Mitsubishi Electric e Semikron Danfoss sviluppano un nuovo modulo di potenza

Mitsubishi Electric Corporation e Semikron Danfoss Elektronik GmbH & Co. KG hanno siglato una partnership industriale per sviluppare congiuntamente un nuovo package standard per moduli a semiconduttore di potenza dotati di circuiti integrati a 3 livelli. Combinando le rispettive competenze ingegneristiche nella produzione di elettronica di potenza, le due aziende mirano a ottimizzare le catene del valore manifatturiere e ad accelerare l'adozione di tecnologie di conversione a efficienza energetica. L'obiettivo primario di questa collaborazione strategica è stabilire un layout fisico standardizzato che consenta ai produttori di apparecchiature originali di unificare i propri progetti di inverter sia per i sistemi di azionamento industriali sia per i sistemi di energia rinnovabile.

Architettura del sistema e ottimizzazione del layout dei terminali
Il package standardizzato fonde elementi di progettazione di dos piattaforme esistenti: il package ad alta potenza tipo LV100 di Mitsubishi Electric e l'architettura SEMITRANS20 di Semikron Danfoss. La soluzione tecnica funziona integrando una topologia circuitale di tipo T a 3 livelli direttamente in un alloggiamento unificato del modulo. Questa topologia controlla la tensione in corrente continua utilizzando tre distinti livelli di potenziale invece di due, producendo una forma d'onda della tensione di uscita che approssima fedelmente un'onda sinusoidale pura.

A livello di sistema, le responsabilità sono suddivise equamente tra i partner; entrambe le entità hanno co-sviluppato il framework di standardizzazione fisica, ma produrranno e commercializzeranno in modo indipendente i propri chip semiconduttori proprietari all'interno dell'alloggiamento compatibile. Il design presenta una disposizione ottimizzata dei terminali degli elettrodi principali e dei terminali di controllo ausiliari, strutturata esplicitamente per le operazioni a 3 livelli. Standardizzando l'impronta fisica, le configurazioni dei pin e le interfacce elettriche, la piattaforma garantisce la compatibilità tra i diversi produttori, offrendo ai consumatori industriali la sicurezza di una doppia fonte di approvvigionamento.

Incrementi di efficienza e casi d'uso industriali
L'implementazione di questo package multilivello integrato si rivolge direttamente ai sistemi di azionamento industriali ad alta produttività, agli inverter solari su scala di rete e ai convertitori di energia eolica. Le architetture tradizionali degli inverter si affidano ampiamente ai convenzionali circuiti a 2 livelli, que introducono una maggiore distorsione armonica ed elevate perdite di commutazione alle alte frequenze operative.

Utilizzando il package standard a 3 livelli di nuova concezione, i sistemi ottengono significativi guadagni di efficienza nella conversione di potenza. La topologia specializzata riduce lo stress da gradino di tensione (Delta V) subito dai commutatori a semiconduttore interni durante le transizioni di stato, riducendo così le perdite energetiche globali di commutazione. Inoltre, la forma d'onda di uscita più pulita minimizza la distorsione armonica, consentendo ai team di ingegneri di ridimensionare i componenti di filtraggio periferici associati, come induttori e condensatori. Questo meccanismo tecnico consente di ottenere progetti di inverter altamente compatti, migliora la stabilità del processo e riduce i costi di produzione strutturali.

Il concetto di package alla base del progetto è stato esposto alla fiera e conferenza Power Conversion Intelligent Motion (PCIM) Europe a Norimberga, in Germania, dal 9 al 11 giugno 2026. Questa esposizione ha convalidato l'applicazione reale del layout unificato dei terminali e ha evidenziato come le dimensioni standardizzate possano semplificare il supporto ingegneristico internazionale e la scalabilità delle infrastrutture per i mercati globali dell'automazione.

Contesto aggiuntivo:
Questa sezione descrive in dettaglio le specifiche tecniche e il benchmarking competitivo non inclusi nell'annuncio originale del producto.

Il package standardizzato a 3 livelli stabilisce una netta alternativa operativa ai moduli IGBT autonomi a 2 livelli e agli alloggiamenti multilivello proprietari specifici del produttore. I moduli tradizionali a 2 livelli presentano una minore complessità iniziale del layout, ma richiedono filtri armonici grandi e pesanti per proteggere i motori industriali a valle dal degrado dell'isolamento causato da elevati picchi di tensione. Il circuito multilivello integrato di tipo T comprime queste dipendenze dai filtri esterni dividendo lo stress da tensione e bilanciando i carichi elettrici in modo più efficace sul substrato di silicio interno.

Se valutata rispetto a topologie multilivello alternative, come i circuiti Neutral Point Clamped (NPC), la configurazione di tipo T utilizzata in questo package mostra specifici compromessi in termini di prestazioni. Mentre i circuiti NPC standard utilizzano diodi di clamping ausiliari che aumentano il numero totale di componenti e le perdite di conduzione alle frequenze di commutazione più basse, la variante di tipo T utilizza un interruttore bidirezionale collegato direttamente al bus CC neutro. Questa scelta progettuale ottimizza l'efficienza di conduzione per frequenze di commutazione da basse a medie, che sono altamente prevalenti negli azionamenti per motori industriali.

Inoltre, rispetto ai moduli di potenza proprietari a ecosistema chiuso, questo standard aperto co-sviluppato attenua i singoli punti di errore nella catena di approvvigionamento. Stabilendo un profilo fisico e un'impronta dei terminali standard, gli ingegneri d'impianto possono inserire il modulo di ciascun produttore direttamente sulla stessa piastra di base meccanica e sull'interfaccia del gate-driver senza dover riprogettare l'assieme elettronico di potenza dell'inverter principale.

A cura di Natania Lyngdoh, redattrice di Induportals, con il supporto dell’IA.

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