Alimentatori a commutazione Marco Alessandrini 5^ Elettronica e Telecomunicazioni Esame di Stato – A.S. 2005/06

Fonti Fare Elettronica (Inware Edizioni): tutorial Gli alimentatori switching di R. Bernarducci (numeri 234-246) Elettronica 3 (Petrini Editore): cap. 5 Elettronica di potenza

INTRODUZIONE

Caratteristiche Alta potenza in uscita Alto rendimento (η oltre 80%) Ingombro modesto (componenti di piccole dimensioni) Limitata potenza persa internamente

Differenze rispetto agli alimentatori lineari Rendimento maggiore Maggiore complessità circuitale Maggiore difficoltà di comprensione Componenti ricercati  prezzo elevato Maggiore versatilità Dimensioni più contenute Meno affidabili e collaudati

Principio di funzionamento Si fornisce Vin in ingresso I componenti preposti come serbatoi (condensatori, induttanze o trasformatori) accumulano energia Una commutazione di interruttori scarica i serbatoi sull’uscita (Vout) La commutazione avviene decine o centinaia di migliaia di volte al secondo, cosicché Vout è continua e stabilizzata.

Struttura Un alimentatore switching è composto da: convertitore DC-DC boost (incrementatore) buck (riduttore) inverting (invertente ed incrementatore) controllo e regolatore PFM (frequenza dell’attivazione) PWM (ampiezza dell’attivazione)

TIPOLOGIE DI CONVERTITORI DC-DC

Cosa sono Un convertitore DC-DC: pretende una tensione continua in ingresso (Vin) fornisce una tensione continua in uscita (Vout), maggiore o minore di Vin e proporzionale al duty-cycle o ad una funzione ad esso riconducibile deve avere ingresso e uscita isolati galvanicamente tra loro (cioè con due masse separate ed indipendenti)

Boost Si ottiene Vout > Vin. Vout = Vin ∙ T/toff

Buck Si ottiene Vout < Vin. Vout = Vin ∙ δ

Inverting Si ottiene |Vout| > Vin. Vout = Vin ∙ ton/toff

TIPOLOGIE DI CONTROLLI E REGOLATORI

A cosa servono Confrontare Vout con un riferimento fisso Attivare il convertitore DC-DC quando il carico richiede potenza Disattivare il convertitore DC-DC quando è sufficiente la carica accumulata  Pilotano il conv. DC-DC in funzione delle richieste del carico, ottimizzando il funzionamento, migliorando l’efficienza e aggiungendo controlli aggiuntivi (CC, UVLO…)

Pulse Frequency Modulation (PFM) Modifica la frequenza degli impulsi che pilotano il MOS. f maggiore  potenza maggiore in uscita f minore  potenza minore in uscita

Pulse Width Modulation (PWM) – Voltage-Mode Confronta la tensione di uscita con un riferimento fisso. Maggiore è la tensione richiesta in uscita, maggiore è δ. 2 1 1 2

PWM Current-Mode Per migliorare la sensibilità del controllo, si confronta la corrente sull’induttanza (convertita in tensione) con un riferimento fisso. Fondamentalmente il controllo, dopo la conversione, è uguale al PWM-VM.

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