Considerazioni progettuali per un efficiente convertitore DC-DC

Mediante un’accurata selezione della componentistica e della frequenza di switching di un controllore PWM è possibile ottenere alte prestazioni da convertitori DC-DC, specialmente laddove occorrono alte tensioni di polarizzazione di diodi ad effetto valanga (APDs). Infatti, un semplice induttore ed un transistor di commutazione sono sufficienti per realizzare un ottimo efficiente convertitore DC-DC. L’obiettivo di questo articolo è di descrivere come selezionare induttore, frequenza di switching e componentistica accessoria per l’ottenimento della massima efficienza di un convertitore DC-DC.

Introduzione

La caratteristica di generatore di impulsi PWM viene utilizzata in un convertitore boost DC-DC per controllarne la generazione di tensioni molto elevate. Una tipica applicazione è quella di generare un’alta tensione di polarizzazione dei diodi ad effetto valanga APDs. Questo si traduce in una sorta di alimentatore switching per alte tensioni in quanto il convertitore DC-DC deve funzionare in fasi di commutazione ON-OFF. Nella figura 1 viene riportato lo schema teorico di principio di funzionamento del convertitore di tensione modulato da un controllore PWM.

 

Figura 1: schema del convertitore DC-DC controllato dal DS1875

Funzionamento del convertitore boost

In figura 1 viene riportato uno schema di esempio relativamente ad un convertitore DC-DC controllato dal DS185. Il segnale del controllore PWM  viene applicato al FET di commutazione Q1. Durante lo stato di ON dell’impulso, Q1 và in conduzione, la tensione VL si porta 0 V e la tensione VIN si trova applicata ai capi dell’induttore L1. Da questo momento inizia la fase di carica dell’induttore, ovvero inizia a fluire corrente attraverso il FET in conduzione Q1. Essendo la tensione applicata VIN continua, l’andamento della corrente di carica nell’induttore è di tipo lineare. Il diodo D1 è necessario per evitare che il condensatore C2 si scarichi attraverso Q1. In figura 2 si possono osservare le fasi di carica e scarica dell’induttore.

Figura 2: fasi di carica e scarica dell’induttore

Quindi la corrente nell’induttore cresce linearmente durante l’impulso di ON del controllore PWM fino a raggiungere il valore della corrente di picco IPK. Dall’elettrotecnica sappiamo che la corrente in un induttore è data dall equazione:

equaz1_corrente in un induttore

Durante la fase di carica, l’energia immagazzinata nell’induttore è data da:

equaz2_energia immagazzinata nell’induttore

La corrente di picco IPK è la corrente massima nell’induttore alla fine della fase di carica, immediatamente prima del fronte di discesa OFF dell’impulso PWM; la corrente  IPK può essere calcolata mediante la formula:

equaz3_corrente di picco IPK nell’induttore

dove D è il duty cycle e T è il periodo del segnale PWM. Sostituendo poi [...]

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2 Commenti

  1. Maurizio Di Paolo Emilio Maurizio Di Paolo Emilio 5 ottobre 2017
  2. Luca Giuliodori Luca Giuliodori 11 ottobre 2017

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