Dimensionamento e simulazione di un convertitore STEP-DOWN

Esercitazione di Elettronica di Potenza
Prof. G.Busatto - A.A. 2013/2014
Dimensionamento di un Convertitore DC/DC Step-Down
Specifiche del convertitore
Si vuole realizzare un regolatore di tensione con una tensione di uscita
Vo=10V.
La tensione di ingresso Vd può cambiare tra Vdmin=15V e Vdmax=28V.
Il carico può cambiare tra Iomin=0.1A (Rmax=100) e Iomax=1A (Rmin=10).
Il ripple sulla tensione di uscita deve essere (Vo/Vo)max=1%.
Determinare L e C in modo da soddisfare le specifiche di cui sopra.
Supporre il diodo ideale e scegliere una frequenza di commutazione
fs=100kHz.
N.B. Nella scelta di L e C ricordarsi che il fattore di ondulazione può essere
calcolato come:
2
f 
ΔV
o  π 1  D  c 
f 
V
2
o
 s
dove:
1
,
f 
c 2π LC
2
fs è la frequenza di commutazione
cycle.
Per scegliere il valore dell’induttanza imporre:
ΔI L  ( 1  D )  Ts 
e
V
D è il duty-
D ,On
 Vo
L

 0,2A
Esercitazione di Elettronica di Potenza
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Simulazione SPICE del Convertitore Step-Down
Impiegando i valori calcolati nella prima parte disegnare il convertitore Step-Down così
come indicato nello schema elettrico della figura seguente.
Suggerimenti:
1) Utilizzare un interruttore controllato in tensione il cui nome comincia con S.
Utilizzare nel modello: Ron=0.2, Roff=1e6, Von=10V Voff=0;
2) Per controllare l’interruttore impiegare un generatore di tensione impulsivo su cui
inserire una resistenza Rcont per evitare un loop di tensione. Come parametri usare
AC=0, DC=0, V1=0V, V2=10V, Td=100ns, Tr=Ts=20nS. Per PW e PER vanno usati
valori corrispondenti al duty cycle e alla frequenza di commutazione;
3) Utilizzare un diodo Dbreak con Rs=0.1 e gli altri parametri di default
1) Verificare che la specifica sul fattore di ondulazione sia rispettata in tutte le
condizioni operative. (Nota che il duty cycle deve essere scelto sempre in modo da
avere 10 V in uscita. Per fissare il duty cycle si deve scegliere il valore appropriato
di PW tra i parametri del generatore di impulsi).
2) Verificare la specifica sul IL sia rispettata in tutte le condizioni operative.
3) Osservare le forme d’onda della corrente nell’induttore e della tensione sul
condensatore nei due casi: RL=10  ed RL=100 Commentare i risultati.
4) Ripetere i calcoli di cui alla prima parte imponendo come fattore di ondulazione
sulla tensione (Vo/Vo)max=0,1%.
5) Ripetere i punti 1), 2) e 3) per il nuovo caso. Commentare i risultati.