Pagina 18 - EO Power n.1

POWER 1 - APRILE 2013 XVIII
Power
pin-count offrono potenti funzionalità digital signal pro-
cessing (DSP) e, in aggiunta a potenti periferiche intelli-
genti, un digital power control ottimizzato.
Fondamenti di convertitori risonanti
Nel funzionamento di un convertitore in modalità riso-
nanza, nel punto in cui l’impedenza tra input e output
del circuito è al suo minimo, è offerta una migliore ef-
ficienza. Per esempio, la potenza dissipata dai MOSFET
in un convertitore risonante LLC può essere significati-
vamente ridotta alimentando i MOSFET con una tensio-
ne o con una corrente sinusoidali, e commutando nelle
immediate vicinanze del zero crossing della corrente o
tensione sinusoidale.
Commutando il MOSFET quando le tensione drain-
to-source è prossima allo zero, Zero Voltage Switching
(ZVS), e trasferendo il MOSFET da uno stato all’altro
mentre la corrente attraverso lo switch è zero, Zero Cur-
rent Switching (ZCS), minimiz-
za le perdite di commutazione
del MOSFET. Questo approc-
cio soft-switching riduce anche
il rumore nel sistema e fornisce
prestazioni migliori in termini
di electromagnetic interferen-
ce (EMI). Per i sistemi ad ele-
vata tensione e potenza, lo ZVS
sarebbe la topologia di prefe-
renza.
In un convertitore a switch riso-
nante, la tensione o la corren-
te sinusoidale è generata dagli
elementi reattivi come con-
densatori e induttanze. Le tre
principali classi di convertitori risonanti sono: series
resonant converter (SRC), parallel resonant conver-
ter (PRC) e una combinazione dei due, il series-pa-
rallel resonant converter (SPRC). La figura 1 mostra
il diagramma a blocchi di un convertitore risonante
di elevato livello e i tre tipi di circuiti accordati riso-
nanti, o resonant-tank.
Nei series resonant converter, il carico è connesso in
serie con l’induttore e condensatore del circuito ri-
sonante. Il guadagno rispetto al circuito risonante è
≤1. Mentre l’SRC può funzionare in assenza di cari-
co, la sua tensione di uscita non può essere regolata.
Per lo ZVS, il circuito ha bisogno di funzionare al di
sopra della risonanza nell’area induttiva. Ad una bas-
sa tensione di linea, l’SRC opera più vicino alla fre-
quenza di risonanza.
Nel PRC, il carico è connesso in parallelo con il con-
densatore di risonanza. Il PRC può funzionare in as-
senza di carico di uscita e, diversamente dal SRC, la sua
tensione di uscita può essere regolata in assenza di carico.
Per lo ZVS, anche il PRC ha la necessità di funzionare so-
pra la risonanza nell’area induttiva. Similmente al SRC,
ad una bassa tensione di linea, il PRC funziona più vici-
no alla frequenza di risonanza, tuttavia, il PRC differisce
per avere elevate correnti circolanti. L’induttore seriale
e il condensatore parallelo offrono protezione da corto-
circuiti.
In un SPRC, il circuito accordato è una combinazione tra
i convertitori seriali e paralleli e può essere sia una confi-
gurazione LCC che LLC. Come l’SRC e il PRC, uno sche-
ma SPRC LCC non può essere ottimizzato a una elevata
tensione di ingresso. Come risultato, l’alternativa di pre-
ferenza, per molte applicazioni, è un LLC, mostrato in
figura 1.
Il convertitore LLC può funzionare alla risonanza, alla
tensione nominale di ingresso, ed è in grado di funzio-
Fig. 2 - Il fattore qualità (Q) influenza i guadagni derivanti
dal circuito accordato (M) mostrato sull’asse Y. Tutte le
curve Q si intersecano alla frequenza di risonanza (fn = 1)
Fig. 3 - Feedback loop controllato digitalmente per un convertitore risonan-
te LLC