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- ELETTRONICA OGGI 437 - GIUGNO 2014
POWER
DPA
tramite PMBus per ridurre il consumo di potenza: l’impiego di
questi IBC permette di diminuire il consumo di potenza a livello
di scheda in misura compresa tra il 3 e il 10% a secondo della
particolare applicazione considerata. La tensione di uscita di
BMR456, disponibile in formato 1/4 brick, può essere regolata
in un range compreso tra 13 e 8,2V. BMR457 è invece un IBC in
formato 1/8 brick in grado di fornire una tensione compresa tra
13,2 e 8,2V, regolabile fino a 6,9V.
Un IBC semi-regolato supporta un range di ingresso simile a
quello di un IBC ma, a differenza di quest’ultimo, la sua uscita
non è regolata sull’intero range di tensione di ingresso. Sebbene
l’efficienza sia migliore rispetto a quella di un IBC completamente
regolato (95% valore tipico), un IBC semi regolato non è efficiente
ed economico come un controllore di tipo non regolato.
La terza tipologia di IBC fornisce una tensione di uscita non
regolata che varia con un rapporto fisso rispetto alla tensione
di ingresso. Per esempio, nel caso il rapporto sia 4:1, un IBC
genererà un’uscita compresa tra 9 e 15V per un range di tensioni
di ingresso variabile tra 36 e 60V.
Questa tipologia di IBC garantisce i più elevati valori di efficienza
(97% valore tipico) e di densità di potenza, a fronte di un costo
inferiore.
I recenti problemi relativi alla proprietà intellettuale legati all’uso
di IBC semi regolati e non regolati in architetture IBA hanno
contribuito a penalizzare disponibilità e utilizzo di questo tipo
di convertitori. Il modulo UCC28230EVM
di Texas Instruments
basato sul controllore PWM avanzato UCC28230 è uno dei pochi
prodotti ancora presenti sul mercato. Si tratta di un IBC non
regolato da 300W che fornisce una tensione di uscita nominale
di 9,6V con efficienza del 96% a partire da tensioni di ingresso
comprese tra 43 e 53V.
Convertitori DC/DC PoL non isolati (niPOL)
In un’architettura IBA, grazie all’isolamento base fornito dal
front end AC/DC e al completo isolamento fornito da un IBC, è
possibile utilizzare convertitori niPOL economici e di dimensioni
contenute per alimentare il carico. Questi convertitori DC/DC
devono gestire in maniera efficace le tensioni sempre più basse
richieste dai carichi e il brusco aumento delle correnti assorbite
dai moderni DSP, FPGA e ASIC, oltre a garantire una regolazione
più precisa e una riduzione del rumore. I progettisti di schede
possono scegliere tra un’ampia gamma di regolatori lineari,
regolatori a commutazione e soluzioni che abbinano queste due
tipologie.
Laddove possibile è meglio ricorrere a regolatori lineari per
alimentare direttamente i circuiti preposti al condizionamento
e all’elaborazione del segnale. Sebbene tutti i regolatori di
tensione producano rumore, i regolatori lineari generano un
rumore inferiore rispetto ai regolatori a commutazione. I primi,
inoltre, assicurano prestazioni migliore in termini di PSRR
(Power Supply Ripple Rejection – coefficiente di reiezione
alle variazioni della tensione di alimentazione). Un regolatore
lineare con elevato PSRR alla frequenza di commutazione di un
qualsiasi alimentatore a commutazione contribuirà ad attenuare
il rumore di commutazione in modo che questo non verrà
introdotto nella catena del segnale e non provocherà problemi di
interferenza. Questa tecnica è conosciuta come post-regolazione.
Per attenuare il rumore alle alte frequenza potrebbero essere
richiesto un ulteriore filtraggio poiché il PSSR diminuisce a 0V
alle frequenze più alte.
Il regolatore LDO (Low Drop-Out) a basso rumore da 1A
TPS7A4700 di Texas Instruments supporta un ampio range di
tensioni di ingresso, compreso fra 3 e 36V, fornisce tensione
di uscita variabili da 1,4 a 20,5V e si distingue per il bassissimo
rumore (4,17 μV
RMS
) e l’elevato PSRR (80-dB a 1 kHz ). Il
dispositivo è ideale per alimentare amplificatori operazionali,
convertitori A/D e D/A e altri circuiti analogici ad alte prestazioni.
Lo svantaggio dei regolatori lineari è rappresentato dal fatto
che, non essendo particolarmente efficienti per quel che
riguarda la conversione di potenza, tendono a surriscaldarsi. A
questo punto è necessario calcolare la dissipazione di potenza
dell’applicazione, utilizzando la formula P
diss
=(V
in
– V
out
)
*
I
load
e confrontare la potenza con il valore termico nominale del
package. Nel caso esista la probabilità che si verifichino problemi
di surriscaldamento, è preferibile ricorrere a package ottimizzati
sotto l’aspetto termico, come ad esempio il package QFN, oppure
ricorrere a un convertitore a commutazione. In generale si può
sfruttare quest’ultima opzione nel caso il carico assorba su base
continuativa una corrente superiore a 1A. Sul mercato sono
comunque disponibili regolatori lineari con valori nominali di
1,5, 2 e 3A.
I convertitori DC/DC a commutazione sono caratterizzati da
una maggiore efficienza rispetto ai regolatori lineari quando
aumenta la differenza tra la tensione di ingresso e di uscita e
la corrente di carico. Nella selezione del dispositivo più adatto
è necessario tenere in considerazione numerosi parametri.
In primo luogo è meglio optare per un convertitore DC/DC a
Fig. 3 – MVAC250 è un alimentatore AC/DC da 250W ad alta efficienza
della serie MVAC proposto da Murata Power Solutions
