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POWER
DC/DC Converter
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- ELETTRONICA OGGI 444 - APRILE 2015
fiato, si tratta però di due fenomeni diversi. Il ripple (ondu-
lazione) nasce per la carica e scarica periodica delle capa-
cità di uscita di un convertitore.
Per una struttura classica con raddrizzatore a singola se-
mionda l’ondulazione avviene esattamente alla frequenza
di commutazione del convertitore. In caso di topologie più
complicate con raddrizzamento a doppia semionda l’ondu-
lazione ha la frequenza doppia.
Quando si parla di ripple si intende comunemente l’ondu-
lazione di uscita che si presenta come sovrapposizione alla
tensione di uscita.
Ne esiste però anche di un altro tipo: la sovrapposizione,
in genere a dente di sega, alla corrente d’ingresso. Questa
viene chiamata Reflected Ripple Current ed è di grandezza
non trascurabile in particolare nel caso di collegamento di
più convertitori.
Il noise (rumore) ha invece una forma d’onda molto più
complessa, composta da diverse armoniche. Nasce dai pic-
chi di commutazione di transistor/FET durante ogni ciclo di
commutazione. Più sono rapidi
i transistor/FET, maggior ru-
more ne scaturisce. Nel design
di un convertitore DC/DC si
tratta quindi di trovare il giusto
equilibrio fra un rumore accet-
tabile e il massimo rendimento.
La figura 1 mostra un tipico
segnale ripple&noise. Il segna-
le di forma quasi sinusoidale è
in tal caso il ripple e i picchi di
disturbo che si sovrappongono all’onda rappresentano il
rumore. Prima di trattare le misure di filtraggio per la ridu-
zione del rumore occorre osservare qualcosa già relativa-
mente alla misura: per evitare influenze di disturbo esterne
indesiderate è importante effettuare la misura il più vicino
possibile al convertitore e collegare l’anello di massa del
puntale di misura direttamente con la massa del convertito-
re. Segnali di disturbo che alterano in modo considerevole
il risultato della misura possono altrimenti essere qui ac-
coppiati con tutti i collegamenti dei cavi.
Si consiglia inoltre di attivare la limitazione della larghezza
di banda dell’oscilloscopio a 20 MHz. In tal modo vengono
tagliati i segnali di disturbo esterni ad alta frequenza. Infine
occorre ancora verificare se nella scheda tecnica del pro-
duttore viene per esempio prescritto per la misurazione un
condensatore di uscita (tipicamente 0,1 µF).
Il ripple&noise viene sempre misurato peak-to-peak, vale
a dire come valore totale da picco a picco. Per la riduzione
i più adatti sono filtri LC sull’uscita. In particolare occorre
prestare qui attenzione ai condensatori.
Questi dovrebbero presentare un valore ESR (resistente
equivalente in serie) il più piccolo possibile vicino ai pin del
convertitore. Il valore LC si ricava dalle due formule, dove la
frequenza del filtro fc dovrebbe essere scelta di un decimo
della frequenza di lavoro del convertitore.
Calcolo per il filtro LC
Altre componenti ancora da filtrare
Oltre ai due motivi principali trattati per l’uso di un filtro,
CEM e ripple&noise, ci sono ancora un gran numero di altri
effetti che richiedono un circuito di protezione o un filtro. Di
seguito sranno trattate in modo molto stringato ancora due
di tali grandezze.
Limitazione della corrente di spunto:
una corrente di
spunto (inrush current) troppo intensa può danneggiare il
convertitore. Tale corrente viene provocata da diversi pro-
Fig. 2 – Misurazione corretta del ripple&noise
Fig. 3 – Laboratori per diversi tipi di test di qualità e stress test