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