Corso di ELETTRONICA INDUSTRIALE

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1 Corso di ELETTRONICA INDUSTRIALE Conrollo di correne del converiore Buck

2 Argomeni raai

3 Argomeni raai Conrollo di ensione con limiazione di correne

4 Argomeni raai Conrollo di ensione con limiazione di correne Conrollo di correne di picco

5 Argomeni raai Conrollo di ensione con limiazione di correne Conrollo di correne di picco Principio di funzionameno Sruura del conrollore Risposa dinamica Insabiliá saica Correzione dell insabiliá saica con rampa di compensazione

6 Conrollo di ensione Risposa ad una variazione a gradino del riferimeno * (regolaore PID) [V] u * 6 o 3 [A] i L [ms] picco di correne [ms]

7 Conrollo di ensione Risposa ad una variazione a gradino del riferimeno * (regolaore PID) Per limiare il picco di correne si puó modificare lo schema del conrollo di ensione [A] 1 i L picco di correne [ms]

8 Limiazione della correne Si puo usare un limiaore di correne, che inerrompe on quando i L supera la soglia i L * i L [A] i L picco di correne [ms]

9 x Conrollo di ensione m AR CK * DRIVER i o U i S D L C

10 x Conrollo di ensione m AR CK * U i DRIVER S D Il generaore a dene di sega i fa iniziare o on all arrivo di Ck L C

11 x Conrollo di ensione m AR CK * U i DRIVER S D All inizio del periodo w i< m, quindi S è o necessariamene on L C

12 Conrollo di ensione limiazione di correne Il comparaore m x AR scaa se viene superao il limie i * L CK * DRIVER i L * i o U i S D L C

13 Conrollo di ensione limiazione di correne U i m Il flip x flop apre AR l inerruore se i L > i L * DRIVER S D i L * L C F/F Q S R i o CK *

14 Conrollo di ensione limiazione di correne U i x DRIVER S D m AR i L * L C F/F Q S R i o CK *

15 Funzionameno del limiaore di correne i L * i L CK Funzionameno normale: L impulso di clock abilia la chiusura dell inerruore, che viene comandao dal modulaore PWM.

16 Funzionameno del limiaore di correne i L * CK i L Limiazione di correne: Se la correne (in ransiorio) raggiunge la soglia, l abiliazione viene rimossa e l inerruore apero

17 Dinamica del conrollo di ensione con limiazione di correne [V] u * o 6 3 [A] [ms] 0.75 i L [ms]

18 Dinamica del conrollo di ensione con limiazione di correne [V] u * o 6 La limiazione di correne rallena la [ms] dinamica [A] 0.75 i L [ms]

19 Dinamica del conrollo di ensione con limiazione di correne [V] u * o [ms] [A] 1 senza limiazione 0.75 i L con limiazione [ms]

20 NOTA Con gli sessi componeni circuiali richiesi per realizzare una limiazione di correne si può inrodurre una vera e propria reroazione di correne che, olre a eviare sovracorreni, migliora significaivamene la risposa dinamica.

21 Conrollo di correne di picco

22 Conrollo di correne di picco Principio di funzionameno i L * i L T S CK

23 Conrollo di correne di picco Principio di funzionameno i L * i L T S L inerruore viene chiuso ad ogni impulso di clock CK

24 Conrollo di correne di picco i L * Principio di funzionameno i L L inerruore viene apero quando i L raggiunge i L * T S CK

25 Conrollo di correne di picco (versione base) i L * AR * i o S D L C

26 Conrollo di correne di picco (versione base) L uscia del regolaore di ensione é il riferimeno di correne i L * AR * i o S D L C

27 Conrollo di correne di picco (versione base) Il riferimeno i L * viene confronao con la correne i L i L * AR i L * i o S D L C

28 Conrollo di correne di picco (versione base) F/F Q SR CK i L * AR i L * DRIVER i o S D L C

29 Conrollo di correne di picco (versione base) F/F Q SR CK i L * AR i L * DRIVER S D L C S viene chiuso i all impulso o di clock

30 Conrollo di correne di picco (versione base) S viene apero quando i L = F/F i L * Q SR CK i L * AR i L * DRIVER i o S D L C

31 Funzionameno del conrollo di correne di picco i L * i L CK Noa: E sufficiene misurare la correne I S nell inerruore (V Son nel caso dei Mosfe)

32 Funzionameno del conrollo di correne di picco i L * i L CK In presenza di una brusca variazione del riferimeno di correne puó verificarsi una perdia di conrollo

33 Funzionameno del conrollo di correne di picco i L * i L CK Per eviare di perdere il conrollo si chiude l inerruore solo se i L < i L *

34 Conrollo di correne di picco modificao i L * * F/F Q SR CK AR i L DRIVER i o S D L C

35 Conrollo di correne di picco modificao i L * * F/F Q SR CK AR i L DRIVER S D L C i o Il clock viene inibio se i L > i L *

36 Funzionameno del conrollo di correne di picco modificao i * L i L CK impulso soppresso

37 CK Funzionameno del conrollo di correne di picco modificao La i * modifica inrodoa L consene la soppressione degli impulsi i di L clock non necessari ed il manenimeno del conrollo

38 Dinamica del conrollo di correne

39 Dinamica del conrollo di correne Il conrollo di correne migliora la risposa dinamica rispeo al conrollo di ensione

40 Dinamica del conrollo di correne La dimosrazione risula semplice nel caso di piccola ondulazione di i L

41 Dinamica del conrollo di correne Se i L é rascurabile si ha: i L I L I L max sicché il conrollo di correne di picco equivale a quello di correne media

42 Dinamica del conrollo di correne Se i L é rascurabile si ha: i L I L I L max sicché il conrollo di correne di picco equivale a quello di correne media Si può allora sosiuire il converiore conrollao in correne con un generaore di correne impresso ai morsei del filro

43 Dinamica del conrollo di correne Se i L é rascurabile si ha: i L I L I L max sicché il conrollo di correne di picco equivale a quello di correne media i L =i L * L C R Si può allora sosiuire il converiore conrollao in correne con un generaore di correne impresso ai morsei del filro

44 Dinamica del conrollo di correne Se i L é rascurabile si ha: i L I L I L max sicché il conrollo di correne di picco equivale a quello di correne media i L =i L * L C R Si può allora sosiuire il converiore conrollao in correne con un generaore di correne impresso ai morsei del filro u i o L s () s () s R = 1 src

45 Dinamica del conrollo di correne Se i L é rascurabile si ha: i L I L I L max sicché il conrollo di correne di picco equivale a quello di correne media i L =i L * L C R Poiché la dinamica é del primo ordine si oengono bande passani elevae anche con un semplice regolaore PI. Inolre la sabiliá é garania. u i o L s () s () s R = 1 src

46 Dinamica del conrollo di correne i L =i L * PI: L u i o * L s ( s) s ( s) C 1 s τ = k s τ R Poiché la dinamica é del primo ordine si oengono bande passani elevae anche con un semplice regolaore PI. Inolre la sabiliá é garania. u i R 1 src o L s () s () s R = 1 src

47 Dinamica del conrollo di correne Se i L non é rascurabile il sisema si può rappresenare come in figura: i L * i L * i L R REG PCMC Lmax 1 src i Lmax PCMC: Peak Curren Mode Conrol

48 Dinamica del conrollo di correne Se i L non é rascurabile il sisema si può rappresenare come in figura: i L * i L * i L R REG PCMC Lmax 1 src i Lmax L ondulazione di correne i L può considerarsi come un disurbo.. I suoi effei vengono cancellai se il regolaore è opporuno (azione inegrarice)

49 Dinamica del conrollo di correne di picco [V] (Regolaore PI) u * o [ms] [A] 1 i Limiazione L di correne [ms]

50 Dinamica del conrollo di correne di picco [V] (Regolaore PI) u * o 6 La limiazione di correne si oiene limiando i L * [ms] [A] 1 i Limiazione L di correne [ms]

51 Insabiliá saica

52 Insabiliá saica Il conrollo di correne di picco non ha problemi di sabiliá dinamica.

53 Insabiliá saica Il conrollo di correne di picco non ha problemi di sabiliá dinamica. Esso uavia presena una insabiliá saica in CCM per valori di δ > 0.5.

54 Insabiliá saica Il conrollo di correne di picco non ha problemi di sabiliá dinamica. Esso uavia presena una insabiliá saica in CCM per valori di δ > 0.5. i L i L * T S CK Funzionameno ideale

55 Insabiliá saica i L T S i L * CK Funzionameno perurbao (δ < 0.5)

56 Insabiliá saica i L T S i L * CK Funzionameno perurbao (δ < 0.5) Una perurbazione di I Lmin fa variare emporaneamene on, e quindi off, ma viene riassorbia in pochi cicli

57 i L Insabiliá saica i * L T S CK Funzionameno perurbao (δ > 0.5)

58 i L Insabiliá saica i * L T S CK Funzionameno perurbao (δ > 0.5) Una perurbazione di i Lmin si propaga da un ciclo all alro amplificandosi

59 i L Insabiliá saica i * L T S CK Funzionameno perurbao (δ > 0.5) L origine dell amplificazione della perurbazione sa nella minore pendenza di i L nella fase di on rispeo alla fase di off (UiUoUo < Uo). Quesa siuazione si verifica quando Uo/ Ui > 0.5.

60 ε i L on i Lp on Insabiliá saica off ε i L * andameno eorico andameno perurbao ON: I = I I = L L max L min ε U i U L ( ) ( ) o on on

61 ε i L on i Lp on Insabiliá saica off ε i L * andameno eorico andameno perurbao ON: I = I I = L L max L min ε on L ε = U U i U i U L ( ) ( ) o off o = on on on

62 ε i L on i Lp on Insabiliá saica off ε i L * andameno eorico andameno perurbao OFF: I L max U o IL min ε = off L ( I ε ) ( ) on

63 ε i L on i Lp on Insabiliá saica off ε i L * andameno eorico andameno perurbao OFF: U o I L max IL min ε = off L U o U o ε = on = ε L U U ( I ε ) ( ) i o on

64 ε i L on i Lp on Insabiliá saica off ε i L * ε = ε U i U o U o andameno eorico andameno perurbao U o > 05. U ε > ε i

65 i L Insabiliá saica i * L T S CK Funzionameno perurbao (δ > 0.5) Problemi causai dall insabiliá saica Aumeno dell ondulazione di correne

66 i L Insabiliá saica i * L T S CK Funzionameno perurbao (δ > 0.5) Problemi causai dall insabiliá saica Armoniche di correne a frequenza < f S

67 i L Insabiliá saica i * L T S CK Funzionameno perurbao (δ > 0.5) U C I L = 8 f C S Problemi causai dall insabiliá saica Aumeno dell ondulazione della ensione di uscia

68 Eliminazione dell insabiliá saica L insabiliá saica é originaa dal fao che la pendenza di i L durane on é inferiore a quella durane off Soluzione: si aggiunge al segnale di reroazione di correne (i L ) un segnale a rampa (r) in modo da eviare la condizione di insabiliá

69 i L Rampa di compensazione i * L Funzionameno originario

70 i L r R Rampa di compensazione i * L Funzionameno originario Rampa di compensazione

71 i L r i Lr R Rampa di compensazione i * L Funzionameno originario i * Lr Rampa di compensazione i Lr = i L r Funzionameno modificao

72 i L r i Lr R Rampa di compensazione i * L Funzionameno originario i Lr = i L r i * Lr Noa: La pendenza di i Lr, rispeo a quella di i L, cresce durane on e cala durane on off Funzionameno modificao

73 i L r i Lr R Rampa di compensazione i * L Funzionameno originario i Lr = i L r i * Lr Noa: i * * Lr i L perché il conrollo di U o maniene lo sesso δ Funzionameno modificao

74 Ampiezza della rampa

75 Ampiezza della rampa i Lr i * Lr r R i Lr = i L r

76 Ampiezza della rampa i Lr i * Lr r R i Lr = i L r Affinché la perurbazione non si propaghi occorre che: di d Lr on > di d Lr off U i Uo R U > o L T L S R T S

77 Ampiezza della rampa i Lr i * Lr r R i Lr = i L r R > 2 U 2 f o S U L i = Ui f L S δ 1 2 di d Lr on > di d Lr off U i Uo R U > o L T L S R T S

78 Ampiezza della rampa i Lr i * Lr r R i Lr = i L r Per eviare l insabiliá saica in ogni condizione (0 δ 1) occorre scegliere: R > 2 U f i S L = 2 I max L

79 Solleciazioni in correne i Lr i * Lr i Lr = i L r Al riferimeno di correne i L * viene dunque aggiuna una rampa di ampiezza 2 I Lmax

80 Solleciazioni in correne i Lr i * Lr i Lr = i L r Al riferimeno di correne i L * viene dunque aggiuna una rampa di ampiezza 2 I Lmax Ció compora un sovradimensionameno del circuio, poichè i L = i Lr * per δ = 0 (r = 0).

81 Conrollo di correne di picco (versione finale) Q SR i L * AR r CK i L * DRIVER S D L C i o

82 Conrollo di correne media x m AR I i L * AR V * i L DRIVER i o U i S D L C

83 Conclusioni Il conrollo di correne consene di migliorare le presazioni dinamiche del converiore eviando, nel conempo, sovraelongazioni di correne Per quese proprieà,, le ecniche di conrollo di correne sono oggi le piú usae