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POWER 6 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2014
XIX
DC/DC CONVERTER
trollo dell’energia. Fra queste ci sono la Centralized Control
Architecture (CCA) e la Dynamic Bus Architecture (DBA)
che comporteranno verosimilmente un notevole impatto
sulla progettazione dei convertitori DC-DC. Anche se le pre-
visioni per queste due architetture sono molto promettenti,
gli analisti ritengono che l’architettura IBA (Intermediate Bus
Architecture) resterà però quella dominante nel determinare
le vendite dei moduli convertitori DC-DC nei prossimi cinque
anni. L’intermediate Bus Architecture, infatti ha ottenuto un
buon successo grazie ai bassi costi, alla qualità dell’alimentazio-
ne, alle dimensioni ridotte e alla buone efficienze ottenibili.
Le applicazioni
L’alimentazione per i sistemi di comunicazione si pre-
vede che sarà il principale segmento di applicazione dei
convertitori DC-DC nei prossimi anni, con circa un terzo
del fatturato. Se si combinano comunque i segmenti delle
comunicazioni e quello dei computer, il risultato dovreb-
be raggiungere circa il 75% del mercato dei moduli con-
vertitori DC-DC. Entrambi questi segmenti, inoltre, sono
quelli che hanno iniziato per primi ad adottare soluzioni
di alimentazione controllata in digitale (telecomunicazio-
ni e server per esempio) e che quindi utilizzano sistemi di
alimentazione particolarmente complessi.
Un altro trend è relativo alla continuazione dell’impor-
tanza del segmento dei convertitori con alte tensioni di in-
gresso (48V), malgrado l’utilizzo di bus di alimentazione a
12V sia sostanzialmente aumentato. L’utilizzo diffuso però
dell’architettura IBA e, in piccola parte di quella CCA, con-
tinuerà a favorire, secondo gli analisti, il segmento dei 48V
ancora per alcuni anni.
Il maggior numero di moduli convertitori DC-DC isolati
però sarà costituito, secondo gli esperti, dalle versioni per
elevate potenze, nella gamma compresa da 25W a 250W
circa. La maggior parte dei moduli convertitori DC-DC
isolati, il 50%, infatti è concentrata appunto nella fascia
di componenti caratterizzati da elevate potenze e elevate
tensioni.
Un altro settore dove sta avanzando la tecnologia per i con-
vertitori DC-DC riguarda i materiali utilizzati per i compo-
nenti. Il carburo di Silicio (SiC) e il nitruro di Gallio (GaN)
stanno infatti proseguendo lo loro diffusione nel segmento
dell’elettronica di potenza e per entrambi si prevede un
impatto consistente sul settore dei convertitori DC-DC. Nel
breve periodo si prevede che i SiC diventerà il sostituto
principale per alcuni dei tradizionali componenti in silicio,
ma il GaN aumenterà la sua presenza in diverse applicazio-
ni. I vantaggi nell’impiego di questi nuovi materiali risiedo-
no, per esempio, nella possibilità di migliorare l’efficienza
dei convertitori, permettendogli di operare con frequenze
più elevate e riducendone le dimensioni.
Tra i cambiamenti più importati per i moduli convertitori
DC-DC e gli IC ci sono quelle relative all’architettura e quella
DBA (Dynamic Bus Architecture) è, per esempio, una delle
innovazioni più importanti degli ultimi anni. L’architettura
DBA è stata progettata per i sistemi di fascia alta, ma si
prevede un notevole ampliamento della sua diffusione nei
prossimi anni. I produttori di sistemi stanno richiedendo
infatti prodotti sempre più efficienti e con dimensioni
sempre minori, ma anche una maggiore configurabilità
e possibilità di ottimizzazione e le architetture si stanno
evolvendo per rispondere a queste esigenze.
Una delle sfide per i produttori di convertitori DC-
DC in pratica consiste nel prevedere come si evolverà
l’architettura IBA (Intermediate Bus Architecture). Una
considerazione molto importante a questo riguardo è che
la maggior parte delle architetture di potenza distribuite
attuali, e sicuramente quelle future, integrano una qualche
forma di gestione digitale dell’alimentazione digitale, e il
passaggio all’architettura DBA è legato proprio a questo
fattore. La DBA infatti ricorre a un bus Digital Converter
(DBC) che è in grado di ottimizzare dinamicamente la sua
efficienza e quella complessiva del sistema, e può essere
facilmente controllato e monitorato. In sostanza lo sviluppo
della diffusione del DBC rischia di rendere obsoleti gli attuali
convertitori di bus analogici, compresi quelli non regolati, i
semi-regolati e anche quelli regolati.
L’architettura DBA
L’architettura CCA è formata d un sistema centralizzato
di power management che controlla uno o più moduli
switching di terminazione, chiamati power block.
Nell’architettura CCA gli elementi di potenza sono controllati
tramite bus di comunicazione digitale che fornisce
informazioni e permette la programmazione degli elementi
di potenza. Per esempio, si può programmare un elemento
per ottenere per una certa tensione di uscita, riducendo il
numero di componenti richiesti dal progetto. Analogamente
si può utilizzare questa architettura per controllare lo stato
delle linee di alimentazione e rilevare eventuali problemi.
Utilizzando un’interfaccia digitale come quella I2C,
l’architettura CCA rende possibile per i progettisti di
sistemi l’ottimizzazione della potenza attiva erogata ad un
carico specifico. In sostanza la possibilità di disporre di un
sistema di comunicazione digitale permette ai progettisti di
avere una notevole flessibilità.
L’architettura CCA