Specifiche degli alimentatori

Elettronica di potenza
Specifiche degli alimentatori
Elettronica di potenza
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Alimentatori
Specifiche degli alimentatori
Struttura di un alimentatore da rete
Esempi di progetto di alimentatori
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Elettronica di potenza
Specifiche degli alimentatori
Introduzione
Gli alimentatori sono apparati che trasformano
l’energia elettrica proveniente da una sorgente
(rete di distribuzione dell’energia elettrica,
batteria), nel formato richiesto da un utilizzatore
Compiti dell’unità sono:
Descrivere le specifiche e le normative che
caratterizzano un alimentatore
Studiare la struttura tipica di un alimentatore da
rete
Verificare, mediante esempi, i vantaggi e gli
svantaggi delle diverse strutture esaminate
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Alimentatori
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Elettronica di potenza
Specifiche degli alimentatori
Specifiche degli alimentatori
Specifiche elettriche
Tensioni e correnti d’ingresso/uscita
Potenza, protezioni
Altre specifiche: ambientali, meccaniche, di
affidabilità e sicurezza
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Introduzione
Nel progetto di alimentatori occorre tenere conto
di diversi tipi di specifiche:
Elettriche
EMC
Ambientali
Meccaniche
Affidabilità
Sicurezza
Design for production
Aderenza a normative
Qualità
Documentazione
COSTO!
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Elettronica di potenza
Specifiche degli alimentatori
Specifiche degli alimentatori
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Principali specifiche elettriche
Tensione e corrente d’ingresso: Vi , Ii (Pi )
Tensioni e correnti d’uscita: Vu, Iu (Pu)
Eventuali uscite multiple
Stabilità e precisione di Vu
Quadranti di lavoro
Impedenza d’uscita: Zu
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Elettronica di potenza
Specifiche degli alimentatori
Tensione di ingresso
Tensione di ingresso
Valore nominale e intervallo
Variazioni (rumore e ripple)
Frequenza (in caso di AC)
Transitori (sag, brown out, microinterruzioni)
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Tensione di ingresso
Esempio: per un alimentatore universale da rete
Tensione efficace fra 90V e 265V
Frequenza fra 47 Hz e 63 Hz
Esempio: per un alimentatore automobilistico
Tensione fra 6V e 18V con picchi al di fuori di
questi valori
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Tensioni di uscita
Tensioni di uscita
Precisione
Stabilità
Regolazione di carico e impedenza di uscita
Regolazione di linea e suscettibilità audio
Crossregolazione
Temperatura
Invecchiamento
Rumore e ripple (PARD: periodic and random
deviation)
Valori rms, medi, picco
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Regolazione di carico
Due modi di misurare la variazione di Vu al
variare di Iu:
Differenziale:
(∂Vu / ∂Iu)|Iu=ru (impedenza d’uscita)
È una curva funzione di Iu
Per ampio segnale:
∆Vu /∆Iu= Regolazione di carico
La regolazione di carico specifica la variazione di Vu
per una variazione di Iu da IuMIN a IuMAX (Vu a vuoto;
Vu a pieno carico) o per una percentuale di tali valori
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Regolazione di linea
Consideriamo la variazione di Vu al variare di Vi :
Differenziale:
∂Vu / ∂Vi = Suscettibilità audio
Per ampio segnale:
∆Vu /∆Vi = Regolazione di linea
La regolazione di linea specifica le variazioni della
tensione di uscita entro il campo di variabilità della
tensione di rete (o comunque di ingresso)
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Altre sorgenti di variazione di Vu
Stabilità in temperatura:
∂Vu /∂T (ppm/°C)
Invecchiamento:
variazione di Vu nel tempo, a volte indicata in
mV/mese, oppure in mV/(mese)1/2 (fenomeno
statistico)
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Tensioni di uscita
Caratteristiche dinamiche
Scostamento della tensione in seguito a uno
stimolo
Tempo di recupero, per avere la tensione di nuovo
entro una fascia prefissata
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Comportamento dinamico
Comportamento
dinamico:
analisi in transitorio
Es: variazione
carico. Come cambia
Vu ?
Vu
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Comportamento dinamico
Comportamento diverso in transitorio
Legato alla dinamica del dispositivo
Si considerano gli elementi reattivi
Poli e zeri della funzione di trasferimento
Stabilità dell’uscita nei transitori
Vu
?
∆ Vu
t
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Tensioni d’uscita
Altre caratteristiche
Campo di regolazione e taratura
Hold up time: per quanto tempo si garantisce
l’uscita in seguito a mancanza di energia
all’ingresso
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Corrente di uscita
Corrente di uscita
Valore minimo (spesso 0 A, ma non sempre)
Valore massimo
Continuo
Picco
Variazioni di carico (di /dt )
Comportamento in caso di cortocircuito
Tipo di carico accettabile (capacitivo, induttivo...)
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Altre caratteristiche elettriche: potenza
Consideriamo la potenza:
Pu<Pi in ogni caso
Efficienza: η =Pu /Pi <1
Potenza dissipata
(normalmente in calore):
Pd =Pi -Pu
Si cerca di
Pi
Pu
avere η alta:
L’energia costa!
Il calore è un problema!
Sistemi a batteria:
aumenta l’autonomia
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Transitorio di corrente
A regime, se Pu costante: Pi =Pu /η = costante
Supponendo Vi ≈ costante, anche Ii ≈ costante
All’accensione invece può esserci un transitorio in
cui Ii è molto più alta:
INRUSH CURRENT
Parametro importante per sistemi di grande
potenza o con autonomia limitata
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Protezioni
L’alimentatore non deve danneggiare il sistema in
cui è inserito. Ci devono essere protezioni su:
Carico. Non deve essere danneggiato da
sovratensioni d’uscita: circuito separato che
controlla Vu e stacca il circuito in caso di anomalie.
Sorgente. Se l’alimentatore richiede troppa
corrente si deve interrompere l’erogazione
dell’energia.
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Protezioni
Alimentatore. Deve proteggersi da richieste fuori
specifica da parte del carico (es cortocircuito) o da
tensioni fuori range sull’ingresso e da
surriscaldamento.
Specifiche di fail safe e di diagnostica/comando
remoti
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Compatibilità elettromagnetica
Norme piuttosto stringenti sulla compatibilità
irradiata e condotta
In Italia è obbligatorio il marchio CE che specifica
anche questi aspetti.
Il marchio CE si appone per autocertificazione, a
seguito di prove in camera anecoica o per analisi
del progetto.
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Specifiche ambientali
Per le caratteristiche ambientali si seguono delle
normative. Caratteristiche principali:
Temperatura. Sono definiti dei campi standard:
Civile: 0°C ÷ +70°C
Industriale: -40°C ÷ +85°C
Militare: -50°C ÷ +125°C
Automotive: -40°C ÷ +125°C
Umidità, acqua, agenti chimici
Quota: aumentando la quota:
Aria più rarefatta: peggiora dissipazione
Pressione più bassa: problemi con condensatori
elettrolitici
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Caratteristiche meccaniche
Caratteristiche principali:
Dimensioni e forma
Massa
Resistenza a vibrazioni, urti, accelerazioni
Posizione di fori di fissaggio, connettori e
collegamenti
Orientamento di montaggio, metodo di
raffreddamento (aria naturale, aria forzata, liquido)
Marchiature e scritte sull’alimentatore e sulla
scatola
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Affidabilità
L’affidabilità dipende da quanto sono “stressati” i
componenti. Per avere alta affidabilità bisogna
usare i componenti molto al di sotto dei limiti:
DERATING
In alcuni casi si devono fare sistemi ridondanti, in
modo che il guasto su una parte del sistema non
ne comprometta il funzionamento globale
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Sicurezza
La sicurezza è un parametro molto importante.
Dipende da:
Isolamento elettrico: bisogna tener conto anche
delle tensioni di modo comune.
Incendio: i materiali non devono infiammarsi.
Esistono normative apposite.
Scintille (per funzionamento in ambienti con
polveri o gas esplosivi)
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