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 utilizzano le proprietà elettroniche presenti negli elementi semiconduttori, 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 sono indicati come circuiti integrati di potenza quando applicati in circuiti integrati, che possono contenere milioni di dispositivi collegati tra loro su un singolo semiconduttore.
Per la maggior parte, la forma base di un dispositivo a semiconduttore di potenza è stata sviluppata negli anni ‘1950. 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 gestiscono spesso migliaia di ampere e migliaia di volt.
Esistono diversi tipi di dispositivi a semiconduttore di potenza, tra cui un diodo di potenza, un transistor ad 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. Solitamente trasportano correnti elettriche in una direzione in avanti e impediscono alla corrente di arrivare in una direzione inversa. 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 utilizzati di applicazioni per semiconduttori di potenza a bassa tensione. In genere, sono inferiori a 200 volt e vengono utilizzati per controller di motori, alimentatori e convertitori da CC a CC. Come un diodo di potenza, un MOSFET di potenza è normalmente attrezzato per trasportare quantità considerevoli di energia elettrica. Sono spesso più efficienti a tensioni più basse e possiedono velocità di commutazione elevate rispetto ad altri tipi di semiconduttori di potenza.
Un tiristore è un tipo di semiconduttore di potenza utilizzato in qualsiasi cosa, dai dimmer per interruttori della luce e sistemi di controllo della pressione ai controlli di velocità del motore e ai regolatori del livello del liquido. Costituiti da quattro strati, sono composti da materiali di tipo P e N alternati e comunemente hanno tre elettrodi. Sono spesso progettati per controllare un volume considerevole di potenza utilizzando una piccola corrente o tensione di attivazione.
Un semiconduttore di potenza a transistor bipolare a gate isolato (IGBT) è un gadget progettato per spegnersi e accendersi rapidamente. Considerati un tipo di semiconduttore di potenza altamente efficiente, gli IGBT sono spesso utilizzati nei sistemi di condizionamento dell’aria e nelle auto elettriche. I sistemi stereo che contengono amplificatori di commutazione a volte utilizzano anche gli IGBT per aiutare a sintetizzare forme d’onda complesse.