EO_496

POWER POWER TOOL 33 - ELETTRONICA OGGI 496 - SETTEMBRE 2021 I sistemi elettronici di potenza preve- dono una serie di vincoli elettrici e di sicurezza che gli ingegneri devo- no tenere in considerazione durante le fasi di progettazione dei circuiti. Anche la gestione termica è un aspetto fonda- mentale, in quanto i componenti di un circuito di potenza possono raggiungere velocemente temperature molto elevate. Inoltre, il rumore introdotto dai regolatori switching può indurre la commutazione da uno stato logico all’altro nei circuiti di- gitali a bassa tensione, in particolar modo quando sono in gioco alte correnti. Come possono i progettisti prevedere e ridurre al minimo queste problematiche, in modo da minimizzare tempi e costi di realizzazione dei circuiti di potenza? Gli strumenti che si hanno a disposi- zione sono quelli dell’analisi circuitale e della simulazione, che per alcuni ambiti applicativi (quali appunto la potenza, ma anche la radiofrequenza) si rendono quasi obbligatori proprio a causa delle particolarità di tali circuiti. Analisi e Simulazione La simulazione numerica è una procedura standard nella progettazione di sistemi elettronici di potenza. Con la si- mulazione è possibile testare immediatamente il circuito progettato senza la necessità di realizzare fisicamente il PCB, ordinare componenti e assemblare i prototipi, il che potrebbe richiedere molto tempo e avere un costo notevole. Se il risultato della simulazione non è positivo si ottengono informazioni su tensioni e correnti troppo elevate, senza il rischio di causare danni fisici ai circuiti. Grazie alla simu- lazione è possibile analizzare correnti, tensioni e giunzioni termiche prima che il guasto accada, il che rende relativa- mente facile identificare le problematiche all’interno del progetto elettronico. In una prima fase di progettazione non si rendono necessarie apparecchiature costose per la misurazione, l’alimenta- zione e il carico, essenziali per testare i prototipi. Ulteriori vantaggi della simu- lazione sono la capacità di visualizzare facilmente campi, flussi e distribuzioni di proprietà fisiche, e la possibilità di avva- lersi dell’automazione parametrica per l’ottimizzazione e l’analisi statistica con le tecniche Monte Carlo (Fig. 1). Grazie a questi vantaggi sarebbe oppor- tuno sostituire i test dei prototipi facen- do ricorso a simulazioni numeriche per quanto possibile, al fine di ridurre i tempi di progettazione, risparmiare sui costi di sviluppo e rilevare anticipatamen- te problemi di affidabilità. Sfortunatamente, la simulazione pratica non mappa mai completamente la realtà: il sistema elettronico di potenza in esame deve essere semplificato per poter gestire il modello mediante un computer. Inoltre, la simulazione numerica darà sempre un risultato, ma spetta all’esperienza e alla conoscenza dell’ingegnere progettista verificare l’utilità e l’accuratezza del risultato. Parametri di simulazione Cosa è possibile simulare in un progetto di elettronica di potenza? Partiamo dal circuito elettrico: il progettista è sicuramente interessato alle forme d’onda di correnti e tensioni sotto dif- ferenti condizioni. Il risultato atteso è che correnti e tensioni devono rispettare i vincoli di progetto, quindi non eccedere determinati livelli. Si possono mettere a paragone output di correnti/tensioni rispetto agli ingressi, calcolando la carat- Tool per l’analisi e la validazione dei sistemi di potenza A. Di Paolo D. Di Gesualdo Una descrizione dei tool più utilizzati dai progettisti durante lo sviluppo dei sistemi elettronici di potenza che sono soggetti a stringenti vincoli sia elettrici sia di sicurezza Fig. 1 – Analisi Monte Carlo con LTSPICE