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- ELETTRONICA OGGI 437 - GIUGNO 2014
POWER
DPA
(e conversione) della potenza tra l’alimentatore front-end e i
convertitori PoL. L’architettura IBA ha fatto registrare importanti
evoluzioni nell’ultimo decennio grazie agli sforzi compiuti per
migliorare l’efficienza e ridurre costi e ingombri dell’architettura
DPA. Mentre inuna tradizionale architetturaDPAper applicazioni
telecom è previsto un backplane che distribuisce la tensione
(-48V) a ciascun gruppo di schede di linea ciascuna delle quali è
equipaggiata con moduli DC/DC isolati in grado di gestire i livelli
di tensione richiesti dai vari carichi, in un’architettura IBA i vari
moduli DC/DC isolati sono sostituiti da un unico convertitori IBC
(Intermediate Bus Converter) che viene utilizzato in abbinamento
con convertitori PoL di tipo non isolato (niPoL). Il compito di un
IBC è convertire la tensione di 48V del backplane a un valore
intermedio ottimale, ad esempio 12V, oltre a fornire l’isolamento
elettrico. Nonostante l’ampia diffusione, non tutte le applicazioni
possono sfruttare i vantaggi dell’architettura IBA: per questo
motive è necessario procedure a un’attenta valutazione del
sistema di potenza al fine di determinare l’architettura di
distribuzione della potenza più adatta. I tre stadi di conversione
richiesti potrebbero comportare una diminuzione dell’efficienza
complessiva ed è necessario esaminare i compromessi, in
termini di costo e di ingombri, legati all’utilizzo di convertitori
IBC invece di moduli PoL isolati. Oltre a ciò, l’adozione su larga
scala del raddrizzamento sincrono ha permesso di ottenere
bassi valori di tensione di uscita – come ad esempio 3,3, 5 e 12V
– a partire dai front end AC/DC con livelli di efficienza simili a
quelli che si ottengono per valori di tensioni di uscita più elevati,
eliminando in tal modo il ricorso a un bus intermedio. A parità
di potenza, la distribuzione di tensioni di valore più elevato,
come ad esempio 48V, con correnti più basse, comporta alcuni
vantaggi rispetto alla distribuzione di tensioni di valore inferiore
ma con correnti più elevate. In quest’ultimo caso, ad esempio,
sono necessari connettori specifici oltre a piste di rame/barre
di distribuzione più robuste.
Nella scelta di un IBC è necessario individuare un convertitore
DC/DC step-down in grado di fornire la tensione di uscita
specificata sull’intero intervallo nominale dell’ingresso del bus
di distribuzione.
Nel momento in cui gli obiettivi sono elevata efficienza e alta
densità di potenza a fronte di costi contenuti, requisiti e parametri
da tenere in considerazione si possono così riassumere:
Efficienza: 96 - 97% (tip)
Densità di potenza: >250 W/in3
Costo: 0,10 – 0,20 dollari/W
Range di ingresso-uscita:
9
43 - 53V per server e storage
9
38 - 55V per sistemi di livello enterprise systems
9
36 - 60V per applicazioni telecom (intervallo ridotto)
9
36 - 75V per applicazioni telecom (intervallo esteso)
9
380 - 420Vper sistemi adalta tensioneusati per applicazioni
medicali e nei centri di elaborazione dati
Range di potenza: 150 - 600W (e superiore)
Rapporti di distribuzione più diffusi: 4:1, 5:1 e 6:1 per tensioni
di ingresso nominali di 48V
Fattore di forma meccanico:
9
1/4 brick per potenze di uscita > 240W
9
1/8 o 1/16 brick per potenze di uscita < 240W
Frequenza di commutazione: relativamente bassa, dell’ordine
di 100 - 200 kHz
Principali topologie dello stadio di potenza: ponte intero,
semiponte e push-pull
Raddrizzamento sul lato secondario: la maggior parte utilizza
MOSFET come rettificatori di tipo “self” o “control driven”.
Approcci utilizzati per il controllo: completamente regolato,
semi-regolato o non regolato.
I convertitori IBC si possono differenziare in base al tipo
di controllo. Un IBC completamente regolato mantiene una
tensione di uscita costante per un’ampia gamma di condizioni
della linea e del carico. Esso viene molto spesso utilizzato
grazie alla sua capacità di gestire un esteso range di tensioni di
ingresso nei casi in cui si prevede che la regolazione del bus di
distribuzione non risulti particolarmente accurata. In presenza
di una tensione di ingresso nominale di 48V, un convertitore
IBC completamente regolato potrebbe essere in grado di gestire
tensioni di ingresso comprese tra 36 e 75V. Minore efficienza
(93% valore tipico), densità di potenza più ridotta e costi più alti
rispetto alle altre due tipologie di controllo sono i principali limiti
di un convertitore IBC completamente regolato.
Tra i più interessanti IBC completamente regolati si possono
annoverare i modd. BMR456 e BMR457 di Ericsson. Si tratta
di prodotti “intelligenti” che utilizzano il firmware e il controllo
Tabella 2 – Principali caratteristiche di alcuni convertitori DC/DC a commutazione per applicazioni niPOL
Costruttore
Dispositivo
V
in
(V)
V
out
(min)
(V)
I
out
(A) Ripple della tensione
di uscita (mVpp)
Frequenza di
commutazione
Sinc.
freq
Seq.
potenza Soft Start Power
Good
Intersil
ISL8206M Modulo
di potenza
1 - 20
0,6
6
8
600 kHz
No
No
Si
No
On Semi
NCP1592 Switcher
con FET integrati
3 - 6
0,891
6
10
280 kHz - 700 kHz Si
No
Si
Si
TI
TPS54620 Switcher
con FET integrati
4,5 - 17 0,8
6
33 (per EVM)
200 kHz – 1,6 MHz Si
Si
Si
Si
TI
TPS84621 Modulo
di potenza
2,95 – 14,5 0,6
6
30
250kHz - 780 kHz
Si
Si
Si
Si
