EOPOWER38

EO POWER/AUTOMOTIVE - MAGGIO 2025 XXVI Power/Automotive zione da V X a V IN , in modo che la corrente dell’induttore in ciascuna fase aumenti con un certo slew rate (Equazione 1), dove V IN è la tensione di ingresso, V o la tensione di usci- ta e L il valore dell’induttanza. Un transiente di scarico fa sì che tutte le fasi si spostino verso GND e la corrente dell’induttore si riduca (Equazione 2). Dato il basso valore della tensione di uscita (V OUT < 1 V) e supponendo che la tensione di ingresso sia tipicamente di 5 V o addirittura superiore, è facile vedere dal confronto delle equazioni 1 e 2 che il transitorio di scarico crea il problema princi- pale, dato il ridotto valore della tensione disponibile per ridurre la corrente. La soluzione più semplice consiste nell’aumentare il nu- mero di condensatori ceramici di uscita (C OUT ). Un approc- cio di questo tipo potrebbe non essere implementabile a causa dell’aumento delle dimensioni e dei costi. Nell’in- dustria automotive, i regolatori di tensione sono spesso configurati per commutare a una frequenza (F S ) relativa- mente alta, in genere superiore a 2 MHz. Ciò è in con- trasto con quanto accade per i regolatori usati in appli- cazioni cloud o industriali. In ambito automobilistico, la frequenza di commutazione più elevata è necessaria per soddisfare i requisiti specifici in materia di interferenze elettromagnetiche (EMI). Anche se questa scelta contri- buisce a ridurre i valori di induttanza nel regolatore, sono necessari ulteriori miglioramenti. L’ondulazione (ripple) di corrente in ciascuna fase del buck convenzionale con DL può essere ricavata dall’e- quazione 3, dove il duty cycle è D = V OUT /V IN , V OUT è la ten- sione di uscita, V IN è la tensione di ingresso, L è il valore dell’induttanza e F S è la frequenza di commutazione. Sostituendo DL con CL, caratterizzato dalla presenza di un’induttanza di dispersione (L K ) e una mutua induttanza (L M ), il ripple di corrente in CL può essere rappresentato come nell’Equazione 4. 6 Il termine indicato come figura di merito (FOM - Figure Of Merit) è espresso nell’Equa- zione 5, dove N PH è il numero di fasi accoppiate, ρ è un co- efficiente di accoppiamento (Equazione 6) e j è un indice di funzionamento (running index), che definisce solo un intervallo applicabile del duty cycle (Equazione 7). I pa- rametri del CL sono l’induttanza di dispersione L K e l’in- duttanza mutua L M . Il significato della FOM nelle equazioni 4 e 5, per la par- ticolare struttura del CL può essere interpretato come un moltiplicatore aggiuntivo nella cancellazione del ripple di corrente rispetto a quanto accade a un buck conven- zionale con induttore discreto L. La definizione di FOM e il suo significato sono stati generalizzati ed estesi 11 , per confrontare qualsiasi sistema con prestazioni arbitrarie in termini di ripple di corrente e transiente. La propo- sta è utilizzare un rapporto tra lo slew rate di transiente normalizzato (desiderato alto) e il ripple di corrente nor- malizzato (desiderato basso) (Equazione 8). Lo slew rate di transiente e il ripple di corrente sono normalizzati da numeri relativi ad alcuni convertitori presi come riferi- mento (benchmark) con induttori discreti (quindi qual- siasi sistema con DL porterà comunque a FOM = 1). SR TR e ΔIL sono lo slew rate di corrente del transiente e il ripple di corrente in uno stato stazionario del progetto o del- la tecnologia scelti, mentre SR TR_DL e ΔIL DL sono gli stessi parametri, ma per il design di benchmark DL. L’Equazione 8 può essere semplificata nell’Equazione 9, utilizzando il fatto che lo slew rate di corrente per l’in- duttore discreto è lo stesso nel transiente e in stato sta- zionario. In questo modo, ogni riferimento effettivo alla configurazione DL viene completamente rimosso, men- tre l’ideologia del benchmarking è ancora presente. Si noti che utilizzando la definizione generalizzata di FOM, l’Equazione 9, per il CL si ottiene l’Equazione 5, quindi la nuova definizione è compatibile con il passato, ma può es- sere utilizzata anche per le tecnologie in cui sia il ripple di corrente che lo slew rate del transiente sono arbitraria- mente diversi dalle equazioni DL (ad esempio, TLVR 9 ).