Benvenuti a un nuovo appuntamento con la Rubrica Firmware Reload di Elettronica Open Source. Vicor Corporation arricchisce la gamma di regolatori Buck ZVS Picor Cool-Power con un nuovo dispositivo ottimizzato a 12 V.
Introduzione
I PI1634XX e PI33XX sono dispositivi disponibili nella tecnologia System-In-Package (SIP) ad alta densità (10 mm x 14 mm x 2.6 mm) e costruiti secondo una topologia ZVS ad alte prestazioni che consentono di ridurre le perdite di commutazione normalmente associate alla conversione DC-DC con regolatori buck hard-switching: un minimo di componenti esterni aggiuntivi sono sufficienti per ottenere un convertitore DC-DC completo operante in modalità switching con un’efficienza superiore al 95% nelle conversioni da 12 V a 5 V con correnti fino a 15 A.
Figura 1: Diagramma del convertitore e alcuni suoi pin
CARATTERISTICHE PRINCIPALI
La Figura 2 mostra alcune curve relative ai dispositivi PI34XX, ottimizzati per una tensione d’ingresso di 12 V: rivelano un’efficienza compresa tra il 90% e il 95% ( e superiore nel caso già ricordato) in corrispondenza di alcuni valori della tensione d’uscita compresi tra 1 V e 5 V e valori dell’intensità di corrente fino a 15 A. L’esigenza di ridurre le perdite di commutazione è molto sentita dalle case di produzione, che cercano di trovare soluzioni e migliorie legate a problemi di dissipazione o al funzionamento non lineare provocato da fattori di origine termica: ciò comporta lo studio della tecnica di switching e la sua innovazione. Ridurre le perdite di commutazione permette di costruire regolatori che funzionano a frequenze più elevate, con un maggior rapporto VIN/VOUT e con una maggiore efficienza, densità di integrazione e praticità d’uso.
Figura 2: Curve di efficienza dei dispositivi PI34XX
TECNICA DI SWITCHING
La Figura 3 mostra i diagrammi di un convertitore tradizionale che non si avvale della topologia ZVS (Conventional Buck): durante l’accensione e lo spegnimento dei Mosfet si producono su di essi dei picchi di tensione e corrente, come si può vedere in Figura 3; inoltre, l’effetto Miller causa dissipazione di corrente nel gate e i diodi provocano correnti inverse e picchi di tensione; l’effetto di induttanze parassite contribuisce a far oscillare la tensione di alimentazione dell’induttanza VS; una maggiore tensione d’ingresso e frequenze di commutazione maggiori aumentano le dissipazioni di questi componenti.
Figura 3: Diagrammi del convertitore ZVS e di uno tradizionale
La tecnologia ZVS contribuisce ad eliminare le oscillazioni della tensione VS come si mostra in Figura 4 ed a diminuire le dissipazioni.
Figura 4: Andamenti dei segnali di tensione e corrente presenti in alcuni punti dei diagrammi
MODI D’USO E INTERFACCIA I2C
I dispositivi PI33XX e i PI34XX sono caratterizzati da flessibilità d’impiego e possono essere usati in progetti che prevedono un funzionamento in parallelo: è possibile dotare i dispositivi di un’interfaccia I2C per controllare tramite software le frequenze di funzionamento e monitorare valori di tensione e corrente: vedi le Figura 5 e 6.
Figura 5
Figura 6: Uso di più dispositivi e interfaccia di comunicazione I2C
CONCLUSIONI
Le sempre più pressanti richieste dell’industria elettronica riguardano la maggiore efficienza, integrazione, praticità e flessibilità d’impiego. Queste caratteristiche si trovano nei dispositivi PI33XX e PI34XX, regolatori Buck ZVS Picor Cool-Power di Vicor Corporation, che forniscono una risposta adeguata al problema. La topologia ZVS si rivela efficace nell’eliminare alcuni inconvenienti della tecnica di switching; la gamma non si riduce ai dispositivi trattati nell’articolo ed è in continua evoluzione.
