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XI
DC/DC CONVERTER
POWER 11 - GIUGNO/LUGLIO 2016
vate correnti e tensioni, che comportano forti perdite
di conduzione e commutazione. L’alta tensione sul rad-
drizzatore impedisce anche l’utilizzo di diodi Schottky
efficienti.
La topologia boost che prevede la moltiplicazione me-
diante pompa di carica assicura elevato rapporto di bo-
ost con un duty cycle migliore e minore sollecitazione di
tensione sul commutatore principale e sui raddrizzatori.
Tuttavia, ogni stadio di moltiplicazione a pompa di cari-
ca richiede l’aggiunta di due diodi in serie, che contri-
buiscono alle perdite a causa della caduta di tensione
diretta. Inoltre, poiché la pompa di carica non utilizza
un induttore come sorgente di corrente per limitare la
corrente di picco nei condensatori della pompa, questi
ultimi devono essere caratterizzati da alti valori di capa-
cità per evitare correnti di picco elevate e cadute cicliche
significative. Le alte correnti di picco possono anche au-
mentare il valore medio (rms) della corrente di
commutazione, con un impatto negativo sulle
forme d’onda di controllo di modo comune. Di
conseguenza, i moltiplicatori a pompa di carica
sono particolarmente idonei per applicazioni in
cui la corrente di uscita non supera i 50-100 mA.
La topologia tramite induttore di boost con pre-
sa intermedia può anch’essa garantire tensioni
di uscita elevate con un duty cycle migliore e
minore sollecitazione di tensione sul commuta-
tore principale. Tuttavia, la sollecitazione di ten-
sione sul raddrizzatore di uscita è significativa
ed è necessario tener contro degli effetti dell’in-
duttanza di dispersione del trasformatore. Quest’ultima
provoca picchi di tensione e oscillazioni che a loro vol-
ta generano interferenze EMI e contribuiscono ad au-
mentare la sollecitazione di tensione sul MOSFET e il
raddrizzatore di uscita. Sebbene tali effetti possano es-
sere controllati con appositivi dispositivi di soppressione
(snubber), vi è uno spreco di energia e sono richieste
componenti aggiuntivi e quindi un maggior spazio sulla
scheda.
Una topologia migliorata
La nota applicativa AN-1126 di ADI propone una nuo-
va topologia di convertitore grazie alla quale è possibile
superare molti degli inconvenienti delle topologie tradi-
zionali per erogare rilevanti quantità di energia in pre-
senza di elevati rapporti di boost. Essa, inoltre, permette
di ridurre in modo significativo la sollecitazione di ten-
sione esercitata sui commutatori e sui raddrizzatori prin-
cipali, senza introdurre un aumento apprezzabile delle
sollecitazioni di corrente. Di conseguenza, è possibile
utilizzare MOSFET e raddrizzatori Schottky con presta-
zioni meno spinte durante il funzionamento con cicli di
lavoro moderati per semplificare sia il funzionamento in
modalità di conduzione continua (CCM – Continuous
Conduction Mode) sia il controllo PWM (Pulse Width
Modulation). Inoltre, è possibile evitare i picchi di ten-
sione e le oscillazioni associati all’induttanza di disper-
sione del trasformatore.
Sempre secondo la nota applicativa di ADI, il convertito-
re SEPIC con boost a moltiplicazione (Fig. 2) è in grado
di conseguire tutti gli obiettivi sopra indicati, riducendo
la sollecitazione di tensione e corrente sul commutatore
principale e sui raddrizzatori, nonché l’oscillazione della
tensione picco-picco sul nodo di commutazione per atte-
nuare in modo significativo le perdite di commutazione,
le interferenze EMI e il rumore (principalmente perché
viene fatto uso degli avvolgimenti dell’induttore come
sorgente di corrente, evitando in tal modo i picchi carat-
teristici delle pompe di carica). La possibilità di operare
con un duty cycle moderato consente il funzionamento
in modalità CCM con un semplice controllo in “current
mode”. Tutto ciò permette di trovare il miglior compro-
messo in termini di costi e prestazioni nella fase di scelta
dei componenti.
Nemmeno questa tipologia di convertitore è esente da
svantaggi. Oltre a un aumento del numero di raddriz-
zatori in serie – che contribuiscono a incrementare la
caduta di tensione diretta totale del raddrizzatore con
conseguente incremento delle perdite – cresce la com-
plessità circuitale e il numero di componenti richiesto.
Oltretutto, l’adozione di questa tecnica non è consigliata
in presenza di alti valori di tensioni di ingresso e usci-
ta. Ciò è imputabile alla presenza di un gran numero di
stadi che aggiungono più diodi e avvolgimenti in serie
senza ridurre il picco imposto sia ad essi sia al MOSFET,
con conseguente aumento dei costi e delle perdite totali
sul circuito.
Utilizzando il controllore step-up in modalità corrente
a frequenza fissa
ADP1621
in configurazione SEPIC con
boost a moltiplicazione, i progettisti di ADI hanno realiz-
zato e collaudato un convertitore boost a 12V c.c. in in-
gresso e 200V c.c. in uscita con una corrente di uscita di
250 mA (Fig. 3). Questo progetto prevede raddrizzatori
Fig. 2 – Convertitore SEPIC di tipo boost a moltiplicazione a due
stadi [1]