Facolà dell Informazione Conenui di queso gruppo Modulo Eleronica per l informaica B1 Gesione e conversione dell energia» Tipi e parameri di converiori» Richiami su componeni aivi» Alimenaori AC-DC» Baerie» (rev 26/04/2008 16.47) Conversione dell energia» meodi di conversione, ipi di conversioni e schemi Alimenaori lineari» componenisica e ecnologie» riferimeni di ensione, regolaori e filri Alimenaori a commuazione» ecniche PWM, opologie buck e boos» accumulaori e caricabaerie Piloaggio di carichi» ecniche di piloaggio, auaori, carichi induivi Gesione della poenza» Sisemi low-power, oimizzazione poenza/presazioni 28/04/2008-1 ELINF - B1-2008 DDC 28/04/2008-2 ELINF - B1-2008 DDC Indice di quesa lezione (B1) A cosa serve un converiore Conversione dell energia Classificazione e parameri dei converiori Richiami sui componeni aivi Diodi Transisori bipolari Transisori MOS Alimenaori lineari Sruura e parameri Moduli: proezione, conversione AC-DC, filro Baerie Parameri e classificazione Meodi di carica Un converiore di energia è un disposiivo in grado di assorbire energia da una o più foni nella forma in cui sono in grado di fornirla ed erogarla ad uno o più uilizzaori nella forma in cui quesi sono in grado di assorbirla Converiore di Energia 28/04/2008-3 ELINF - B1-2008 DDC 28/04/2008-4 ELINF - B1-2008 DDC Converiori di energia elerica Parameri di un converiore Energia elerica: due forme differeni AC (Alernae Curren) Sorgene alernaa (ensione sinusoidale)» Alernaori» Ree DC (Direc Curren) Sorgene coninua (ensione cosane)» Baerie, Fuel-cell,» Celle solari,» Alimenaori DC Converiore di energia elerica: rasforma una forma di energia nell alra, o nella sessa con alri parameri Minime perdie nel processo nel processo di conversione Grandezze di ingresso Tensione Correne Frequenza (forma d onda) Grandezze di uscia Tensione Correne Frequenza Forma d onda)» Componeni DC e AC 28/04/2008-5 ELINF - B1-2008 DDC 28/04/2008-6 ELINF - B1-2008 DDC Page 1 2008 DDC 1
Rendimeno di un converiore Conversione AC-DC Ogni converiore di energia è caraerizzao da un paramero fondamenale: il rendimeno della conversione η P η = η < 1 PIN SEMPRE! Più alo è il rendimeno energeico, migliore sarà il converiore, a pari condizioni di funzionameno L energia elerica viene disribuia e fornia all uenza finale soo forma di ensione sinusoidale Gamma di ensione» Da 90Vac (Giappone) a 265Vac (Ausralia) Gamma di frequenze» Da 47Hz (Europa) a 63Hz (USA) 440Hz su aerei La maggior pare dei circuii eleronici deve essere alimenaa con una o più ensioni coninue È necessario un converiore AC DC 28/04/2008-7 ELINF - B1-2008 DDC 28/04/2008-8 ELINF - B1-2008 DDC Converiori AC-DC Circuii raddrizzaori Converiori di ensione AC-DC Circuii eleronici che ricevono una ensione alernaa e forniscono una ensione coninua Queso genere di circuii può essere anche molo complesso, ma generalmene lo sadio di ingresso coniene un raddrizzaore di ensione Alri moduli di filro, regolazione, conrollo, Circuii eleronici che ricevono una ensione alernaa bipolare e forniscono una ensione unipolare (pulsane) Due ipi di raddrizzaori: Raddrizzaore a singola semionda» Lascia passare ensioni/correni di un deerminao segno» Blocca ensioni/correni di segno opposo Raddrizzaore a doppia semionda» Lascia passare ensioni/correni di un deerminao segno» Invere (e fa passre) ensioni/correni di segno opposo» Uilizza l energia di enrambe le semionde 28/04/2008-9 ELINF - B1-2008 DDC 28/04/2008-10 ELINF - B1-2008 DDC Raddrizzaore a singola semionda Raddrizzaore a S.S. filrao = I ou La correne può essere solo posiiva C f + I ou τ = C f I ou 28/04/2008-11 ELINF - B1-2008 DDC 28/04/2008-12 ELINF - B1-2008 DDC Page 2 2008 DDC 2
Raddrizzaore a doppia semionda Raddrizzaore a doppia semionda I ou Una seconda coppia di diodi permee circolazione di correne anche quando Vin è negaiva Un diodo in serie non modifica il raddrizzaore I i n V ou I ou 28/04/2008-13 ELINF - B1-2008 DDC 28/04/2008-14 ELINF - B1-2008 DDC Raddrizzaore a DS filrao Regolaori di ensione C f + I ou Regolaori di ensione Circuii eleronici che ricevono all ingresso una ensione coninua e forniscono una o più ensioni coninue con buona qualià Valore noo, sabile, indipendene dal carico, no AC V ou I ou La frequenza del disurbo raddoppia, e l ondulazione diminuisce Valore noo» Definio in sede di progeo Valore sabile al variare di» Correne nel carico» Tensione di ingresso» Parameri ambienali 28/04/2008-15 ELINF - B1-2008 DDC 28/04/2008-16 ELINF - B1-2008 DDC Tipi di regolaori Regolaori parallelo Due ipi di regolaori Regolaori serie» Elemeno variabile in serie al carico Regolaori parallelo» Elemeno variabile in parallelo al carico Due soluzioni circuiali Regolaori Lineari o Dissipaivi» Sandard, LDO (Low Drop Ou) Regolaori a Commuazione» A onda quadra» Risonani» A capacià commuae Parizione di correne ra regolaore e carico Assorbimeno oale carico+regolaore cosane Molo semplici» Due soli erminali Basso rendimeno» Usabili per poenze limiae Correne assorbia cosane» Proezione da alcuni ipi di deprogeazione E possibile idenificare la sruura di un circuio o le chiavi di proezione dalle variazioni di correne assorbia Le variazioni di correne sono rilevabili come inerferenza eleromagneica (EMI) Usai in casi paricolari (correni minime, smar-card) 28/04/2008-17 ELINF - B1-2008 DDC 28/04/2008-18 ELINF - B1-2008 DDC Page 3 2008 DDC 3
Regolaori serie Regolaori lineari Parizione di ensione ra regolaore e carico Il regolaore è l elemeno superiore (variabile) Media complessià, buona versailià» Ameno re erminali» Permee conrollo della correne nel carico Rendimeno variabile» Legao alla parizione» Usabili per poenze medio-basse Correne assorbia variabile» Carico speno, assorbimeno quasi nullo Usai nella maggior pare dei sisemi di alimenazione Ricevono all ingresso una ensione coninua Forniscono all uscia una ensione coninua Sempre di valore inferiore a quello di ingresso Dei anche a cadua o dissipaivi In funzione della opologia e delle consegueni presazioni si classificano in» Sandard» LDO (Low Drop Ou) 28/04/2008-19 ELINF - B1-2008 DDC 28/04/2008-20 ELINF - B1-2008 DDC Regolaori di ensione lineari Regolaori a commuazione Si comporano come una resisenza variabile in serie alla sorgene di energia Al loro inerno possiedono un sisema di conrollo in grado di variare quesa resisenza equivalene per manenere cosane la ensione di uscia al variare delle condizioni di carico + I leak REG V drop I ou Ricevono all ingresso una ensione coninua Forniscono all uscia una ensione coninua Può essere di valore inferiore o superiore a quello di ingresso Diverse opologie e caraerisiche Regolaori ad onda quadra Regolaori risonani Regolaori a capacià commuae Rendimeno in generale molo elevao (prossimo a 1) Non legao al salo di ensione ingresso-uscia Vdrop 28/04/2008-21 ELINF - B1-2008 DDC 28/04/2008-22 ELINF - B1-2008 DDC Conversione DC-DC Conversione DC-DC Regolaori di ensione a commuazione Regolaori di ensione a commuazione I regolaori ad onda quadra sono quelli più usai, sia nelle opologie sandard che derivae Diamo una definizione: Duy-Cycle» Buck - Vou < Vin» Boos - Vou > Vin» Buck-Boos - Polarià inveria T D = ON T ON T OFF TSW T SW 28/04/2008-23 ELINF - B1-2008 DDC 28/04/2008-24 ELINF - B1-2008 DDC Page 4 2008 DDC 4
Regolaori risonani Converiori a capacià commuae Regolaori ad onda quadra perdie dovue alle commuazioni degli elemeni aivi del circuio, passando da ON (V=0, I 0) a OFF (I=0, V 0) Ogni ransizione dissipa una cera quanià di poenza, in quano per un breve isane si ha I 0 e V 0 Regolaori risonani Sfruano elemeni reaivi (L e C) anche parassii, per effeuare delle commuazioni con andameno sinusoidale Rendimeno molo elevao Ala densià di poenza Adai per poenze elevae o dimensioni ridoe (alim lapop) Non necessiano di componeni magneici, solo condensaori rendimeno non elevao Possono regolare, innalzare o inverire la polarià della ensione di ingresso Uili per circuii di bassa poenza Inerfacce RS232, Uili quando non è possibile usare rasformaori o L Enro circuii inegrai (pompe di carica)» piloaggio MOS» programmazione flash 28/04/2008-25 ELINF - B1-2008 DDC 28/04/2008-26 ELINF - B1-2008 DDC Conversione DC-AC Conversione DC-AC Inveriori di ensione (Inverer) ricevono una ensione coninua e forniscono una o più ensioni alernae Tensione/frequenza fisse disposiivi a ensione di ree alimenai da una baeria Tensione e frequenza variabile: moori elerici alimenai in AC» Variazione di velocia» Conrollo di coppia Inveriori di ensione (Inverer) cella base +V D 1-D DC D 1-D GND V = D V DC Se si calcola la ensione media V = D V + ( 1 D) 0 DC Si oiene che 28/04/2008-27 ELINF - B1-2008 DDC 28/04/2008-28 ELINF - B1-2008 DDC Cella base di inverer Inverer monofase +V DC GND () D 1-D Il duy cycle D varia a ogni ciclo per oenere un valor medio di di forma sinusoidale. Cella base: generaore unipolare; D varia ra 0 e 1, è compresa ra 0 e V DC V () = D() VDC E possibile oenere dei generaori di ensione bipolari monofase e rifase, piloando opporunamene gli inerruori di ciascuna cella base +V DC AC AC GND 28/04/2008-29 ELINF - B1-2008 DDC 28/04/2008-30 ELINF - B1-2008 DDC Page 5 2008 DDC 5
Verifica lezione B1 Quali sono i vari ipi di converiori di energia elerica, e i loro parameri? Quale è la differenza ra regolaori lineari e a commuazione? Tracciare la caraerisica V(i) di un diodo e indicare i parameripiù significaivi Tracciare i circuii equivaleni di ransisori MOS e BJT, per funazionameno in commuazione e in zona aiva. Quali elemeni circuiali deerminano l ampiezza del ripple di uscia in un alimenaore converiore AC-DC? Quali sono i parameri di una baeria? Elencare i ipi più comuni di baerie secondarie e le caraerisiche principali. Quali ipologie di converiori DC-DC esisono normalmene in commercio? Cosa sono e ove si usano gli inverer? 28/04/2008-31 ELINF - B1-2008 DDC Page 6 2008 DDC 6