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24 - ELETTRONICA OGGI 489 - OTTOBRE 2020 TECH INSIGHT AUTOMOTIVE I convertitori c.c./c.c. bidirezionali - che possono fungere da ponte tra i sistemi a 12 e 48 V - semplifica la progettazione, riduce i costi e incoraggia l’adozione di sistemi a doppia tensione negli autoveicoli di fascia medio bassa Rolf Horn Applications Engineer Digi-Key Electronics Come colmare il divario tra sistemi a 12 e 48 V con convertitori “ad hoc” A causa dell’aggiunta, in misura sempre maggio- re, di elettronica, motori e azionamenti ai veicoli con motore a combustione interna (ICE), il tradizionale impianto elettrico a circuito chiuso a 12 V basato su una batteria al piombo-acido caricata dall’alternatore, sta rivelando i suoi limiti. Ad esempio, quando si uti- lizza un sistema a 12 V, le applicazioni ad alta potenza come lo sterzo elettrico assorbono una corrente eleva- ta, che impone l’uso di cablaggi più ingombranti e pe- santi. Questo peso supplementare diventa significativo in un veicolo moderno, il cui interno può contenere diversi chilometri di cablaggio. Un approccio alternativo impiega i sistemi a tensione più elevata per le applicazioni che richiedono maggior potenza in modo da ridurre l’assorbimento di corrente e alleggerire il cablaggio. Le implementazioni commer- ciali sono caratterizzate da una rete convenzionale a 12 V integrata da un sistema a 48 V basato su batterie agli ioni di litio (Li-ion). Il sistema a 12 V viene utilizza- to per applicazioni quali la gestione del motore, l’illu- minazione e la regolazione del sedile e delle portiere, mentre il sistema a 48 V si occupa delle funzionalità ad alta potenza come lo sterzo elettrico, l’avviamento e l’HVAC. Questi impianti elettrici ibridi usati in ambito automo- tive contribuiscono ad aumentare la complessità e a far sorgere nuove problematiche in fase di progetto. La problematica di gran lunga più importante è la gestio- ne della carica e della scarica simultanea dei due cir- cuiti di batteria, che prevede fasi di step-down (buck) e step-up (boost) bidirezionali tra le batterie. Questo articolo, oltre a descrivere l’evoluzione degli impianti elettrici automotive a doppia alimentazione a 12/48 V e spiegarne i vantaggi, esamina come utiliz- zare i regolatori di tensione bidirezionali a 12/48 V di Linear Technology e Texas Instruments (TI) per sem- plificare la progettazione dei sistemi a doppia tensio- ne. L’articolo considera infine i vantaggi di una futura topologia decentralizzata che usa solo una tensione a 48 V ed esamina un convertitore di bus di Vicor adatto per questa particolare applicazione. La sfida del passaggio alla progettazione a 12/48 V Il passaggio a sistemi a 12/48 V è in gran parte im- putabile alla necessità di pilotare dispositivi ad alto consumo energetico, garantendo al tempo stesso che il veicolo soddisfi normative in materia di economia (di carburante) e di emissioni sempre più severe. Ad esempio, il passaggio dalla trazione meccanica a quel- la elettrica per lo sterzo o i sovralimentatori riduce drasticamente le perdite per attrito e aumenta il ri- sparmio di carburante. Secondo alcuni produttori di automobili, un impianto elettrico a 48 V comporta un risparmio di carburante stimato attorno al 10-15% con una riduzione proporzionale delle emissioni nocive. La sezione a 12 V del sistema continua ad essere neces- saria a causa del grande volume di dispositivi a 12 V di tipo “legacy” che saranno integrati nelle auto ancora per molti anni a venire. La configurazione 12/48 V è composta da due rami sezioni separate: il tradizionale bus a 12 V utilizza una batteria al piombo per i carichi convenzionali, men- tre il sistema a 48 V, alimentato da una batteria agli ioni di litio, supporta i carichi più pesanti. Mentre sono