Obiettivi formativi
1. Conoscenza e comprensione
- Lo studente affronterà i problemi progettuali nel campo dell’elettronica di potenza, sia dal punto di vista dei singoli componenti che dell’intero sistema. A tal fine verranno forniti anche alcuni complementi su circuiti driver per transistori di potenza e sul dimensionamento dei componenti passivi.
- Lo studente acquisirà successivamente competenze sui problemi termo-meccanici e gli aspetti di compatibilità elettromagnetica, che rivestono oggigiorno un’importanza primaria.
2. Capacità di applicare conoscenza e comprensione
- Lo studente acquisirà competenze di laboratorio, sia a livello hardware che software, applicandole ad aspetti di progettazione di sistemi di conversione energetica da fonti rinnovabili.
3. Competenze trasversali
- Lo studente, per mezzo del lavoro di gruppo, acquisirà capacità di dialogo critico, di collaborazione finalizzata al progetto e di pianificazione.
Prerequisiti
Competenze in circuiti per la conversione statica dell'energia.
Contenuti dell'insegnamento
- La prima parte del corso (circa 15 ore) riguarda gli aspetti termici e le problematiche affidabilistiche nella progettazione di dispositivi e moduli elettronici di potenza. Questa parte è anche propedeutica all'attività di laboratorio CAD (circa 25 ore), che verrà introdotta subito dopo e continuerà, in parallelo alle lezioni teoriche, fino alla fine del corso. Tale attività verterà sulla simulazione elettro-termo-magnetica e/o termo-meccanica di componenti e circuiti di potenza e sulla progettazione di sistemi di conversione da fonti rinnovabili.
- Successivamente vengono presentati driver e snubbers per dipositivi di potenza (circa 10 ore)
- Segue una parte (circa 10 ore) dedicata alla scelta e dimensionamento dei componenti di potenza passivi.
- L'ultima parte del corso (circa 10 ore) presenta i principali aspetti progettuali di compatibilità elettromagnetica, a livello di sistema.
Programma esteso
• Aspetti termici nella progettazione di dispositivi e moduli elettronici di potenza (5 ore):
- Conduzione del calore
- Modelli termici a parametri concentrati
- Convezione
- Irraggiamento
- Dissipatori
- Metodi di misura della temperatura
• Meccanismi di guasto e affidabilità di dispositivi e moduli elettronici di potenza (10 ore):
- Packaging
- Struttura dei moduli di potenza
- Meccanismi di guasto di tipo termomeccanico
• Componenti passivi di potenza (10 ore):
- condensatori;
- nuclei magnetici;
- induttori;
- trasformatori.
• Introduzione ai problemi di compatibilità elettromagnetica (EMC) (10 ore):
- Descrizione generale dei problemi di EMC
- Cenni alle normative
- Modelli per emissione e suscettività radiata e condotta
- Schermature
- Scariche elettrostatiche (ESD)
• Driver (5 ore):
- Driver per tiristori e GTO
- Driver per BJT
- Driver per MOSFET e IGBT
• Snubber (5 ore):
- Snubber per diodi
- Snubber per BJT
- Snubber per GTO
- Snubber per tiristori
• Laboratorio di elettronica industriale (COMSOL Multiphysics) (25 ore)
- Simulazione termo-elettro-meccanica di componenti e moduli di potenza:
- La simulazione ad elementi finiti
- Modelli termici e termo-meccanici ad elementi finiti
- Progettazione FEM di dispositivi e circuiti di potenza
Bibliografia
- Per la parte di dispositivi (attivi e passivi):
N. Mohan, T. M. Undeland, W. P. Robbins, Power Electronics: Converters, Applications, and Design, 3rd Ed., John Wiley, 2003.
- Per la parte di compatibilità elettromagnetica:
C. R. Paul, Compatibilità Elettromagnetica, Hoepli, 1995.
Metodi didattici
- Lezioni con proiezione di slides (file PDF fornito preventivamente agli studenti).
- Attività di laboratorio per il CAD elettronico su:
1) Simulazione elettro-termo-magnetica
2) Analisi termica di componenti e circuiti di potenza
3) Progettazione di sistemi di conversione da fonti rinnovabili
L'attività di laboratorio comprenderà una parte introduttiva all'uso del software, guidata dal docente, con l'ausilio di assistenti e una seconda parte di lavoro a gruppi di 2 studenti, ai quali verrà assegnato un progetto da svolgere.
Sia le lezioni che l'attività di laboratorio saranno svolte in presenza.
Modalità verifica apprendimento
Non sono previste prove in itinere.
L’esame consisterà in una prova orale (individuale), nella quale lo studente dovrà dimostrare di aver assimilato i contenuti delle lezioni svolte in classe, e in una relazione scritta sull'attività di laboratorio (di gruppo), che dopo alcune lezioni introduttive comuni, consisterà nello svolgimento di un progetto assegnato a gruppi di 2-3 studenti.
Il voto della prova orale viene comunicato immediatamente al termine della prova stessa.
La relazione sull'attività di laboratorio potrà essere presentata e discussa in una data diversa (previo accordo col docente) da quella della prova orale.
Il voto sull'attività di laboratorio viene comunicato immediatamente al termine della discussione della relazione.
Alla formazione del voto finale contribuiranno con lo stesso peso il voto della prova orale e quello della relazione sull'attività di laboratorio.
Altre informazioni
Il materiale didattico e di supporto alle lezioni è disponibile sul sito: https://elly2024.didattica.unipr.it/course/view.php?id=229
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
9 - Industria, innovazione e infrastrutture
