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EO POWER - OTTOBRE 2022 XIX DC/DC CONVERTERS la maggior parte delle odierne applicazioni prevede l’uso di un regolatore a commutazione. Nelle tecniche di conversione di potenza basate sul- la commutazione l’energia viene immagazzinata in un induttore o in un condensatore. Questa energia consen- te al regolatore a commutazione di fornire una tensione di uscita di valore superiore o inferiore rispetto a quello della tensione di ingresso nominale (Fig.1). Per pilotare il commutatore all’interno del convertitore viene applicato un segnale PWM a un dispositivo a se- miconduttore. Il duty cycle, ovvero il rapporto durante il quale un segnale è attivo (on) e il tempo durante il qua- le è inattivo (off), e la frequenza del segnale PWM han- no un’influenza diretta sull’efficienza, sulla regolazione del carico e sulla tensione di uscita. In sintesi, il segnale PWM e il dispositivo di commutazione formano un cir- cuito a “pompa di carica” per immagazzinare l’energia nell’induttore o nel condensatore durante il ciclo di “on”. Durante il periodo di “off” del segnale PWM, questa energia immagazzinata viene rilasciata e rettificata. La regolazione della tensione di uscita è applicata al segna- le PWM. Per ottenere l’isolamento tra ingresso e uscita si utilizza un trasformatore come elemento induttivo in aggiunta a un condensatore. Nel corso degli anni si sono affermate diverse topologie di convertitori DC/DC. Tra le più diffuse si possono se- gnalare le seguenti: • step-down (buck) • step-up (boost) • flyback isolato Le più diffuse topologie per la conversione di potenza Passeremo ora ad analizzare le caratteristiche di altre tre topologie di commutazione di uso comune: push-pull, a semiponte (half bridge) e a ponte intero (full bridge). Convertitore step-down (buck) Come il nome stesso suggerisce, un convertitore step- down (buck) converte “verso il basso” (quindi riduce) il valore della tensione di ingresso. Se ad esempio la ten- sione di ingresso nominale è pari a 5 Vdc, questo disposi- tivo la converte in un valore di 3,3 Vdc. Nello schema riportato in figura 2, SW1 è solitamente un transistor pilotato con un segnale PWM, mentre SW2 rap- presenta un diodo. Quando SW1 è chiuso (quindi commu- tato nello stato di “on”), la corrente può fluire e l’energia viene immagazzinata nell’induttore. Viceversa, quando SW1 è nello stato di “off”, l’energia viene rilasciata e la corrente fluisce attraverso il diodo fornendo la tensione di uscita richiesta. A questo punto è utile ricordare che l’uscita del convertitore step-down (buck) dipende dal duty cyle del segnale PWM (Fig. 3). In una topologia buck sincrona il diodo è sostituito da un transistor FET ed è alimentato da un segnale sfasato. Poi- chè il FET è caratterizzato da una resistenza diretta infe- riore, viene ampiamente utilizzato per ridurre le perdite, a tutto vantaggio dell’efficienza. Fig. 2 – Schema a blocchi funzionale di un convertitore step down (buck) (Fonte: Murata) Fig. 3 – Il duty cycle del segnale PWM influenza la tensione di uscita del controllore buck (Fonte: Murata)