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Alimentazione di schede elettroniche by F6PMnDI

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									                        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    •Stabilizzazione   •Sicurezza
 •Poca dissipazione in calore   •Filtraggio        •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              Convertitori tipo switching
•Componenti attivi operanti in regione lineare      Vantaggi
                                                  •Componenti attivi usati come switch
     Vantaggi
•Caduta di tensione su un elemento resistivo       •Regolazione variando il duty cycle
                                                     •Rendimento elevato
     •Semplicità, costo, ingombro
•Sorgente sempre connessa al carico                •Sorgente isolamento connessa al
                                                     •Facile ciclicamente
     •Minimizzazione distorsione                    carico
                                                     •Possibilità di avere
                                                     Vout>Vin
     Svantaggi
     •Scarso rendimento                            Svantaggi
     •Grande dissipazione in calore                •Complessità del controllo
     •Adatti solo a basse potenze                  •Più costosi
                                                   •Minor larghezza di banda
Convertitori Switching
  Struttura base
  Interruttore
  Diodo
  Induttore
  Filtro uscita
         Induttore elemento chiave, oltre
   Topologie le correnti di picco, cede energia
         a limitare
         se connesso all’uscita, si carica se
   Buck connesso all’ingresso.
   Boost Valor medio uscita proporzionale
   Flyback
          all’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

                                  Utilizzati per applicazioni a basso
Regolatori di tensione lineari    costo, ottimizzazione distorsione e
                                  ingombro ma vita batteria più breve

                                 Ottimizzazione perdite di potenza
Convertitori switching senza     e vita batteria, lo switch degli interruttori
isolamento                       genera più distorsione in uscita.

                                 Soluzioni di alto livello, integrano
Sistemi di                       entrambi i tipi di convertitori,
power management                 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
                                      Il riferimento è confrontato con l’uscita
                                      ripartita sul partitore o con il valore
Caratteristiche                       Imposto al pin SET, in base all’errore
                                      Il driverApplicazioni
                                                pilota il gate del transistore p.
•Tensione in ingresso da 2.5 a 5.5V
•Valore uscita programmabile                 •Telefonia mobile
                                       Protezione
•Minimo rumore in uscita (350uV)             •Schede PCMCIA
                                      •Logica di spegnimento gestita dai pin
•Circuiti di protezione                      •Strumentazione portabile
                                        SHDN.
•Dimensioni package 5x3x0.8mm         •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
                                         •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
Applicazioni
                                         •Protezione da sovracorrenti
•Modem wireless                          •Dimensioni Package 4X4X0.8mm
•Schede per palmari
          Sistema di Power management
MAX8620
                               Integrato nato per
                           Caratteristiche buckla gestione dell’
                Applicazioni
                •PDAs      •Controllo PWM condi dispositivi portabili,
                                  alimentazione comparatore
                                  comprende:
                            a isteresi
                •LAN              •Un convertitore buck
                           •Frequenza commutazione 4MHz
                •DSP              •Due regolatori mos al
                           •Secondo interuttore lineari posto del
                            diodo •Logica di controllo
                           •Valore uscita da 0.6 a 3.3V selezionabile
                             con per DSP
                Power managment partitore esterno
                               Caratteristiche LDO
                               •Uscita programmabile da 1.8 a 3.3V
                               •45uV di distorsione in uscita
 Schema a blocchi              •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,         Blocco di             Vout
                      Ponte di diodi         stabilizzazione


                                       Scelte possibili

    Filtraggio con componenti                            Utilizzo convertitori DC/DC
    passivi


                                                         La scelta cade sulla tipologia
Operazione costosa, si deve filtrare alla                switching, poiché le potenze
frequenza di rete, grandi dimensioni                     in gioco sono più elevate,
componenti passivi.                                      spesso va anche garantito
.                                                        isolamento


  Spesso non conveniente                               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                             Circuito flyback
   Max5074: Schema semplificato                    Schema a blocchi




 Caratteristiche
 •Adatto sia per flyback che per forward
 •Range tensione in ingresso 11-76V
 •Rendimento>90%
   Vantaggi
 • Frequenza di commutazione 500KHz,          Vantaggi
   più robusto, nei confronti                  Applicazioni
                                              utilizzato per basse potenze,
   anche programmabile
     di guasti o saturazione trasformatore,     •Schede per linee ADSL
                                              non richiede induttore esterno,
 •Accensione dolce per disturbi picchi di
   Miglior reiezione ai evitare                •Sistemi di telecomunicazione
                                              più facile progetto schemi a più
  tensione in uscita
 •Logica di protezione contro                  uscite
  sovracorrenti e surriscaldamento
Integrati per il controllo di convertitori con isolamento
   NCP1000 Schema a blocchi                   Schema circuitale dettagliato




  Caratteristiche
  •Tensione in ingresso fino 240V
  •Frequenza di oscillazione 100KHz
  •Feedback in tensione grazie a
  Esempio convertitore AC/DC
   fotoaccoppiatore
  •Circuito interno di accensione             Applicazioni
  •Sfruttamento avvolgimento ausiliario per   Integrato pensato per topologia
   alimentare i circuiti di conversione       flyback, alimentazione a basso
  •Logica di protezione da surriscaldamento   costo per schede in ambito consumer
   spegnimento se T>140°C
  •Sistema UVLO
                  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

								
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