica sulle tecnologie di nuova generazione per la ricarica rapida in DC. In questo articolo, ci immergeremo nelle soluzioni per la ricarica rapida DC proposte da onsemi.
L’Evoluzione delle Stazioni di Ricarica
L’evoluzione delle stazioni di ricarica EV rappresenta un aspetto fondamentale nella transizione verso la mobilità elettrica. Generalmente, queste possono essere rappresentate da un complesso di blocchi funzionali che rappresentano diverse parti di un ecosistema più complesso. Ad esempio, alcuni blocchi possono riguardare l’integrazione di fonti energetiche rinnovabili e lo storage mentre altri degli stadi di conversione dell’energia.
onsemi è in grado di offrire delle soluzioni complete per i diversi stadi di potenza delle stazioni di ricarica dei veicoli elettrici. Questo include anche tutti i componenti necessari allo sviluppo di un carica batterie EV, che siano essi componenti discreti o moduli pilotati con gate driver isolati dedicati. Non si tratta di un semplice fornitore, ma sviluppa e progetta ogni dispositivo a partire dal materiale grezzo ponendo particolare attenzione all’ affidabilita’ delle sue tecnologie e all’ efficienza del sistema.
Questo approccio integrato evidenzia il ruolo di onsemi come innovatore, garantendo soluzioni efficaci e personalizzate per le esigenze specifiche delle stazioni di ricarica EV.
Nuove soluzioni e meno problemi
Nella corsa all’innovazione nel settore della mobilità elettrica, la struttura e la funzionalità delle stazioni di ricarica EV stanno subendo delle trasformazioni sostanziali. L’obiettivo principale è quello di aumentare l’efficienza e ridurre i tempi di ricarica, rendendo i veicoli elettrici più attrattivi e competitivi rispetto ai loro omologhi a combustione interna.
In questo contesto, negli ultimi anni si è assistito all’evoluzione dalle tradizionali soluzioni di tipo Vienna a configurazioni più complesse, che oltre a migliorare l’efficienza abilitano anche nuovi scenari di gestione della rete e di tutto l’ecosistema delle stazioni di ricarica. Le nuove configurazioni bidirezionali permettono cosi al gestore della rete di poter gestire le potenze e le necessita’ della rete in maniera opportuna.
Inoltre, questo passaggio, non solo permetterà l’implementazione dei Fast Charger in contesti domestici e commerciali (come i parcheggi dei supermercati), ma offre anche la possibilità di migliorare la gestione dei profili di carica e scarica, contribuendo ulteriormente all’efficienza e alla praticità di queste soluzioni di ricarica.
Ma cosa rende queste tecnologie così rivoluzionarie? A fare la differenza è l’introduzione di materiali semiconduttori avanzati come il carburo di silicio (SiC) e il nitruro di gallio (GaN).
Il Potenziale Rivoluzionario di SiC e GaN
Il mercato è in fermento per i nuovi dispositivi SiC e GaN, protagonisti di una vera e propria rivoluzione tecnologica. Il SiC, noto per la sua straordinaria capacità di gestire alte tensioni con minime perdite, apre nuove frontiere nell’efficienza energetica. Immagina ricariche più veloci e dispositivi più compatti, un sogno per qualsiasi stazione di ricarica EV. Dall’altra parte, il GaN, con la sua stupefacente abilità in convertitori di potenza ad alta frequenza, promette una nuova era di sistemi di ricarica ultra-efficienti. Insieme, questi due materiali si ergono come pilastri di un futuro in cui la ricarica EV è più veloce, più efficiente e più affidabile.
onsemi, riconoscendo il potenziale rivoluzionario di queste tecnologie, ha sviluppato un ampio portafoglio di soluzioni di potenza, inclusi dispositivi sia in SiC che in GaN per soddisfare ogni esigenza per diversi campi di applicazione. Tra i prodotti di spicco in questo ambito ci sono i dispositivi EliteSiC, che rappresentano il prossimo passo verso per la ricarica rapida DC.
L’Impatto delle Tecnologie EliteSiC
L’adozione delle tecnologie EliteSiC di onsemi segna un passo significativo nell’evoluzione della ricarica dei veicoli elettrici. Infatti, la nuova generazione di dispositivi SiC offre una serie di vantaggi interessanti. Tra i principali possiamo trovare:
- Ottimizzazione per il funzionamento ad alte temperature.
- Diodi con bassa resistenza in serie e indipendente dalla temperatura.
- MOSFET con recupero inverso stabile in base alla temperatura.
- Riduzione delle capacità parassite per applicazioni ad alta frequenza e ad alta efficienza.
- Die di grandi dimensioni con una bassa RDSon.
onsemi ha anche sviluppato una versione SiC da 2000 V specifica per il settore fotovoltaico e la ricarica dei veicoli elettrici, che prevede di commercializzare alla fine del prossimo anno.
Una scelta aziendale interessante, è quella di utilizzare lo stesso die sia in dispositivi Industrial che Automotive, offrendo così la massima flessibilità nel riutilizzo dei design in diversi campi di applicazione.
Gestione Avanzata del Pilotaggio per Massimizzare l’Efficienza
Per sviluppare delle soluzioni di ricarica EV avanzate, oltre ad utilizzare dei dispositivi moderni ad alte prestazioni, un altro aspetto cruciale riguarda l’ottimizzazione del pilotaggio dei dispositivi.
La tecnologia onsemi, ad esempio, è nativa a 18V ma può essere pilotata a 15V. Aumentando la tensione di pilotaggio da 15V a 18V, si possono ridurre le perdite di conduzione legate alla RDSon del dispositivo del 25%, dato che dell’aumento dell’apertura del canale si ottiene una RDSon più bassa.
Ulteriori miglioramenti possono essere ottenuti applicando una tensione negativa, influenzando la RDSoff e quindi riducendo ulteriormente le perdite di conduzione di circa il 3%.
Questi perfezionamenti nel pilotaggio dei dispositivi sono essenziali per ottenere il massimo grado di efficienza possibile.
Ma come si può valutare già in fase di sviluppo il comportamento di una certa configurazione?
onsemi Semplifica la Progettazione e Riduce le Perdite di Commutazione
onsemi ha sviluppato strumenti e risorse che semplificano la progettazione e aiutano a ottimizzare l’efficienza dei nuovi progetti. Tra questi, troviamo un tool di progettazione perfezionato in oltre un decennio di lavoro, oltre a dei modelli SPICE che riflettono fedelmente le caratteristiche di ogni dispositivo onsemi.
Questo significa che i progettisti possono eseguire delle simulazioni facendo affidamento su dei modelli SPICE “reali”, che tengono conto di diversi parametri, come ad esempio la fisica costruttiva e le dimensioni del die in vari package.
In questo modo è possibile avere una visione realistica del funzionamento del prodotto già in fase di sviluppo, semplificando lo studio delle perdite di commutazione.
Tutto questo può diventare ancora più interessante se si decide di implementare in PLECS i modelli dei dispositivi Onsemi con quelli della propria scheda, ottenendo un modello completo del sistema.
Dalla Competizione all’Innovazione
Nel contesto di una crescente competizione tecnologica, onsemi ha confrontato i propri prodotti con quelli dei competitor per identificare punti di forza e criticità. Davide Lissoni ha evidenziato come l’innovazione nel design e la qualità dei materiali delle soluzioni EliteSiC di onsemi offrano dei vantaggi significativi in termini di prestazioni e affidabilità.
Questo approccio si riflette in pratiche rigorose durante la progettazione e la produzione, tra le quali:
- Controllo in-process e burn-in.
- Scansione dei difetti del substrato durante la produzione (aree danneggiate scartate).
- 100% di test di tutti i dispositivi.
- Nessuna deriva nella soglia o nei parametri.
- Ossido di gate ad alta affidabilità.
- Standard automotive AECQ-100.
Queste strategie garantiscono la produzione di dispositivi di alta qualità, robusti e affidabili che mantengono la stessa VTH nel tempo, assicurando la coerenza dei tempi di switch anche dopo anni.
Conclusione
La presentazione di Davide Lissoni al Fortronic 2023 ha evidenziato il ruolo cruciale di onsemi nella definizione del futuro della ricarica dei veicoli elettrici. Con tecnologie all’avanguardia come EliteSiC, un focus sull’ottimizzazione del pilotaggio dei dispositivi e un forte impegno verso la sostenibilità e l’efficienza energetica, onsemi si pone come un leader nel settore. Guardando al futuro, l’azienda si impegna per un impatto ambientale ridotto, puntando a una completa decarbonizzazione. Questi sforzi delineano un percorso promettente verso una mobilità elettrica più efficiente e rispettosa dell’ambiente.
Per scoprire di più sulle soluzioni innovative di onsemi per la ricarica dei veicoli elettrici, visita il loro sito web ufficiale.
