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41 POWER CONVERTERS ELETTRONICA OGGI 498 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2021 Fig. 1 – Per rendere compatibili EV e stazioni di ricarica, indipendentemente dal fatto che utilizzino la stessa tensione, il power delivery network utilizza un convertitore non isolato a rapporto fisso (NBM) Vicor per convertire 800 V in 400 V o 400 V in 800 V, a 6 kW. Questa soluzione scalabile ad alta efficienza e alta densità consente agli EV con diverse tensioni di batteria di utilizzare le stesse stazioni di ricarica gestire l’erogazione di potenza a seconda dei carichi del sistema. A causa dell’aumento del livello di potenza in gioco all’interno di applicazioni come i computer ad alte prestazioni e i veicoli elettrici, l’uso di 54 V e 48 V, rispettivamente, come livello di tensione di distribuzione SELV, invece dei 12 V, sta diventando sempre più diffuso. A causa delle correnti di carico più elevate, queste tensioni più elevate offrono significative riduzioni delle perdite di potenza di distribuzione (I2R) e miglioramenti dell’efficienza, oltre ai benefici ottenuti in termini di minore peso e costi derivanti dall’utilizzo di cavi, collegamenti, connettori e piani di alimentazione in rame dei PCB più piccoli. Tuttavia, la chiave per utilizzare convertitori a rapporto fisso nell’architettura d’ingresso in questi sistemi è la capacità di un qualsiasi convertitore intermedio downstream e regolatore PoL (point-of- load) di gestire un’ampia gamma di tensioni centrate su questi più elevati livelli SELV. I regolatori buck e buck boost con topologie zero-voltage switching (ZVS) presentano vantaggi grazie alle loro maggiori efficienze durante la conversione e la regolazione di tensioni più elevate. Prendiamo in esame tre applicazioni in cui si ottengono miglioramenti significativi nelle prestazioni separando queste tre funzioni: a) Applicazioni di ricarica per veicoli elettrici b) Applicazioni di robot per la raccolta c) Applicazione UAV Ricarica di veicoli elettrici: conversione ad alta tensione non isolata Il mercato dei veicoli elettrici (EV) utilizza sempre più batterie da 800 V e 400 V come fonte di alimentazione principale che, grazie alle loro capacità di ricarica rapida anche a queste tensioni, supportano un più ampio consenso e adozione della tecnologia EV. Le stazioni di ricarica vengono distribuite ampiamente ma non tengono conto di entrambe le tensioni della batteria. I produttori di automobili stanno però sviluppando sistemi di ricarica di bordo in grado sia di elevare i 400 V di una stazione perché si adatti agli 800 V della batteria del veicolo sia di ridurre gli 800 V di una stazione ai 400 V per la massima compatibilità e ricarica rapida (Fig. 1). I livelli di potenza per questi convertitori di bordo varia da 50 a 150 kW. Poiché la stazione di ricarica ha un’uscita DC isolata e regolata e le batterie da 800 V o 400 V dispongono di un convertitore DC ad alta tensione isolato per i sistemi downstream, l’isolamento e la regolazione non sono necessari per il convertitore bidirezionale 800 V-400 V. Utilizzando una topologia ad alta frequenza di commutazione, le efficienze si avvicinano al 99,3%, il che riduce drasticamente le dimensioni e il peso per questo tipo di convertitore. Fig. 2 – Per gestire l’ampia gamma di carichi conservando la potenza della batteria, un power delivery network di un robot per la raccolta utilizza un bus converter module (BCM) a rappoto fisso di Vicor per generare un bus da 48 V che riduce al minimo le perdite normalmente associate ai bus con tensione inferiore. La potenza viene quindi erogata in modo efficiente ai carichi con convertitori point-of-load a rapporto fisso o regolati quali NBM, PRM, ZVS buck e ZVS buck-boost di Vicor