Alimentazione: alcuni suggerimenti (parte 21) – Attenzione al ripple di corrente in quel condensatore!

Dalla rivista:
Elettronica Oggi

 

Uno degli stress degli alimentatori che spesso ci si lascia sfuggire è la corrente efficace nel condensatore d’ingresso: se non viene valutata appropriatamente ed è troppo alta, può causare il surriscaldamento del condensatore, che può cessare di funzionare prematuramente. In un convertitore buck, il valore efficace della corrente è calcolabile facilmente, in prima approssimazione, in termini della corrente di uscita (Io) e del duty cycle (D) mediante la seguente espressione:

La figura 1 presenta il grafico di questa espressione; la curva si annulla a due valori del duty cycle, 0 e 100 percento, e raggiunge il massimo valore di 0,5 a un duty cycle del 50 percento; è simmetrica rispetto a questo punto. Tra 20 e 80 percento, il rapporto tra la corrente efficace e quella di uscita è maggiore dell’80 percento. Con valori del duty cycle in questo intervallo, si può assumere che la corrente efficace sia uguale a circa la metà della massima corrente di uscita, mentre fuori di questo intervallo è necessario calcolarla.

Fig. 1 – La corrente efficace nel condensatore d’ingresso del convertitore buck raggiunge il massimo a metà della corrente di uscita

Negli ultimi anni, sono stati conseguiti notevoli miglioramenti per quanto riguarda il costo e l’efficienza volumetrica dei condensatori ceramici, che ormai sono il componente preferito per il bypass degli stadi di potenza di un alimentatore. Tuttavia, il basso valore della loro resistenza in serie equivalente può causare molti disturbi negli alimentatori, ad esempio oscillazioni nel filtro contro l’interferenza elettromagnetica e sovratensioni transitorie impreviste (vedi Alimentazione: alcuni suggerimenti – parte 20). Spesso, per smorzare i picchi in questi circuiti a Q elevato si impiega un condensatore elettrolitico in parallelo. In questi casi occorre tenere presente la corrente di ripple in tale condensatore, poiché questo componente può assorbire gran parte delle corrente di ripple dell’alimentatore.

La figura 2 mostra l’esempio di un convertitore a 100 kHz con capacità d’ingresso realizzata mediante un condensatore ceramico da 10 uF in parallelo a un condensatore elettrolitico la cui resistenza equivalente in serie è di 0,15 ohm. Si presuppone che la capacità di quest’ultimo sia molto più grande di quella del condensatore ceramico e in tal caso, quasi il 70 percento della corrente efficace è assorbito dal condensatore elettrolitico. Per ridurre questa corrente si potrebbe aumentare la capacità del condensatore ceramico, la frequenza di funzionamento o la resistenza in serie equivalente. La curva illustrata è stata generata tramite lo sviluppo in serie di Fourier della corrente nel condensatore elettrolitico, calcolandola per ciascuna armonica (sino alla decima) e ricombinando le armoniche per ottenere la corrente efficace totale. Si noti che la corrente nel condensatore ceramico è in quadratura con la corrente nella resistenza in serie equivalente, per cui le due correnti vanno considerate vettori nei calcoli. Se si preferisce saltare tutti questi calcoli, si può simulare facilmente questo circuito con un generatore di corrente e tre componenti passivi.

Fig. 2 – Fare attenzione alla corrente nel condensatore elettrolitico quando si utilizzano tipi diversi di condensatore

Il prossimo argomento della rubrica riguarderà i concetti fondamentali dell’anello di retroazione in un convertitore DC/DC.

Per ulteriori informazioni su questa e altre soluzioni per gli alimentatori, visitare: www.ti.com/power-ca

Per contattare Robert Kollman: [email protected]

Appendice

Mostriamo qui di seguito i passaggi per il calcolo della corrente efficace nel condensatore d’ingresso, assumendo che l’induttanza sia infinita. Si inizia con la corrente efficace di un impulso rettangolare (D^0.5*I_pk) e si rimuove la componente CC (D*I_pk).

Robert Kollman, Texas Instruments

Contenuti correlati

• 
  Condensatori per ambienti mission-critical da Exxelia

  La nuova serie di condensatori CF-PP140 di Exxelia è destinata alle applicazioni gravose che richiedono un’elevata densità energetica in un ingombro ridotto. Si tratta di componenti a film in polipropilene che supportano tensioni di esercizio da 450...
• 
  Nuovi alimentatori industriali e accessori da Recom

  Recom  sarà presente a SPS Italia, a Parma dal 26 al 28 maggio 2026 (stand 5-D058) anche con la gamma di alimentatori Racpro1. Si tratta di unità AC/DC industriali per installazione su guida DIN che combinano un...
• 
  Nuovi alimentatori wall-mount da XP Power

  La serie AMF60 di XP Power è composta da alimentatori AC-DC da 60W di tipo Wall-Mount, utilizzabili per applicazioni mediche, di home healthcare e industriali. Una peculiarità di questi dispositivi è il grado di protezione IP42 per...
• 
  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...
• 
  Due nuove famiglie di MCU con NPU da TI

  Le MCU MSPM0G5187 e AM13Ex sono due nuove famiglie di microcontroller di Texas Instruments (TI). Questi dispositivi integrano le unità di elaborazione neurale (NPU) TinyEngine di TI, un acceleratore hardware dedicato per MCU in grado di ottimizzare...
• 
  Due nuove serie di condensatori AEC-Q200 da TDK

  TDK  ha realizzato due serie di condensatori elettrolitici in alluminio ottimizzati per i caricabatterie di bordo (OBC) dei veicoli elettrici. La serie B43655 risponde ai requisiti delle architetture di batterie con tensioni di 800 V ed è caratterizzata...
• 
  TDK-Lambda: alimentatori industriali compatti 1U da 3500W

  Gli alimentatori industriali TDK-Lambda HFE3500 sono unità caratterizzate da una potenza di 3500 W e possibilità di installazione su rack. Ogni rack da 19″ con altezza 1U può ospitare fino a quattro alimentatori per erogare fino a...
• 
  Bel Fuse amplia la gamma di alimentatori esterni

  Bel Fuse ha presentato le serie di alimentatori esterni SWI6D e SMI6D, caratterizzati da potenze da 5W a 6W, come parte del portafoglio prodotti di CUI. Si tratta di adattatori disponibili in versione con presa sia fissa che...
• 
  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...