Ingegneria dell'Energia Elettrica - Electrical Engineering

GIULIO DE DONATO

Conoscenza e capacità di comprensione
Lo studente acquisisce una solida conoscenza dei principali dispositivi a semiconduttore per l’elettronica di potenza, comprendendone i principi di funzionamento, le caratteristiche statiche e dinamiche e le differenze tra tecnologie a banda proibita tradizionale e larga (Si, SiC, GaN).

Capacità di applicare conoscenza e comprensione
Lo studente sarà in grado di analizzare e selezionare dispositivi di potenza appropriati per specifiche applicazioni di conversione, valutando le prestazioni in termini di perdite, velocità di commutazione e limiti termici.

Autonomia di giudizio
Lo studente svilupperà la capacità di confrontare criticamente diverse tecnologie e topologie di dispositivi, formulando giudizi autonomi sulla scelta più idonea in funzione delle condizioni operative e dei vincoli applicativi.

Abilità comunicative
Lo studente sarà in grado di descrivere in modo chiaro e rigoroso il comportamento elettrico e fisico dei dispositivi di potenza, utilizzando la terminologia tecnica appropriata e supportando le proprie argomentazioni con modelli e dati quantitativi.

Capacità d’apprendimento
Lo studente acquisirà la capacità di aggiornarsi autonomamente sull’evoluzione delle tecnologie dei semiconduttori di potenza, attraverso la consultazione di pubblicazioni scientifiche e datasheet industriali.

Per comprendere e saper applicare le tecniche descritte nell'insegnamento è necessario aver sostenuto gli esami di Elettrotecnica, Elettronica Applicata e Misure Elettriche. Alcuni argomenti del programma richiedono la conoscenza delle serie e delle trasformate di Fourier e di Laplace, nonché abilità di analisi matematica. Tali prerequisiti sono indispensabili per lo studente che voglia seguire l'insegnamento con profitto.

Ripasso di dispositivi a semiconduttore
Diodi di potenza PiN, Schottky e Merged PiN-Schottky
Tiristore
MOSFET di potenza in silicio
IGBT
Materiale semiconduttore a larga banda proibita per l'elettronica di potenza (SiC e GaN)
Diodo Schottky in SiC
MOSFET di potenza in SiC
Transistor ad alta mobilità elettronica in GaN

N. Mohan, T. M. Undeland, and W. P. Robbins, Power Electronics: Converters, Applications, and Design, 3rd ed., Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, 2003.

Kassakian, J. G., Perreault, D. J., Verghese, G. C., & Schlecht, M. F., Principles of Power Electronics, 2ª ed., Cambridge University Press, 2023

B. J. Baliga, Fundamentals of Power Semiconductor Devices, 2ª ed., Springer, 2019

B. J. Baliga, "Silicon Carbide Power Devices: Progress and Future Outlook," in IEEE Journal of
Emerging and Selected Topics in Power Electronics, vol. 11, no. 3, pp. 2400-2411, June 2023

Lidow, A., de Rooji, M., Glaser, J., Pozo, A., Zhang, S., Palma, M., Reusch, D., Strydom, J., &, GaN
Transistors for Efficient Power Conversion, 4ª ed., John Wiley & Sons, 2025

B. Zojer, F. Di Domenico, and E. Persson, Operation and Features of High-Voltage CoolGaN™
Transistors, Infineon Technologies Austria AG, White Paper, Version 1.0, Oct. 2024. [Online].
Available: https://www.infineon.com/

V. Veliadis and T. M. Jahns, “Monolithic Bidirectional Lateral GaN Switches Reinvigorate Power
Electronics Applications,” IEEE Power Electronics Magazine, vol. 12, no. 1, pp. 22–28, Mar. 2025,
doi: 10.1109/MPEL.2025.3528696.

K. K. L. Leong and P. Das, CoolGaN™ Bidirectional Switch 650 V G5: Fundamentals and Design
Considerations, Infineon Technologies AG, White Paper, Version 1.1_EN, May 2025. [Online].
Available: https://www.infineon.com/cms/en/product/power/gallium-nitride/gan-bidirectional-switch/hvgan-
bidirectional-switch/

Monolithic Bidirectional Power Transistors, Infineon Technologies AG, White Paper, 2024.

Il corso viene erogato in presenza.

frequenza consigliata.

La prova consiste nel valutare un modello di simulazione realizzato mediante il software di simulazione PLECS.

qualsiasi argomento coperto a lezione

• Settimana 1: Richiami di fisica dei semiconduttori, giunzione p–n e caratteristiche I–V di base.
  • Testi di riferimento: Kassakian et al., Principles of Power Electronics, cap. 16 (Review of Semiconductor Devices).


• Settimana 2 – Diodi PiN, Schottky e Merged PiN-Schottky.
  • Testi di riferimento: Mohan et al., Power Electronics, cap. 20 (Power Diodes).


• Settimana 3 – Tiristore
  • Testi di riferimento: Mohan et al., cap. 23 (Thyristors)


• Settimana 4 – MOSFET di potenza in silicio
  • Testi di riferimento: Mohan et al., cap. 22 (Power MOSFETs). Baliga, cap. 6 (Power MOSFETs). Kassakian et al., cap. 17.5–17.6 (Power MOSFET e Superjunction MOSFET).


• Settimana 5 – IGBT.
  • Testi di riferimento: Mohan et al., cap. 25 (Insulated Gate Bipolar Transistors). Baliga, cap. 8 (IGBTs). Kassakian et al., § 17.7 (IGBT).


• Settimana 6 – Proprietà dei materiali wide-bandgap (SiC e GaN) e Figure of Merit.
  • Testi di riferimento: Baliga, cap. 11 (Materials and Figures of Merit). Baliga (IEEE JESTPE, 2023).


• Settimana 7 – Diodi e MOSFET in SiC
  • Testi di riferimento: Baliga, capp. 12–13 (SiC Diodes e SiC MOSFETs). Baliga (IEEE JESTPE, 2023).


• Settimana 8 – Transistor in nitruro di gallio
  • Testi di riferimento: Lidow et al., GaN Transistors for Efficient Power Conversion, capp. 1–3 (HEMT physics, E-mode/D-mode GaN). Zojer et al., Infineon WP 2024.


• Settimana 9 – Switch monolitici bidirezionali.
  • Testi di riferimento: Veliadis & Jahns, IEEE Power Electronics Magazine, 2025. Leong & Das, Infineon WP 2025. Monolithic Bidirectional Power Transistors, Infineon 2024.


• Settimana 10 – Parametri dinamici e modelli dei dispositivi di potenza.
  • Testi di riferimento: documentazione tecnica fornita dal docente


• Settimana 11 – Lettura di datasheet e applicazioni nei convertitori a commutazione forzata.
  • Testi di riferimento: documentazione tecnica fornita dal docente


• Settimana 12 – Sintesi finale e confronto tra famiglie di dispositivi.
  • Testi di riferimento: Riepilogo da tutti i testi principali e materiali didattici del docente.