THE WORLD OF DC/DC-CONVERTERS
SCEGLIERE UN CONVERTITORE DC / DC
Convertitori DC/DC, quali sono i criteri più importanti?
Un convertitore DC / DC è utilizzato, generalmente, quando la tensione di alimentazione disponibile non è
compatibile con quella nominale di ingresso dell’applicazione elettronica. Spesso la scelta ottimale di un
convertitore DC / DC non è così semplice come si potrebbe immaginare, poiché non si tratta semplicemente di
determinare la tensione di ingresso, quella di uscita e la potenza. Quanto segue è una panoramica dei criteri più
importanti da considerare nella scelta e nell'applicazione di convertitori DC / DC.
Tensione di uscita
Nella maggior parte delle applicazioni, la tensione che deve essere fornita a un dispositivo elettronico è nota.
Tuttavia esistono anche dispositivi che possono funzionare con un ampio intervallo di tensioni di ingresso, ad
esempio, da 8 V a 15 V. Come comportarsi, quindi? Questi dispositivi spesso integrano un regolatore di tensione
lineare che genera, partendo da una tensione maggiore, una tensione regolata inferiore. Ad esempio, se si tratta
di un regolatore 5 V, ciò significa che il regolatore di tensione lineare "brucia" la differenza di tensione, fino alla
tensione di uscita di 5 V, ossia la trasforma in calore. La corrente rimane quasi invariata. Quindi più alta è la
tensione di ingresso, maggiore è la quantità di calore risultante, ovvero la perdita di potenza. In questo esempio,
si consiglia di scegliere un convertitore DC / DC con la tensione di uscita più bassa possibile nell’intervallo da 8 V
a 15 V.
Per un'applicazione in cui sono coinvolti piccoli quantitativi, deve essere utilizzato un convertitore DC / DC con
una tensione di uscita il più vicina possibile allo standard, ossia un convertitore con una tensione di uscita da 9 V.
Per contro, per applicazioni con quantità elevate, è più logico scegliere un convertitore con una tensione di uscita
speciale di 8 V. Questo perché, maggiore è la perdita di potenza, più complessa diventa la gestione del calore in
un sistema globale. Inoltre, il convertitore DC / DC deve prima di tutto produrre la potenza che è successivamente
"bruciata" come calore. Un convertitore DC / DC con tensione di uscita da V 8, come in questo esempio, deve
fornire solo poco più della metà della potenza, rispetto a quella di un convertitore con una tensione di uscita da 15
V, ed è quindi più compatto e molto più conveniente.
Normalmente, occorre provare un dispositivo, ad esempio con un alimentatore da laboratorio, per osservare il
comportamento del consumo di corrente (anche in diverse condizioni di esercizio) e la sicurezza di
funzionamento, considerando la tensione applicata, per determinare la tensione di uscita di un convertitore DC /
DC.
Corrente di uscita e potenza
Nel determinare le prestazioni del convertitore DC / DC, devono essere prese in considerazione tre condizioni di
esercizio del dispositivo alimentato:
- comportamento di avvio,
- condizione di funzionamento nominale e
- condizione di funzionamento con consumo energetico massimo.
La parte critica è il comportamento di avvio. Quando vengono accesi, molti dispositivi assorbono un’elevata
corrente di avvio per un breve periodo di tempo, a causa, ad esempio, dai condensatori. Nell'istante
dell’accensione, un condensatore non si carica e funziona temporaneamente come un cortocircuito. Più alta è la
capacità, maggiore è la quantità di energia per caricare il condensatore. A seconda del tipo, i convertitori DC / DC
possono produrre una certa quantità di questa energia nell'istante dell’accensione. La capacità massima
consentita per il collegamento a un convertitore DC / DC è di norma disponibile nella scheda tecnica.
I dispositivi che hanno una resistenza interna negativa hanno un effetto ancora più sfavorevole e quindi viene
assorbita una corrente relativamente elevata a bassa tensione di ingresso. Tale comportamento viene mostrato,
ad esempio, da dispositivi con un convertitore elevatore integrato (convertitore step up), che appartiene al tipo di
convertitore di induttanza.
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Nell'istante di accensione, tutti i convertitori DC / DC hanno inizialmente una tensione di uscita di 0 V. In un
periodo di circa 100 millisecondi, la tensione di uscita aumenta poi alla tensione nominale, ad esempio 9 V.
Durante l'aumento della tensione, la corrente richiesta dal dispositivo non può superare la corrente massima di
uscita del convertitore DC / DC da selezionare, altrimenti il convertitore non può raggiungere la massima tensione
di uscita.
Con un alimentatore da laboratorio, si può determinare se un dispositivo ha una resistenza interna negativa.
Aumentando gradualmente la tensione fino alla tensione nominale, è possibile misurare la tensione più elevata
del flusso di corrente. Questo valore può essere letto sul display della corrente incorporato nell'alimentatore da
laboratorio o su un’unità esterna utilizzata per misurare la corrente, come ad esempio un multimetro digitale
(DMM). La scelta del convertitore DC / DC deve consentire di fornire il massimo valore di corrente determinato,
che è necessario per il dispositivo da alimentare, in modo da garantire che si raggiunga lo stato di esercizio.
Tuttavia questo è solo il caso delle correnti di avvio, che sono causate da interruttori elettronici, e non dei picchi di
corrente di avvio dei condensatori.
Di norma, la condizione di funzionamento nominale è il caso più innocuo. Il consumo di corrente è inferiore alla
massima corrente di avviamento e a quella dello stato di funzionamento, in cui è richiesta la massima energia.
La condizione di esercizio con consumo massimo può differire significativamente dalla condizione nominale, ad
esempio quando si verifica una situazione eccezionale nell’applicazione. Tale condizione di funzionamento deve
essere presa in considerazione quando si seleziona il convertitore DC / DC ottimale. La scelta del convertitore
deve essere in grado di garantire sempre la massima corrente misurata del dispositivo da alimentare,
indipendentemente dallo stato di funzionamento.
Dopo la determinazione della tensione e della corrente di uscita, la potenza (P) del convertitore DC / DC
necessario può essere calcolata utilizzando la formula P = UI (watt), dove la tensione (U) è misurata in volt e la
corrente (I) in ampere.
Separazione di potenziale (isolamento ingresso / uscita)
In numerose applicazioni, anche se non in tutte, è necessaria una separazione di potenziale. Con la separazione
di potenziale (isolamento galvanico), tutte le connessioni sul lato di ingresso (lato primario) e tutti i collegamenti
sul lato di uscita (lato secondario) sono elettricamente separati. Con applicazioni che, per il tipo di circuiteria,
consentono una connessione negativa comune, può essere utilizzato un convertitore DC / DC senza separazione
di potenziale. Questi convertitori di induttanza (convertitori step down o buck) hanno diversi vantaggi: sono
economici e presentano un elevato grado di efficienza. I convertitori hanno una perdita di potenza relativamente
bassa e producono, con una potenza di uscita paragonabile, una minore (perdita) di calore. PEAK electronics
offre, tra le altre cose, un modulo (serie PSRS-78xxLF) con una tensione di uscita flessibile regolabile da 1,8 VDC
a 15,5 VDC. Inoltre sono disponibili vari tipi di pacchetti con una corrente di uscita di 500 mA o 1000 mA, in
diverse tensioni fisse (serie PSR, PSR1, PSRS e PSRW).
Uno svantaggio del convertitore di induttanza (regolatore a commutazione) è che se è difettoso non offre alcuna
protezione per i dispositivi collegati. Ad esempio, se il regolatore a commutazione è distrutto a causa di un’alta
tensione di ingresso e si forma internamente un cortocircuito tra l'ingresso e l'uscita, questa tensione viene
applicata ai dispositivi collegati. Ciò può portare alla possibile distruzione della scheda. Un rimedio può essere
ottenuto inserendo un fusibile (un fusibile autoripristinante) davanti all'ingresso positivo del regolatore a
commutazione e, inoltre, collegando un diodo transil (TVS) tra l’uscita positiva e il collegamento comune negativo.
Nel fare questo, il valore di tensione del diodo transil deve essere maggiore della tensione di uscita nominale,
tuttavia così alto che il dispositivo collegato possa sostenere la tensione di risposta del diodo transil. Un valore
tipico, ad esempio per una tensione di uscita di 5 V, è un diodo transil da 6,8 V, per una tensione di uscita di 12 V,
un diodo transil da 15 V, e per una tensione di uscita di 15 V un diodo transil da 20 V. Il catodo del diodo transil è
collegato all'uscita positiva e l'anodo alla connessione comune negativa (Figura 1).
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Figura 1
Con applicazioni che richiedono una separazione di potenziale, si deve ricordare che i valori di resistenza elettrica
tra i circuiti primario e secondario indicati nella scheda tecnica rappresentano prevalentemente un valore di
tensione DC. Un valore pari a 1000 V DC (1 kV DC) è equivalente a 707 V AC. Ciò però è valido solo per una
tensione AC con una frequenza bassa come 50 Hz. Con frequenze elevate, che si verificano soprattutto con
sistemi di alimentazione temporizzati a corrente forte (ad esempio, per la tecnologia solare), la resistenza elettrica
è significativamente ridotta. Inoltre, ogni convertitore DC / DC presenta una capacità tra ingresso (lato primario) e
uscita (lato secondario). La capacità è generata dalla superficie degli avvolgimenti del trasformatore incorporato in
un convertitore DC / DC. Il trasformatore agisce come un condensatore che reagisce a ogni cambiamento di
tensione tra il circuito primario e secondario. Dove la frequenza di una tensione fornita tra primario e secondario è
molto elevata, il trasformatore spesso viene ricaricato in modo corrispondente e quindi si produce una corrente
elevata tra lato ingresso e lato uscita. L'intera quantità di energia, che viene così ricaricata, dipende, tra le altre
cose, dal livello della tensione applicata. Inoltre, il valore di capacità del convertitore DC / DC ha anche
un'influenza: più piccolo è il valore, meno energia viene ricaricata, perché una piccola capacità può respingere
meno energia. Per applicazioni in cui un convertitore DC / DC viene azionato nell’intervallo di kilohertz (kHz) tra
due potenziali, la capacità di accoppiamento, che è la capacità tra primario e secondario, deve essere solo di
alcuni picofarad (pF). In caso contrario, il convertitore può essere distrutto o non funzionerà più correttamente.
Convertitore regolato o no?
Un convertitore regolato ha un circuito di controllo interno, che ad esempio corregge le fluttuazioni di tensione in
ingresso sul lato di uscita. Ciò significa che la tensione di uscita rimane quasi costante, entro la gamma
consentita del convertitore, anche con variazioni di tensione di ingresso. Allo stesso modo, la tensione di uscita
rimane pressoché costante con modifiche del carico in uscita. I convertitori regolati sono più complessi e costosi
di quelli non regolati.
I convertitori DC / DC non regolati sono, prima di tutto, utilizzati in applicazioni con valori di potenza di piccole
dimensioni fino a circa 3 W. Non hanno un circuito di feedback e non possono correggere le fluttuazioni di cui
sopra. Per la maggior parte di convertitori DC / DC non regolati, la tensione di ingresso può variare solo di circa il
10% rispetto alla tensione di ingresso nominale. Tuttavia ciò può significare una fluttuazione della tensione di
uscita fino al 15%. Inoltre i convertitori non regolati richiedono un carico minimo in uscita, altrimenti la tensione di
uscita è evidentemente troppo elevata e ciò può anche portare al danneggiamento del dispositivo. Per ultimo,
anche se non meno importante, i tipi non regolati o non sono affatto a prova di cortocircuito o solo nell’intervallo di
millisecondi. In sintesi, ciò significa che: un convertitore DC / DC non regolato può essere utilizzato solo se viene
garantita una tensione di ingresso molto costante (migliore del 2%). Inoltre il carico in uscita deve essere
idealmente compreso tra il 50% e il 90% della capacità nominale, e il rischio di un cortocircuito e un sovraccarico
può essere escluso. Per tutte le altre applicazioni, un convertitore regolato è quindi sempre preferibile.
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Convertitore con tensioni di uscita multiple
Con i convertitori DC / DC regolati, le fluttuazioni della tensione di ingresso, il carico di uscita e la temperatura
hanno solo un effetto minimo sulla tensione di uscita. Vi sono però anche convertitori con tensioni di uscita
multiple. Convertitori con una tensione di uscita separata sono spesso utilizzati dove sono disponibili due tensioni
della stessa portata nell'uscita collegata in serie. Rispetto al collegamento 0 V in uscita, sono forniti, ad esempio,
sia -12 V sia 12 V. In linea di principio, si tratta di una semplice uscita 24 V regolata con una connessione
centrale. L'avvolgimento secondario del trasformatore che è incorporato nel convertitore DC / DC è progettato per
una tensione di uscita a 24 V e ha una connessione centrale per l'uscita supplementare a 0 V. È regolata solo la
tensione totale di 24 V dell’uscita +12 V rispetto a -12 V, non però l’uscita di 0 V. Ciò significa che con un carico
diverso da +12 V rispetto a 0 V e -12 V rispetto a 0 V, l'uscita da 0 V si sposta. Ecco un esempio di ciò: se un
convertitore con potenza di uscita 12 W è caricato con 0,5 A sull'uscita +12 V rispetto a 0 V, e 0 A sull'uscita -12 V
rispetto a 0 V, l'uscita +12 V scende a circa 8 V, mentre quella a -12 V sale a -16 V. Ciò significa che la somma
delle tensioni rimane invariata a 24 V, tuttavia la connessione a 0 V si è spostata di 4 V. Di conseguenza, le
differenze di carico tra le uscite 12 V rispetto all'uscita 0 V non devono essere troppo diverse. Se i carichi in
un'applicazione differiscono molto, l'uscita meno caricata può essere collegata con una resistenza di carico come
carico di base per l'uscita 0 V. In alternativa, possono essere utilizzati due convertitori separati, specialmente
quando si tratta di requisiti di alimentazione superiori o per evitare la perdita di potenza causata dalla resistenza
di carico di base.
In generale, nel caso di convertitori con tensioni di uscita simmetriche (tensioni di uscita separate), non solo è
separata la tensione di uscita, ma anche la massima potenza di uscita. Pertanto, con un convertitore a 12 W
possono essere assorbiti solo 6 W da ogni tensione di uscita.
Per convertitori DC / DC con due o più tensioni di uscita diverse, spesso può essere regolata una sola tensione di
uscita e tutte le altre possono essere solo accoppiate. In termini di carico di uscita, ciò rappresenta un
convertitore non regolato. Se le tensioni di uscita addizionali vengono riregolate, tutte le tensioni di uscita sono
stabili indipendentemente dai carichi in uscita. Pertanto, prima dell'inizio dell’uso di convertitori DC / DC nella
produzione in serie, devono essere svolti accurati test.
Interconnessione di più convertitori
Applicazioni nelle quali sono richiesti valori di tensione diversi, possono essere dotate di più convertitori DC / DC.
Nel fare ciò, per quanto possibile, i convertitori non devono mai essere collegati in serie, al fine di utilizzare la
tensione di uscita del primo convertitore come tensione di ingresso del convertitore successivo. La ragione di ciò
è che ciascun convertitore ha bisogno di correnti di avvio più o meno elevate e può accadere molto rapidamente
che il convertitore precedente non possa erogare la corrente richiesta per avviare il convertitore successivo. Di
conseguenza il secondo convertitore non viene acceso.
L’ideale è scegliere convertitori DC / DC che possano essere utilizzati con la tensione di alimentazione
disponibile. Quindi tutti i convertitori DC / DC possono essere collegati in parallelo sul lato di ingresso, il che
significa che tutti gli ingressi negativi e tutti i positivi sono rispettivamente collegati tra loro. Il vantaggio di ciò è
fornire ciascun convertitore di una protezione adeguata sul lato di ingresso. In alcune applicazioni, può essere
necessario prevedere filtri LC per uno o più dei convertitori usati. Si può così evitare che i convertitori
interferiscono tra loro sul lato ingresso.
Come norma generale, i regolatori di tensione lineari possono essere facilmente collegato dietro a un convertitore
DC / DC temporizzato, in quanto non richiedono una corrente di avviamento alta. Con la maggior parte dei
convertitori, è possibile un collegamento in serie sul lato di uscita. Per evitare che, durante l'accensione o con un
cortocircuito, uno dei convertitori collegati in serie applichi una tensione negativa all'altro e lo distrugga, ogni
singola uscita deve essere protetta con un diodo Schottky. Il diodo Schottky è collegato tra l'uscita positiva e
quella negativa (Figura 2).
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Figura 2
Funzioni aggiuntive
Terminale trim
Soprattutto i convertitori di potenza superiore a partire da circa 20 W hanno un terminale di regolazione della
tensione di uscita (trim) collegato con un piedino. Un potenziometro trim può essere collegato a questo piedino
per regolare la tensione di uscita nell’intervallo ± 10%. Inoltre, con un resistore fisso alla tensione di uscita
positiva è possibile ridurre la tensione di uscita in modo permanente oppure, collegando un resistore fisso alla
connessione negativa, aumentare la tensione di uscita. Quindi è possibile regolare le tensioni particolari che si
desiderano.
Ingresso di controllo ON / OFF
Con l’ingresso di controllo ON / OFF ("arresto", "blocco") sul lato primario, il convertitore DC / DC può essere
disattivato in modalità remota da un relè, un interruttore, un transistor o un accoppiatore ottico, senza che la
tensione di alimentazione debba essere interrotta. Per disattivare, è necessario solo un segnale a bassa potenza
che può provenire, ad esempio, direttamente da un controllore o dal circuito di regolazione. Tuttavia questa
funzione non è disponibile per tutti i convertitori DC / DC.
Connessioni sensore
I convertitori DC / DC di maggiore potenza a partire da circa 20 W possono avere connessioni del sensore. Quindi
possono essere compensate le perdite di tensione (anche una caduta di tensione) sul lato di uscita, che sono
causate dalle linee. Le connessioni del sensore del convertitore DC / DC sono collegate con il carico attraverso
due linee aggiuntive. Il convertitore quindi regola la tensione che trova sulle connessioni del sensore, e pertanto la
tensione che viene applicata al carico. In particolare questa funzione viene utilizzata con tensioni di uscita basse,
ad esempio 5 V e inferiori, o quando devono essere applicate tensioni molto precise al carico, ad esempio nel
campo della strumentazione.
Compatibilità elettromagnetica (EMC)
Ogni convertitore DC / DC genera rumore, causato dalla commutazione ad alta frequenza di un induttore. Per i
convertitori che non sono isolati galvanicamente è responsabile un induttore e per quelli galvanicamente isolati,
un trasformatore. Quasi tutti i convertitori commutano con forma d'onda quadra, pertanto, oltre alla frequenza di
clock, vengono creare anche molte armoniche. I convertitori interferiscono dunque in un ampio spettro di
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frequenza, a partire dalla frequenza di clock fino a frequenze di MHz a tre cifre. Anche se tutti i convertitori sono
dotati di componenti che riducono il rumore generato, spesso le norme da rispettare sono più restrittive. In tali
casi, l'interferenza emessa deve essere ulteriormente ridotta mediante circuiteria esterna.
Le interferenze sorgono in tre aree: tra ingresso e uscita, sulle linee di ingresso tra il collegamento positivo e
negativo e sul lato di uscita, anche qui tra il collegamento positivo e negativo.
Le interferenze tra ingresso e uscita sono causate dai cambiamenti di carica del trasformatore. Il trasformatore
agisce come un condensatore di rumore. Le interferenze possono essere cortocircuitate, collegando un
condensatore ceramico tra l'ingresso negativo e l'uscita negativa del convertitore DC / DC. I valori per la capacità
preferibilmente oscillano tra 100 pF e 10 nF. La resistenza elettrica del condensatore ceramico deve soddisfare i
requisiti della separazione di potenziale, per questo motivo in applicazioni restrittive viene utilizzato un
condensatore Y2 o Y1.
Le interferenze che si verificano in ingresso tra i collegamenti di tensione di funzionamento possono essere
normalmente ridotte con un filtro LC. Spesso è più facile sperimentare la combinazione ottimale di induttore e
condensatori, in quanto l'efficacia del filtro è fortemente dipendente dalla qualità dell’induttore. L'esperienza
pratica ha dimostrato che si tratta di una buona scelta utilizzare induttori con indici di corrente sovradimensionati e
induttanze non troppo elevate. Gli induttori semplici (induttori lineari) devono avere valori compresi tra 0,1 µH e 10
µH, e avere una portata almeno due volte superiore alla massima esistente nell’applicazione. Con convertitori DC
/ DC con una maggiore potenza, è possibile anche considerare un induttore a corrente compensata con
un’induttanza di circa 1 mH e una corrente nominale che è ben al di sopra del valore dell’applicazione. Il
dimensionamento dei condensatori dipende in modo particolare da quale spettro di frequenza dell’interferenza
debba essere efficacemente ridotto. I condensatori elettrolitici presentano una capacità elevata e sono in grado di
ridurre particolarmente bene le frequenze di clock basse. Tuttavia i condensatori elettrolitici sono sempre più
inefficaci in intervalli di frequenze più elevate, a partire da 200 kHz. Per questo motivo, uno o più condensatori
ceramici devono essere collegati in parallelo ai condensatori elettrolitici. È importante scegliere un condensatore
con materiali di alta qualità come ad esempio C0G, NPO o X7R. A seconda delle esigenze, i valori di capacità
possono variare da 1 nF a diversi uF. La figura 3 mostra come sono collegati i componenti.
Figura 3
Un approccio simile è usato per ridurre l'interferenza di uscita (figura 3). In contrasto con le condizioni di ingresso,
si deve utilizzare solo un induttore con pochi avvolgimenti. Se è necessaria un’induttanza, può essere utilizzata
una perlina o un manicotto di ferrite per applicazioni più potenti. Le perline e i manicotti di ferrite sono disponibili
con una vasta gamma di induttanze, da 1 nH a 100 nH, spesso indicata anche come valore AL nella scheda
tecnica. La scelta dei condensatori è simile a quella per sopprimere le interferenze all’ingresso.
Per applicazioni dalla compatibilità elettromagnetica (EMC) critica, vengono offerti convertitori DC / DC incapsulati
in metallo e con una bassa emissione di interferenze elettromagnetiche.
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Condizioni ambientali e influenze dell’ambiente
Il corretto funzionamento di un convertitore DC / DC è sostanzialmente influenzato dalle condizioni ambientali. In
particolare, le specifiche di funzionamento definite nelle schede tecniche devono essere rispettate. In molte
applicazioni, influenze ambientali negative possono, in molti casi, essere almeno ridotte o completamente
eliminate.
Sovratensione
Se in un'applicazione esiste il rischio che il convertitore DC / DC sia esposto, anche se solo per un breve periodo,
a una tensione di ingresso alta, ad esempio a causa di picchi di tensione, viene montato un diodo transil (TVS)
come protezione efficace. Il valore di risposta (tensione di zener) del diodo deve essere almeno del 20%
superiore alla tensione massima di esercizio prevista. Idealmente la gamma di tensione di ingresso del
convertitore è scelta in modo tale che il valore di tensione del diodo zener rientri nella gamma di tensione di
funzionamento ammessa. I diodi TVS, ad esempio la serie 1.5KE, possono effettivamente limitare tensioni
maggiori di 1000 W (1 kW) nell’intervallo di µs. Si consiglia l’uso di un diodo TVS unipolare con i convertitori DC /
DC.
Protezione di ingresso
Una protezione di ingresso integrata è sempre consigliabile. Se a causa di un'influenza esterna viene distrutto un
convertitore, può essere creato un cortocircuito nel circuito di ingresso, che provoca un corrispondentemente
flusso di corrente elevato. Il risultato è che il convertitore brucia letteralmente o i cavi possono ardere. Invece di
un fusibile normale, può essere installato un fusibile autoripristinate, come ad esempio un PTC. Quando la
sorgente di tensione applicata al convertitore ha una potenza molto elevata per alimentare molti carichi
contemporaneamente, dovrà esservi sempre un fusibile integrato.
Temperatura
Nessun convertitore DC / DC funziona in maniera ideale, ovvero con un rendimento del 100%. Per essere in
grado di assorbire una certa quantità di potenza in uscita, deve essere sempre disponibile una potenza superiore
all'ingresso. Maggiore è la differenza tra la potenza in ingresso e quella di uscita, superiore è la perdita di potenza
e quindi la dissipazione del calore che si verifica nel convertitore. Il convertitore può trasferire questo calore
all'ambiente circostante attraverso la sua superficie esterna.
È importante che il convertitore DC / DC non diventi troppo caldo all'interno. Per quanto riguarda le specifiche
della scheda tecnica per la massima temperatura ambiente, questo valore è puramente indicativo. Molti fattori
diversi, quali la posizione di montaggio, le influenze causate da parti adiacenti che generano calore o la densità
dell’incapsulamento dell'applicazione, possono a volte portare a sensibili scostamenti rispetto alle specifiche.
Come norma generale, la temperatura ambiente massima deve essere abbassata. Per dimensionare
correttamente l'applicazione, anche per quanto riguarda la situazione termica, alcuni valori sono importanti, come
l'efficienza a una potenza di uscita definita e la temperatura massima ammissibile del contenitore. La perdita di
potenza e la dissipazione del calore possono essere calcolate dall'efficienza e dalla potenza. La temperatura
massima del contenitore può essere semplicemente misurata con uno strumento di misura della temperatura in
condizioni reali. Tuttavia, per prolungarne la lunga vita utile, il convertitore DC / DC non deve essere portato al
limite superiore di temperatura, e in particolare i condensatori possono risentire delle temperature elevate. In
pratica si consiglia di rimanere al di sotto degli 80 ° C circa, misurati a contatto della superficie del contenitore.
Per i convertitori con potenza di uscita superiore a 20 W circa, l'efficienza deve essere la più alta possibile. La
serie P30WG o P40WG di PEAK electronics con 40 W di potenza di uscita offre, ad esempio, un'efficienza
superiore al 90%. Se la potenza di uscita del modulo P40WG viene utilizzata appieno, vi è una perdita di potenza
di circa 4,5 W. Questo calore deve essere dissipato dal contenitore del modulo, che è relativamente piccolo, con
un ingombro di 25,4 mm x 50,8 mm. Pertanto, il potente convertitore, come molti altri, ha un degradamento in
funzione della temperatura. Ciò significa che la potenza di uscita può essere assorbita solo a una certa
temperatura ambiente. Se la temperatura ambiente è superiore, può essere assorbita solo una potenza inferiore
e, quindi, la perdita di potenza diminuisce e il convertitore non è più così caldo.
In poche parole, le seguenti sono linee guida "sicure": I pacchetti DIL 4, 6, 7, 8 devono avere una perdita di
potenza di 0,5 W massimo, i pacchetti DIL 24 di circa 1,5 W, i pacchetti 1 pollice x 2 fino a 2,5 W, i pacchetti 1,6
pollici x 2 fino a 3 W e i pacchetti 2 pollici x 2 fino a 4 W. Questi valori sono basati su una temperatura ambiente
massima fino a 50 ° C. Quando si effettua il primo calcolo, se si prevedono valori di perdita di potenza o di
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temperatura ambiente più elevati, deve essere lasciato un po’ di margine per soluzioni di raffreddamento migliori.
Il raffreddamento del modulo può essere ottenuto con un ventilatore o anche estendendo la superficie del
convertitore disponibile per il raffreddamento con un dissipatore di calore. Tuttavia ciò che conta è la temperatura
misurata a contatto con la superficie del contenitore del convertitore.
Umidità
Dal momento che la maggior parte dei convertitori DC / DC sono incapsulati, il circuito interno è ben protetto
contro l'umidità. Solo i piedini di saldatura possono essere danneggiati dalla condensa. In questo caso un
rivestimento protettivo (vernice o simili) può fornire una soluzione. Tuttavia devono essere rispettate le specifiche
dei costruttori relative all’umidità. Nella maggior parte dei casi, viene indicato dal 5% a 95% senza condensa.
Devono essere rigorosamente rispettate anche le specifiche per i convertitori non incapsulati.
Pressione dell’aria
La pressione dell'aria svolge un ruolo importante soltanto con applicazioni ad alta quota. La pressione dell'aria
diminuisce con l'aumento dell’altitudine; in altre parole, l'aria è meno densa e può assorbire meno energia
termica. Ciò deve essere preso in considerazione nel calcolo delle perdite di potenza.
Vibrazioni e urti
I convertitori incapsulati hanno un alto livello di resistenza alle sollecitazioni meccaniche. Nella maggior parte
delle applicazioni industriali è necessario, al massimo, prestare attenzione a fare buone saldature durante il
montaggio del convertitore nell'applicazione. In caso di richieste elevate, occorre svolgere un test di sistema. La
forza della saldatura può essere aumentata dall’aggiunta di una piastra avvitabile, un morsetto o una clip a molla.
Fattori di forma
Quasi tutti i convertitori DC / DC sono progettati per il montaggio su circuiti stampati. Inoltre, PEAK electronics
offre una vasta gamma di moduli su guida DIN. Sono anche disponibili soluzioni speciali per montaggio su telaio e
moduli incapsulati con piedini di collegamento o morsetti.
Alexander Deschl, Rosemarie Krause
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