Facoltà di Ingegneria
Corso di laurea in ing. Elettronica
Sistemi a microprocessore LS
Alimentazione di schede
elettroniche
Presentazione di:
CHRISTIAN CONFICONI
Chiar.mo Prof. Bruno Riccò
Organizzazione del lavoro
Introduzione al problema
Classificazione Convertitori DC/DC
Esempi applicazioni alimentate a
batteria
Esempi applicazioni alimentate da rete
Conclusioni
ALIMENTAZIONE
Un Buon alimentatore deve garantire
Alto rendimento Bassa distorsione in uscita Isolamento elettrico
•Buon sfruttamento sorgente
•Poca dissipazione in calore
•Stabilizzazione
•Filtraggio
•Sicurezza
•Minor rischio
interferenze EM
Convertitori DC/DC
Blocchi fondamentali per la regolazione e la stabilizzazione
della tensione sia per quel che riguarda sorgenti a batteria, che per
la regolazione di tensione parzialmente raddrizzata a partire da
quella di rete.
Si dividono in due grandi classi
Regolatori lineari
•Componenti attivi operanti in regione lineare
Vantaggi
•Caduta
di tensione su un elemento resistivo
•Semplicità,
costo, ingombro
•Sorgente
sempre connessa
al carico
•Minimizzazione distorsione
Svantaggi
•Scarso rendimento
•Grande dissipazione in calore
•Adatti solo a basse potenze
Convertitori tipo switching
•Componenti
Vantaggiattivi usati come switch
•Regolazione
variando
il duty cycle
•Rendimento
elevato
•Sorgente
ciclicamente connessa al
•Facile isolamento
carico
•Possibilità di avere
Vout>Vin
Svantaggi
•Complessità del controllo
•Più costosi
•Minor larghezza di banda
Convertitori Switching
Struttura base
Interruttore
Diodo
Induttore
Filtro uscita
Induttore elemento chiave, oltre
a limitare le correnti di picco, cede energia
Topologie
se connesso all’uscita, si carica se
Buck connesso all’ingresso.
Boost Valor medio uscita proporzionale
Flybackall’ingresso, controllabile agendo su
Ton, Toff interruttore
Flyback garantisce isolamento, il
trasformatore è un componente critico
Controllo delle commutazioni
Modulatore PWM
Calcolo errore
Confronto errore con oscillatore a rampa
Uscita comparatore pilota il gate dell’interruttore
Al variare di Verror varia la larghezza degli impulsi quindi il duty cycle
Applicazioni alimentate a batteria
Per schede alimentate da batteria le priorità sono:
Stabilità della tensione regolata
Minimo ingombro
Garanzia longevità batteria
Scelte possibili
Regolatori di tensione lineari
Convertitori switching senza
isolamento
Sistemi di
power management
Utilizzati per applicazioni a basso
costo, ottimizzazione distorsione e
ingombro ma vita batteria più breve
Ottimizzazione perdite di potenza
e vita batteria, lo switch degli interruttori
genera più distorsione in uscita.
Soluzioni di alto livello, integrano
entrambi i tipi di convertitori,
alte prestazioni ma costi e complessità
maggiori.
Doppio regolatore lineare MAX8865
Schema a blocchi Circuito applicativo di base
Ciascun regolatore è
composto da:
•Comparatore
•Amplificatore errore
•Driver per mos
•Mosfet a canale p
•Partitore interno
Funzionamento
Caratteristiche
•Tensione in ingresso da 2.5 a 5.5V
•Valore uscita programmabile
•Minimo rumore in uscita (350uV)
•Circuiti di protezione
•Dimensioni package 5x3x0.8mm
Il riferimento è confrontato con l’uscita
ripartita sul partitore o con il valore
Imposto al pin SET, in base all’errore
Il driverApplicazioni
pilota il gate del transistore p.
•Telefonia mobile
Protezione
•Schede PCMCIA
•Logica di spegnimento gestita dai pin
•Strumentazione portabile
SHDN.
•Sensore termico, invia segnale alla
logica se T>170°C
• Protezione da montaggio batteria errato
Convertitore di tipo switching MAX8506
Convertitore in discesa ottimizzato per impieghi portatili, garantisce grande
efficienza e dimensioni ridotte
Schema a blocchi
Caratteristiche
Applicazioni
•Modem wireless
•Schede per palmari
•Ingresso da 2.6 a 5.5V
•Uscita regolabile da 0.4 a 3.4V
•Frequenza di commutazione 1MHz
•Mosfet al posto del diodo per migliorare
il rendimento
•Regolazione tramite segnale analogico
•Possibilità di ridurre frequenza di
switching per ridurre la dissipazione
•Possibile bypass del convertitore
•Protezione da sovracorrenti
•Dimensioni Package 4X4X0.8mm
Sistema di Power management
MAX8620
Integrato nato
per la gestione dell’
buck
ApplicazioniCaratteristiche
alimentazione
dispositivi portabili,
•Controllo
PWM condicomparatore
comprende:
a isteresi
•Un convertitore
buck 4MHz
•Frequenza
commutazione
•Dueinteruttore
regolatori lineari
•Secondo
mos al posto del
diodo•Logica di controllo
•Valore uscita da 0.6 a 3.3V selezionabile
con partitore
esterno
Power managment
per DSP
•PDAs
•LAN
•DSP
Caratteristiche LDO
Schema a blocchi
•Uscita programmabile da 1.8 a 3.3V
•45uV di distorsione in uscita
•Corrente in uscita di 300mA
Logica di controllo
•PWR_On pin di on/off
•EN per abilitare regolatori
•HF_PWR abilitazione temporanea
•Reset se out1 scende sotto 87%
Applicazioni alimentate dalla rete
Se la scheda è alimentata dalla rete, il primo blocco di conversione
è sempre realizzato da un trasformatore e un ponte di diodi, poi si
effettua una regolazione più fine
Vin
Trasformatore,
Ponte di diodi
Blocco di
stabilizzazione
Vout
Scelte possibili
Filtraggio con componenti
passivi
Operazione costosa, si deve filtrare alla
frequenza di rete, grandi dimensioni
componenti passivi.
.
Spesso non conveniente
Utilizzo convertitori DC/DC
La scelta cade sulla tipologia
switching, poiché le potenze
in gioco sono più elevate,
spesso va anche garantito
isolamento
Topologie flyback o forward
Convertitore forward
Topologia alternativa al flyback per conversione DC/DC con isolamento,
preferibile per medie potenze
Trasferimento energia in uscita quando il transistore è acceso
Funzionamento standard di tipo discontinuo
Avvolgimento di reset per recupero energia del nucleo
Integrati per il controllo di convertitori con isolamento
Circuito forward
Max5074: Schema semplificato
Circuito flyback
Schema a blocchi
Caratteristiche
•Adatto sia per flyback che per forward
•Range tensione in ingresso 11-76V
•Rendimento>90%
Vantaggi
• Frequenza
di commutazione
più robusto,
nei confronti 500KHz,
anche
programmabile
di guasti
o saturazione trasformatore,
•Accensione
dolce per
evitare picchi di
Miglior reiezione
ai disturbi
tensione in uscita
•Logica di protezione contro
sovracorrenti e surriscaldamento
Vantaggi
Applicazioni
utilizzato
per basse potenze,
•Schede
perinduttore
linee ADSL
non
richiede
esterno,
•Sistemi
di telecomunicazione
più
facile progetto
schemi a più
uscite
Integrati per il controllo di convertitori con isolamento
NCP1000 Schema a blocchi
Caratteristiche
•Tensione in ingresso fino 240V
•Frequenza di oscillazione 100KHz
•Feedback
in tensione grazie
Esempio convertitore
AC/DCa
fotoaccoppiatore
•Circuito interno di accensione
•Sfruttamento avvolgimento ausiliario per
alimentare i circuiti di conversione
•Logica di protezione da surriscaldamento
spegnimento se T>140°C
•Sistema UVLO
Schema circuitale dettagliato
Applicazioni
Integrato pensato per topologia
flyback, alimentazione a basso
costo per schede in ambito consumer
Conclusioni
Problema alimentazione non banale bisogna soddisfare:
Specifiche comuni alle diverse applicazioni
Priorità particolari dipendenti dall’impiego della scheda
Si sono considerati schemi per basse
o medie potenze
I convertitori a commutazione stanno erodendo il campo
di quelli lineari
Circuiti complessi, includono sempre più
logica aggiuntiva di controllo e protezione
