EO_495

POWER DC/DC CONVERTER 45 - ELETTRONICA OGGI 495 - GIUGNO/LUGLIO 2021 A causa di questi requisiti rigorosi, è essenziale cre- are un layout compatto e con induttività molto bassa, con filtri adatti al convertitore. In termini di compatibi- lità elettromagnetica, i cavi di ingresso e uscita sono le antenne dominanti nel range di frequenza fino a 1 GHz. A seconda della modalità operativa, il convertitore ha loop di corrente ad alta frequenza all’ingresso e all’uscita (Fig. 2), quindi entrambi devono essere fil- trati. Ciò impedisce all’interferenza ad alta frequenza prodotta dalla commutazione rapida del MOSFET di venire radiata attraverso i cavi. Questo esempio applicativo offre grande libertà di progettazione attraverso un ampio range della ten- sione di ingresso, fino a 60 V DC , una frequenza di commutazione regolabile e la possibilità di guidare quattro MOSFET esterni. Il progetto è basato su una scheda a due lati e sei strati, con una frequenza di commutazione di 400 kHz. Il ripple di corrente nell’induttore deve essere pari a circa il 30% della corrente nominale. I MOSFET da 60 V sono caratterizzati da una bassa resistenza di accensione (R DS(on) ) e da una bassa resistenza termi- ca (R th ). La figura 3 mostra un layout semplificato del circuito. Selezione degli induttori Con l’aiuto della piattaforma di progettazione onli- n e REDEXPERT è possibile selezionare l’induttore in modo rapido e preciso. In questo esempio, tutti i pa- rametri operativi (tensione di ingresso V in , frequenza di commutazione f sw , corrente di uscita I out, tensione di uscita V out e corrente di ripple I Ripple ) devono essere immessi una prima volta per il convertitore buck e una seconda volta per il convertitore boost. In modalità buck, il risultato è un’induttanza maggio- re e una corrente massima di picco minore (7,52 µH e 5,83 A). La modalità boost è caratterizzata invece da un’indut- tanza minore e una corrente massima di picco maggio- re (4,09 µH e 7,04 A). È stata selezionata una bobina schermata da 6,8 µH con corrente nominale di 15 A della serie WE- XHMI . È caratterizzata da una RDC molto bassa e da dimensioni estremamente compatte, pari a soli 15 mm x 15 mm x 10 mm (L x P x A). Un nucleo in materiale innovativo garantisce caratteristiche di sa- turazione morbida e indipendente dalla temperatura. Selezione dei condensatori Le correnti impulsive elevate attraverso i condensatori di blocco e il ripple basso rendono una combinazione di condensatori polimerici in alluminio e di condensa- tori ceramici la scelta migliore. Determinando il ripple massimo di tensione ammesso all’ingresso e all’uscita, è possibile calcolare le capacità richieste come segue: (D = duty cycle, impostato da REDEXPERT a 0,78) Sele- zionato: 6 x 4,7 F / 50 V / X7R = 28,2 µF (WCAP-CSGP 885012209048). Con l’aiuto di REDEXPERT è semplice determinare la polarizzazione in corrente continua (DC bias) dei con- densatori (MLCC), con un conseguente valore pratico maggiore. Si può prevedere una capacità del 20% in- feriore con una tensione di ingresso di 24 V. In questo modo si ottiene una capacità effettiva di soli 23 µF, che è comunque sufficiente. Parallelamente ai condensato- ri ceramici, viene coll egato in serie un condensatore polimerico in allumini o WCAP-PSLC d a 68 µF/35 V con una resistenza SMD da 0,22 . Questo condensatore viene utilizzato per mantenere la stabilità rispetto all’impedenza di ingresso negativa del convertitore di tensione, in combinazione al filtro di ingresso. Dal momento che il condensatore è anche soggetto a correnti a impulsive elevate, un condensa- tore elettrolitico in alluminio è meno adatto, in quanto si riscalderebbe rapidamente a causa della resistenza serie equivalente (Equivalent Series Resistance, ESR) più alta. I condensatori in uscita vengono selezionati allo stes- so modo: Selezionato: 6 x 4,7 µF / 50 V / X7R = 28,2 µF - 15% di polarizzazione in corrente continua (DC bias) = 24 µF (WCAP-CSGP 885012209048). Inoltre, un condensatore polimerico in alluminio ( WCAP-PSLC da 220 µF/25 V) garantisce una risposta sufficientemente rapida per i transitori. Fig. 3 – Schematico semplificato del livello di potenza del progetto