– Politecnico di Torino –
Corsi di Laurea a Distanza
Elettronica di Potenza (02ATSCM)
Docente : Claudio Sansoè, Tutore : Marco Crepaldi
Crediti : 5, Esame del 22/11/2006, Tempo a disposizione : 2 h
Esercizio 1
Progetto di un convertitore DC/DC Step Down
Quesito 1
Progettare un regolatore switching in modalità CCM (Countinuous Conduction Mode) di tipo
BUCK con le seguenti specifiche:
Tensione di uscita
150 V
Tensione di ingresso
390 – 410 V
Ripple in uscita
1V
Frequenza di switching
50 KHz
Corrente di uscita
0.5 – 3 A
Dimensionare i componenti reattivi riferendosi alla serie di valori normalizzati E12 (si vedano i
valori per decade in appendice); per i condensatori riferirsi ad una tolleranza del 10%. Per il calcolo
del valore della capacità di uscita si tenga conto del ripple sulla tensione di uscita, della corrente di
uscita massima e della frequenza di switching. Per il calcolo della capacità di ingresso si faccia
riferimento al dimensionamento della capacità di uscita di un PFC: il condensatore deve essere
abbastanza grande da reggere variazioni di energia di 220 mJ.
Calcolati i valori, scegliere quali sono i componenti più adatti tra quelli mostrati in tabella 1 e 2,
minimizzando il costo totale del circuito.
Modello
ESR (MAX)
Capacità
Tensione
massima
Corrente RMS
massima
Costo
(Euro)
MC1
200 m
33 uF
500V
2
2
MC2
200 m
10 uF
400V
1
0.5
MC3
10 m
100 uF
200V
5
1.5
MC4
100 m
68 uF
200V
1
1
MC5
1 m
15 uF
150V
0.5
2
1/4
Modello
ESR (MAX)
Capacità
Tensione
massima
Corrente RMS
massima
Costo
(Euro)
MC6
5 m
220 uF
150V
0.5
3
MC7
4 m
0.1 mF
100V
1
5
MC8
0.1 m
1 nF
10V
0.2
0.5
Tabella 1 – Condensatori
Modello
ESR (MAX)
Induttanza
Corrente RMS massima
Costo (Euro)
ML1
1
1 mH
8 Arms
2
ML2
500 m
120 uH
1 Arms
0.5
ML3
2 mH
5 Arms
1
ML4
2.2 mH
4 Arms
1.5
Tabella 2 – Induttori
Quesito 2
Determinare il valore di duty cycle minimo e massimo al quale opera il convertitore se sul diodo
cade una tensione di 1 V in polarizzazione diretta e sull'interruttore cade una tensione massima di 3
V quando è acceso. Che cosa succede rispetto al caso ideale?
Quesito 3
Quanto vale il rendimento se consideriamo soltanto il diodo come fonte di non idealità. Supporre un
tempo di accensione e di spegnimento degli interruttori di 70 ns.
Quesito 4
Calcolare il legame tra la corrente di ingresso e uscita media e le tensioni di ingresso e di uscita
medie del convertitore (mostrando i diagrammi di tensione e corrente in un ciclo) commentando
quanto ottenuto. Come può essere visto un regolatore switching rispetto alla tensione e corrente
continua?
Esercizio 2
MOS con carico induttivo
Si consideri un transistore MOS di potenza IRF830 (International Rectifier, HEXFET) sottoposto
ad un “Unclamped inductive test” con il circuito mostrato in figura 1.
2/4
Figura 1 -Circuito di test
Si suppongano le seguenti condizioni di esecuzione del test:
Tensione di alimentazione
50 V
Corrente in piena conduzione
4.5 A
Temperatura di giunzione
30°C
Induttanza
24 mH
Resistenza in serie al gate
10
Energia massima dissipata per effetto
270 mJ
valanga
Quesito 1
Supponendo di partire con condizioni iniziali di corrente sull'induttore nulle, accendere il generatore
connesso al gate del MOS per il tempo necessario a portare la corrente al valore di piena
conduzione data da specifica. A questo punto spegnere il generatore di ingresso e mostrare il
comportamento di tensione e corrente ai capi del MOSFET.
Quesito 2
Si stimi (mediante calcoli) il valore della tensione di Breakdown tra drain e source del transistore.
Quesito 3
Si calcoli approssimativamente il tempo di accensione del dispositivo facendo riferimento alla
carica necessaria al transistore per potersi accendere (figura 3).
3/4
Figura 3 – Caratteristica tensione gate-source carica di gate
Appendice
Valori per decade serie E12
1.0
1.2
1.5
1.8
2.2
2.7
3.3
3.9
4.7
5.6
6.8
8.2
4/4
