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POWER POWER TOOL 34 - ELETTRONICA OGGI 496 - SETTEMBRE 2021 teristica del trasferimento di potenza e la sua media. Oppu- re è possibile analizzare la linearità del sistema progettato simulando carichi differenti, o ancora calcolare il ripple di circuiti switching, PFC o stabilizzatori come percentuale di corrente/tensione di output media. Altro parametro da simulare è la temperatura, per tenere sotto controllo l’aspetto termico del circuito e progettare in maniera adeguata il sistema di raffreddamento dei com- ponenti. Gli ingegneri sono interessati all’analisi delle tem- perature delle giunzioni dei componenti a semiconduttore, dei trasformatori e degli induttori, in particolare durante i transienti che si vengono a creare sotto differenti condizio- ni, come per esempio durante un sovraccarico elettrico. In questo modo è possibile stimare la bontà e le performance di differenti sistemi di raffreddamento. Diretta conseguenza è l’aumento dell’affidabilità del circuito e del tempo-vita, in quanto una percentuale significativa di guasti nei circuiti di potenza avviene a causa di problemi legati alle alte tempe- rature dei componenti. La simulazione interviene anche nella progettazione di filtri per le EMI: stimando il rumore di modo comune e modo dif- ferenziale dei sistemi di potenza è possibile stabilire i para- metri per il circuito del filtro. Tramite la simulazione è possibile ottimizzare i circuiti e mi- nimizzare le perdite di energia, realizzando quindi sistemi più efficienti e meno costosi, utilizzando modelli più accu- rati e realistici di induttori e trasformatori (che causano una significativa perdita di potenza nel circuito). Step di simulazione Innanzitutto, bisogna scegliere una sorgente di energia con- trollata in tensione o corrente, per far sì che la simulazio- ne sia la più aderente possibile al sistema reale. Infatti, una sorgente reale ha dei limiti di corrente che può fornire a un sistema di potenza, e un carico di tipo corto circuito non può assorbire una corrente infinita. Per esaminare l’assorbimento di potenza da parte di un si- stema si può optare per la modifica iterativa del componen- te che simula il carico. Questo può essere effettuato tramite un’analisi di tipo sweep nel dominio del tempo. Questo tipo di analisi genera più curve che mostrano tensioni e corren- ti di output nel tempo per ogni valore del carico, fornendo così una comparazione immediata. Lo stesso tipo di analisi può essere effettuata modificando anche il tipo di carico, in particolare usando induttori o condensatori, così da analiz- zare le potenze in output, il ripple e la linearità. Altro step suggerito è quello di simulare la curva di cari- co dei transistor del circuito: in alcune applicazioni c’è bi- sogno di far lavorare i transistor nel range di linearità per l’intero intervallo di resistenza di carico. Per questioni di si- curezza, in un sistema di questo tipo la corrente in output deve essere limitata quando i transistor finiscono in zona di saturazione. Per simulare questa situazione è possibile effettuare l’analisi parametrica DC sweep, facendo variare il carico e la tensione di gate. È buona norma procedere in maniera iterativa durante la si- mulazione. Per esempio, prima di simulare il comportamento di un generatore PWM collegato al circuito di potenza, è bene simulare il circuito di potenza la cui sorgente di con- trollo è una sorgente a onda quadra indipendente. Una volta ottenuti i risultati voluti, si può passare all’aggiunta della propria sorgente di controllo PWM. Le grosse correnti e tensioni presenti in un circuito di poten- za possono creare disturbi e interferenze (rumore) in altri circuiti, che possono essere rilevati come radiate sull’usci- ta del sistema. Questo tipo di problematica non può essere studiata con una simulazione prima del layout del PCB; per questo motivo sarebbe opportuno creare un layout ad-hoc che permetta la simulazione e lo studio del crosstalk e del rumore. Questa analisi permetterebbe di avere il quadro della situazione davvero completo. Tool di simulazione e benchmark Ogni suite di progettazione elettronica professionale mette a disposizione il proprio tool di simulazione elettronica e termica dei circuiti. La maggior parte di questi tool fa uso dei componenti modellati tramite SPICE, un linguaggio di modellazione risalente al 1975. Il modello SPICE permette di caratterizzare il comportamento del componente in esame per ogni tipo di simulazione. Tra le suite maggiormente utilizzate e avanzate ricordiamo Altium Designer, OrCAD e Xpedition Designer. Questi sof- tware mettono a disposizione dei tool per la simulazione a partire dal circuito e dai modelli SPICE dei componenti, e Fig. 2 – Simulazione di PID controller su Simulink