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XIV Power POWER 22 - MAGGIO 2020 - Time of Flight) di un’onda a ultrasuoni e la sua varia- zione (che è funzione della portata del mezzo). I sensori a ultrasuoni sono formati da un AFE (Analog Front End) che integra i circuiti di trasmissione, ricezio- ne e controllo, oltre a un microcontrollore o micropro- cessore per l’esecuzione dei calcoli. Le dimensioni di questi sensori devono essere sempre più ridotte in modo da potersi adattare alle odierne linee di assemblaggio e a fori sempre più stretti. Le relative soluzioni di poten- za devono quindi essere compatte, robuste e dissipare il minor calore possibile. Per quanto riguarda la sezione di potenza si possono fare alcune altre considerazioni. I sensori a ultrasuoni privi di ventole sono solitamente alimentati da una tensione compresa tra 10 e 30 V in grado di fornire una corrente una corrente di carico complessiva al sistema inferiore ad alcune centinaia di mA. Nel caso di sistemi operanti a temperature fino a 70 °C, i componenti di potenza devono essere in grado di funzionare a temperature nominali che arrivano a 125 °C. Inoltre è necessario garantire la protezione di questi sistemi contro fenomeni quali l’inversione di polarità, le sovratensioni e le interferenze elettromagnetiche (EMI). Edifici “intelligenti” Negli odierni edifici è presente un gran numero di fun- zionalità “intelligenti” che controllano l’illuminazione, la temperatura, i sistemi di sicurezza e così via (Fig. 4). Anche i sensori, i controllori e gli I/O che rendono pos- sibile l’implementazione di queste funzionalità autono- me sono di ridotte dimensioni, per cui richiedono solu- zioni di potenza compatte a elevata efficienza. I sensori sono generalmente alimentati da una sorgente che ero- ga 24 V e devono essere in grado di operare in ambien- ti dove si possono verificare transitori ad alta tensione. Per le apparecchiature industriali di tipo non critico la tensione di funzionamento massima è compresa tra 36 e 40 V, mentre per le apparecchiature critiche, che inclu- dono controllori, azionamenti e moduli di sicurezza, la tensione arriva a 60 V. Per quanto concerne le tensioni di uscita, i valori più comuni sono 3,3 e 5 V, con corren- ti che variano da 10 mA (nel caso di sensori di piccole dimensioni) a decine di Ampere (per applicazioni quali ad esempio il controllo del movimento). In considera- zione dei valori in gioco, un regolatore di tensione di tipo step-down in grado di resistere a transitori di tensione (tipicamente di 42 o 60 V) rappresenta una valida scelta per applicazioni di controllo industriali e di automazione degli edifici. Incrementare l’efficienza degli alimentatori In ciascuna delle aree applicative cui si è fatta menzione in questo articolo, ap- pare chiaro che gli alimentatori utilizzati per ciascuna di esse condividono alcune caratteristiche (e quindi problematiche) comuni che si possono così riassumere: • Ridotte dimensioni • Efficienza • Ampio intervallo di tensione di ingres- so • Affidabilità di funzionamento in am- bienti difficili e gravosi dal punto di vista termico Poiché in questi progetti industriali lo spazio a bordo della scheda è limitato, la gestione della dissipazione del calore mediante tecniche che prevedono il ricorso a dissipatori di calore non è fattibile. Anche l’impiego di ventole per generare un flusso d’aria forzata non è un’opzione pra- ticabile, a causa del fatto che progetti di questo tipo pre- vedono un involucro sigillato per impedire l’ingresso di polvere e agenti contaminanti. Da queste considerazioni si evince l’importanza che assume l’efficienza dell’ali- mentatore. In considerazione dei valori di tensione e di corrente coinvolti nei progetti industriali, è necessario ri- correre a un regolatore di tensione di tipo step-down (o buck). L’architettura step-down più comune è il conver- titore buck asincrono, con il diodo rettificatore low-side esterno al circuito integrato. Si tratta di dispositivi facili da progettare per alte tensioni. In un progetto caratteriz- zato da tensioni di ingresso e uscita pari rispettivamente a 24 e 5 V, il convertitore buck opera con un duty cycle Fig. 3 – Le industrie che si occupano del trattamento di acque reflue utilizzano sensori a ultrasuoni per il rilevamento del livello (Fonte: BKhamitsevich/iStock)