Alimentazione: alcuni suggerimenti (parte 11) – Appianamento delle differenze tra misure e valori calcolati delle perdite di un alimentatore

Dalla rivista:
Elettronica Oggi

 

In questo articolo presentiamo un metodo semplice per conciliare le differenze tra i calcoli e le misure effettive basato sullo sviluppo in serie di Taylor, che afferma che qualsiasi funzione può essere rappresentata (in un certo intervallo) da una serie di potenze:

Poiché le perdite in un alimentatore sono calcolabili in base alla corrente di uscita quando si sostituisca quest’ultima con x, esiste una buona correlazione tra i coefficienti e le varie fonti delle perdite di potenza. Ad esempio, ao rappresenta tutte le perdite costanti, ossia indipendenti dalla corrente di uscita, come quelle legate al comando del gate, alla potenza di polarizzazione, al nucleo e alla carica e scarica del condensatore di uscita (COSS) del transistor di potenza. Le perdite corrispondenti al secondo termine, a1, sono legate direttamente alla corrente di uscita e caratterizzabili come perdite nel diodo di uscita e perdite di commutazione. Per quanto riguarda il diodo, la maggior parte delle perdite è causata dalla tensione di giunzione e quindi aumenta proporzionalmente alla corrente di uscita.

Fig. 1 – I componenti delle perdite di potenza sono correlati ai coefficienti quadratici

Analogamente, le perdite di commutazione possono essere calcolate in modo approssimativo come il prodotto di un termine correlato alla corrente di uscita e di una tensione costante. Il terzo termine, facilmente identificabile con le perdite di conduzione, è caratterizzato come perdite nelle resistenze del FET, nei cablaggi magnetici e nelle interconnessioni. I termini di ordine superiore potrebbero essere utili per la valutazione di perdite non lineari, come quelle nel nucleo, tuttavia si possono ottenere risultati utili considerando solo i primi tre termini.

Un metodo per calcolare i tre coefficienti consiste nel misurare le perdite in tre punti di funzionamento e risolvere il sistema di equazioni così ottenuto. La soluzione risulta ancor più semplice se una delle misure si riferisce all’alimentatore a vuoto, in cui tutte le perdite sono uguali al primo coefficiente (a0). Il problema si riduce così a due equazioni in due incognite, facilmente risolvibili. Una volta calcolati i coefficienti, si può creare una curva delle perdite simile a quella illustrata nella figura 1, che mostra i tre tipi di perdite. Questo può risultare molto utile per conciliare le discrepanze tra le misure e i calcoli e per individuare più agevolmente aree di possibili miglioramenti dell’efficienza. Ad esempio, a pieno carico le perdite nella figura 1 sono dovute principalmente alla conduzione. Per migliorare l’efficienza occorre ridurre le resistenze del FET, degli induttori e di interconnessione.

Fig. 2 – I primi tre termini delle perdite evidenziano un’ottima corrispondenza con le misure

La correlazione tra le perdite effettive e uno sviluppo in serie composto da tre termini è molto buona. La figura 2 mette a confronto la curva dei dati misurati con quella di adattamento ai dati per un regolatore buck sincrono. Sappiamo che, in base alla risoluzione di un sistema di tre equazioni, le curve coincideranno in tre punti. La differenza negli altri punti è minore del 2%. Per altri tipi di alimentatori, l’approssimazione può essere meno precisa a causa di vari fattori, come differenti modalità di funzionamento (ad es. continua o discontinua), pulse skipping o funzionamento a frequenza variabile. Questo metodo non è infallibile, ma può consentire ai progettisti di alimentatori di analizzare meglio le perdite effettive nel circuito.

Nel prossimo numero della rubrica illustreremo come sia possibile utilizzare questo metodo per ottimizzare l’efficienza in corrispondenza di un particolare punto di funzionamento.

Per leggere numeri precedenti della rubrica “Suggerimenti sull’alimentazione” di Robert Kollman: www.eo-web.it/webexclusive
Per ulteriori informazioni su questa e altre soluzioni per gli alimentatori: www.ti.com/power-ca
Per contattare Robert Kollman: [email protected]

Robert Kollman, senior applications manager, distinguished member – Technical Staff, Texas Instruments

Contenuti correlati

• 
  TI: monitor per batterie con 26 celle

  Texas Instruments (TI) ha recentemente presentato BQ79826Z-Q1 un nuovo monitor per batterie con 26 celle in serie. Il dispositivo dispone di un engine EIS ( electrochemical impedance spectroscopy) integrato e consente di rilevare tempestivamente la fuga termica dall’interno...
• 
  TI: nuovi moduli di alimentazione

  I nuovi moduli di alimentazione isolati UCC34141-Q1 e UCC33420 di Texas Instruments (TI) si basano sulla tecnologia IsoShield dell’azienda, una soluzione proprietaria sviluppata per package multichip. Questi nuovi componenti -sottolinea il produttore- offrono una potenza maggiore in spazi...
• 
  TI e Nvidia per le architetture di alimentazione a 800 V

  Texas Instruments (TI) e Nvidia hanno annunciato un’architettura di alimentazione a 800 V progettata per supportare la visione di Nvidia per i data center AI. Il produttore sottolinea che la sua architettura di alimentazione a 800 VCC...
• 
  TI: il futuro dell’IA a embedded world 2026

  All’edizione 2026 di embedded world, Texas Instruments (TI)  sarà presente con i suoi prodotti per l’elaborazione analogica ed embedded, software e un ecosistema di strumenti di sviluppo. In particolare, saranno presenti le innovazioni in ambito IA e...
• 
  Le nuove tecnologie per l’automotive di Texas Instruments

  Texas Instruments (TI) ha annunciato diversi nuovi prodotti e risorse per lo sviluppo destinati al settore automotive. Si tratta della famiglia di SoC scalabili TDA5, componenti per il calcolo ad alte prestazioni caratterizzati da funzionalità di elaborazione ottimizzate...
• 
  TI: un nuovo DMD per la litografia

  Texas Instruments (TI) ha introdotto DLP991UUV, un DMD (Digital Micromirror Device) utilizzabile per la litografia digitale maskless. Questa soluzione per l’imaging ha 8,9 milioni di pixel (il mirror pitch è di 5,4 μm), una velocità di elaborazione...
• 
  Nuove MCU C2000 low cost da TI

  Texas Instruments (TI) ha presentato la serie F28E12x, microcontroller real time C2000 low-cost basati su un core DSP C28x a 160 MHz e dotati di periferiche analogiche come un convertitore analogico/digitale ad alta velocità e un amplificatore di...
• 
  TI presenta uno switch che riduce i costi

  Texas Instruments (TI) ha realizzato TMAG5134, uno switch in-plane a effetto Hall che consente il rilevamento della posizione e offre un’alternativa conveniente e di semplice utilizzo rispetto ai sensori magnetoresistivi. Si tratta di uno switch digitale che...
• 
  Mouser presenta un eBook sui robot mobili autonomi

  Mouser Electronics, in collaborazione con Texas Instruments (TI), propone un nuovo eBook focalizzato sui robot mobili autonomi (AMR). Il nuovo eBook, dal titolo 13 Experts Discuss Autonomous Mobile Robots, approfondisce le principali sfide del settore e descrive...
• 
  Collaborazione tra TI e NVIDIA per la gestione dell’alimentazione

  Lo sviluppo di tecnologie di gestione dell’alimentazione e di rilevamento per sistemi di distribuzione HVDC a 800 V da utilizzare per i server dei data center è al centro della collaborazione che hanno recentemente siglato Texas Instruments (TI)...