Corso di Elettronica Industriale. Prof Ing LORENZO CAPINERI

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1 Corso di Elettronica Industriale A.A. 2014/2015 Prof Ing LORENZO CAPINERI Tel lorenzo.capineri AT unifi.it Orario di ricevimento: Martedi 9-11 c/o Dipartimento Ingegneria dell Informazione, stanza 536

2 Cosa e l Elettronica Industriale? E una materia interdisciplinare che richiede diverse competenze relative all ingegneria elettronica: Circuiti analogici Dispositivi Elettronici Controlli automatici Sistemi di gestione della potenza Dispositivi magnetici Macchine elettriche Simulazione numeriche di modelli In quali campi dell elettronica si applicano tali competenze: Consumer Medical Automotive Renwable energy / Energy Harvesting Oil and Gas Industry / Industrial processes Robotics Avionics / Aerospace / Military Vediamo alcuni esempi..in ordine di potenza decrescente

3 Esempio veicolo ibrido diesel elettrico Courtesy by VISEDO

4 L evoluzione dell elettronica industriale nell automobile Car engine with switchable ignition and battery, 1910

5 Elettronica per auto 2010

6 Power management: PC Courtesy of TI 6

7 Power management: PC motherboard Power management areas Large areas are used for power management 7

8 Power management: smartphone Power management areas Large areas are used for power management 8

9 DC-DC converter High Power Density Chip Design CALABRESE Giacomo, CAPINERI Lorenzo et. Al. Integrated high step-down multiphase buck converter with high power density 16th European Conference on Power Electronics and Applications, EPE'14 ECCE Europe, Lappeenranta, Finland from August Converter area: 15 x 10 mm V i V o I o f s V 1.2V optimized, range V 2A (500 ma per phase) 10 MHz optimized, up to 15 MHz 9

10 Top 11 Technologies of the past decade LED bulbs Class D audio amplifier

11 Elettronica per protesi impiantabili bion : A Battery Powered Microstimulator System for the Treatment of Urge Urinary Incontinence, M. Haller Ph.D. Advanced Bionics Corporation, Santa Clarita, CA Battery Charger Calibration Voltage Generation Stimulation Test Radio 10 mm System on a chip electronics: Using high voltage BiCMOS technology, integrated analog, digital and RF circuits using the same chip with minimal off-chip components

12 Sistemi Robotici Radar Object Scanner Elettronica di controllo per motori, acquisizione e trasmissione dati Alimentazione Primaria a batteria Alimentazione stabilizzata per radar olografico Radar Object Scanner:

13 Distributed Power Architecture (DPA)

14 Componenti e dispositivi per Power Management

15 Obiettivi del corso Conoscenza dei dispositivi passivi e a semiconduttore per applicazioni nei circuiti elettronici di potenza. Conoscenza delle caratteristiche principali dei circuiti elettronici di alimentazione in continua e di controllo della potenza su un carico. Problemi relativi ai disturbi e circuiti per la loro soppressione. Il corso comprende delle esperienze di laboratorio attraverso il progetto (teorico e simulato con programmi CAD elettronico), la realizzazione e la caratterizzazione del funzionamento di circuiti elettronici per la gestione della potenza. Nessuno. Prerequisiti necessari

16 Programma del corso Potenza > kw Interruttori allo stato solido: dispositivi a quattro strati (SCR, TRIAC, DIAC, IGBT, GTO, MCT) Sistemi di controllo della potenza mediante dispositivi a quattro strati Potenza < kw Mosfet di Potenza. Configurazione a ponte. Amplificatori di potenza in Classe D Controllo con PWM per applicazioni di potenza ( Motori, LED, Alimentatori a commutazione) Introduzione agli alimentatori a commutazione e lineari. Componenti reali Induttori e Condensatori. Alimentatori in continua a commutazione (convertitori DC/DC, flyback, forward) Alimentatori in continua con regolatori lineari a dissipazione, dispositivi integrati, regolatori a bassa caduta di tensione (LDO) Protezioni negli alimentatori. Filtri per armoniche e soppressori dei disturbi di rete, schermi Utilizzo dei microcontrollori avanzati nell elettronica industriale

17 Libri di testo Electronic circuits: design and applications, U. Tietze, C. Schenk, E. Schmid, 2 nd edition Principles of Power Electronics, Kassakian John G Fundamentals of Power Electronics, R. W. Erickson,D. Maksimovic, 2 nd edition Materiale didattico Modalità di verifica dell'apprendimento E prevista la frequenza alle esercitazioni di laboratorio. Le relazioni scritte delle esperienze di laboratorio, da consegnare entro 7 gg dopo l esercitazione per una discussione plenaria con tutti i gruppi. Prova orale finale sulle esercitazioni e su una domanda di teoria.

18 Teaching Assistants Ing Andrea Bulletti (Scholarship Holder) Ing Pietro Giannelli (PhD student) Sig Marco Calzolai (Senior Technician) Prof Antonio Chini (Collaborator) Andrea Giombetti (Technician) Reference person for laboratory units : Andrea Giombetti giombetti AT unifi.it Tel More info :

19 Calendario Esercitazioni di Elettronica Industriale II Periodo dal 03/03-13/06- A.A Eserc.# Data Oggetto esercitazione Assistenti Tipologia 1 18/3/15 Controllore di potenza di un carico resistivo con OPTO-TRIAC Giombetti/ Bulletti Realizzazione circuito e misure 2 31/3/15 Misura dei parametri di stabilizzazione di regolatori di tensione lineari, a componenti discreti e integrati, caratterizzazione con sistema automatico di misura con carico elettronico Calzolai/C hini/giann elli/giomb etti Misure 3 15/4/15 Simulazione modulatore PWM per DC - DC converter Capineri Simulazione con programma CAD «TINA» 4 16/4/15 Seminario Prof. Aleks Prodic, University of Toronto, Canada Prodic Seminario 5 22/4/15 Progetto Termico Capineri Teoria/ Simulazione 6 28/4/15 Conv. DC/DC su scheda Texas Instruments PMKL caratterizzazione con sistema automatico di misura con carico elettronico Giannelli/ Calzolai/G iombetti Misure 7 6/5/15 Convertitore Boost sincrono Giannelli Seminario/Simula zione 8 12/5/15 Amplificatori in classe D Capineri/ Calzolai/G iombetti 9 26/5/15 Introduzione ai Microcontrollori e loro applicazioni. Esercitazione Microcontrollori Giardina Teoria + Misure Realizzazione circuito e firmware