Convertitore DC-DC: differenze tra le versioni

Versione delle 20:53, 15 ott 2011

Versione attuale delle 17:19, 30 apr 2024

(40 versioni intermedie di 28 utenti non mostrate)

Riga 1:

[[File:TomTom_One_(4N00.0121)_-_Advanced_Analog_Technology_AAT1118-1769.jpg|thumb|Convertitore DC-DC]]

In [[ingegneria elettronica]], un '''convertitore DC-DC''' è un circuito che converte una sorgente di [[corrente continua]] da una [[tensione elettrica|tensione]] a un'altra. Costituisce una classe di convertitori di potenza.

In [[ingegneria elettronica]], unUn '''convertitore DC-DC''', in [[ingegneria elettronica]], è un circuito che converte una sorgente di [[corrente continua]] da una [[tensione elettrica|tensione]] a un'altra. Costituisce una classe di convertitori di potenza.

== Utilizzo ==

[[File:Zeta_DC-DC_converter.svg|thumb|Diagramma circuitale]]

I convertitori DC-DC sono importanti nei dispositivi elettronici mobili come i [[telefono cellulare|telefoni cellulari]] e i [[portatile|computer laptop]], che sono alimentati da [[Batteria (chimica)|batterie]]. Tali strumenti elettronici spesso contengono diversi sottocircuiti, in cui ognuno necessita di un livello di [[tensione elettrica|tensione]] differente da quella fornita dalla batteria (tipicamente più alta o più bassa della tensione della batteria, e qualche volta anche tensioni negative). Inoltre, la tensione della batteria diminuisce man mano che la [[potenza elettrica|potenza]] viene prelevata. I convertitori DC-DC offrono un metodo di generare diversi livelli di tensione controllati a partire da una batteria a tensione variabile, risparmiando in tal modo spazio ed evitando di utilizzare molte batterie per fornire [[energia]] alle diverse parti dello strumento.

I convertitori DC-DC sono importanti nei dispositivi elettronici mobili come i [[telefono cellulare|telefoni cellulari]] e i [[computer portatile|computer laptop]], che sono alimentati da [[Batteria (chimica)|batterie]]. Tali strumenti elettronici spesso contengono diversi sottocircuiti, in cui ognuno necessita di un livello di [[tensione elettrica|tensione]] differente da quella fornita dalla batteria (tipicamente più alta o più bassa della tensione della batteria, e qualche volta anche tensioni negative). Inoltre, la tensione della batteria diminuisce man mano che la [[potenza elettrica|potenza]] viene prelevata. I convertitori DC-DC offrono un metodo diper generare diversi livelli di tensione controllati a partire da una batteria a tensione variabile, risparmiando in tal modo spazio ed evitando di utilizzare molte batterie per fornire [[energia]] alle diverse parti dello strumento. Ci sono 2 tipi di convertitori: lineari e switching.

== Metodi di conversione ==

=== Lineare ===

{{vedi anche|Regolatore lineare}}

Il più semplice metodo per convertire una [[tensione elettrica|tensione]] in un'altra tensione è un circuito chiamato ''[[partitore di tensione]]''. Questa tecnica utilizza [[resistore|resistori]] in [[circuiti in serie e in parallelo|serie]] con un generatore di tensione per fornire una tensione più bassa. Comunque, questo metodo presenta alcuni problemi:

* non consente una regolazione efficiente della tensione; infatti, anche se la regolazione è possibile con l'uso di un reostato, questo richiede che una parte della potenza sia dissipata dal reostato stesso;

* richiede comunque la conoscenza della resistenza del carico;

* offre poca efficienza, il che porta anche a un eccesso della dissipazione del [[calore]];

* essendo un circuito lineare risulta impossibile generare tensioni continue più alte di quella della batteria (teorema di non amplificazione di tensione);

* tensioni negative possono essere generate solo se la massa è un nodo interno nella rete dei resistori.

I convertitori lineari (regolatori stabilizzatori) sono circuiti che sfruttano un riferimento interno (ad esempio, un bandgap) e regolano la tensione di uscita tramite una retroazione interna. Essendo circuiti lineari, la tensione di uscita è sempre inferiore alla tensione di ingresso.

Ogni tipo di regolatore di tensione risolve i primi due problemi, mentre i regolatori lineari presentano gli ultimi tre problemi.

La grandezza Vin-Vout viene chiamata "drop-out" e il drop-out minimo limita la minima tensione in ingresso che permette al circuito di funzionare e mantenere l'uscita regolata. I convertitori (regolatori stabilizzatori) LDO, Low Drop Out, impiegano un transistor con una bassa tensione di giunzione o altre tecniche per poter funzionare anche con tensione di ingresso molto vicina alla tensione di uscita (caso di minima dissipazione di calore a parità di corrente fornita).

I convertitori lineari presentano vantaggi rispetto ai regolatori switching:

* garantiscono un'uscita molto meno rumorosa,

* garantiscono un'accuratezza della tensione di uscita dell'ordine di qualche percento, generalmente migliore rispetto agli switching,

* quelli monolitici sono circuiti integrati piccoli che non richiedono componenti esterni a parte condensatori di by-pass (inoltre sono spesso in package con 3 pin, Vin, Vout e GND).

Generalmente, sono meno flessibili dei regolatori switching e presentano alcuni svantaggi:

* la potenza dissipata dal circuito dipende dalla tensione di ingresso, in particolare da: <math>I_{out} \cdot (V_{in}-V_{out})</math>,

* l'efficienza dipende anch'essa da <math>V_{in}-V_{out}</math>, in quanto questa differenza di tensione viene “persa” sull'integrato,

* il drop-out minimo dipende da temperatura e corrente di uscita.

È importante tenere conto che, se il circuito viene fatto lavorare a <math>V_{in}-V_{out}</math> basse, l'efficienza può essere comparabile o migliore dei regolatori switching.

=== Metodo di conversione a switch ===

[[File:Flyback_conventions_french.svg|thumb|Convertitore Flyback]]

I convertitori elettronici a switch DC-DC sono disponibili per convertire un livello di tensione in un altro. Questi circuiti, molto simili agli [[alimentatore|alimentatori switching]], tipicamente compiono la conversione applicando tensione continua DC su un [[induttore]] per un periodo di tempo (di solito in un range di fequenza da 100 kHz a 5 MHz) nel quale scorre una corrente elettrica così da immagazzinare energia magnetica, quando viene tolta la tensione si trasferisce l'energia immagazzinata come tensione d'uscita del convertitore in maniera controllata. Agendo sul rapporto di on/off time, detto anche duty cycle, la tensione d'uscita rimane regolata anche se la corrente d'uscita cambia. Questo metodo di conversione è molto efficiente (compreso tra 80% e il 95%) a differenza del metodo lineare che dissipa potenza. Grazie all'elevata efficienza si aumenta la durata delle batterie dei dispositivi portatili. Uno svantaggio dei convertitori a commutazione è il rumore elettrico generato alle alte frequenze che comunque può essere limitato con appositi filtri.

[[File:H_bridge.svg|thumb|[[Ponte H]]]]

[[File:SEPIC_Schematic.gif|thumb|[[SEPIC converter|SEPIC]]]]

I convertitori elettronici a switch DC-DC sono disponibili per convertire un livello di tensione in un altro. Questi circuiti, molto simili agli [[alimentatore elettrico#Switching o "commutazione"|alimentatori switching]], tipicamente compiono la conversione applicando tensione continua DC su un [[induttore]] per un periodo di tempo (di solito in un range di fequenzafrequenza da 100 &nbsp;kHz a 5 &nbsp;MHz), nel quale scorre una corrente elettrica, così da immagazzinare energia magnetica,: quando viene tolta la tensione, si trasferisce l'energia immagazzinata come tensione d'uscita del convertitore in maniera controllata. Agendo sul rapporto di on/off timeperiodo, detto anche duty cycle, la tensione d'uscita rimane regolata anche se la corrente d'uscitaentrata cambia. Questo metodo di conversione è molto efficiente (compreso tra 80% e il 95%) a differenza del metodo lineare che dissipa potenza. Grazie all'elevata efficienza si aumenta la durata delle batterie dei dispositivi portatili. Uno svantaggio dei convertitori a commutazione è il rumore elettrico generato alle alte frequenze, che comunque può essere limitato con appositi filtri.

I convertitori DC-DC isolati si basano sullo stesso principio di funzionamento, ma mantengono isolati elettricamente ingresso e uscita tramite un trasformatore di isolamento. Ciò permette di avere differenti tensioni tra ingresso e uscita anche notevoli, nell'ordine delle centinaia o migliaia di volt. Possono essere delle eccezioni rispetto alla definizione dei convertitori di DC-DC, in quanto la loro tensione dell'uscita è spesso (ma non sempre) la stessa della tensione in ingresso.

Un convertitore DC-DC con uscita in corrente accetta una potenza continua in ingresso e produce in uscita una corrente costante, mentre la tensione d'uscita dipende dalla [[impedenza]] del carico.

Le varie topologie dei convertitori DC-DC possono generare varie combinazioni di tensioni. Alcuni nomi di convertitori a seconda della topologia sono:

* [[convertitore buck|buck]]

* [[convertitore boost|boost]]

Line 29 ⟶ 43:

* inverter

* forward

* [[Convertitore Flyback|flyback]]

* [[convertitore Push-Pull|push-pull]]

* half bridge

Line 43 ⟶ 57:

=== Elettrochimica ===

Un altro uso dei convertitori DC-DC nel range di potenza dai kW ad alcuni &nbsp;MW è rappresentato nelle [[FlowBatteria batterydi flusso|redoxbatterie flowdi batteriesflusso]] come le [[vanadiumbatterie redox batteryal vanadio]], anche se queste tecniche non sono state commercialmente applicate.

== Voci correlate ==

* [[Ladro di Joule]]

== Altri progetti ==

{{interprogetto}}

== Collegamenti esterni ==

* {{en}}cita [web|1=http://www.powerdesigners.com/InfoWeb/design_center/articles/DC-DC/converter.shtm |2=A general description of DC-DC converters.]|lingua=en|accesso=17 dicembre 2005|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20051217120256/http://www.powerdesigners.com/InfoWeb/design_center/articles/DC-DC/converter.shtm|dataarchivio=17 dicembre 2005|urlmorto=sì}}

* {{en}}cita [web|http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/2031/CMP/WP-29 |DC-DC Converter Tutorial]|lingua=en}}

* {{en}}cita [web|http://www.dimensionengineering.com/switchingregulators.htm |A beginner's guide to switching regulators.]|lingua=en}}

* {{en}}cita [web|1=http://www.smpstech.com/books/books.htm |2=Power Electronics Books]|lingua=en|accesso=21 marzo 2007|dataarchivio=8 febbraio 2009|urlarchivio=https://web.archive.org/web/20090208153444/http://www.smpstech.com/books/books.htm|urlmorto=sì}}

{{Controllo di autorità}}

{{portale|elettronica}}

[[Categoria:Convertitori elettronici]]

[[Categoria:Elettronica di potenza]]

[[cs:DC-DC měnič]]

[[da:DC-til-DC-konverter]]

[[de:Gleichspannungswandler]]

[[en:DC-to-DC converter]]

[[he:ממירי זרם ישר ממותגים]]

[[ja:電源回路#直流入力直流出力電源（DC to DC ）]]

[[pt:Conversor CC/CC]]

[[ta:நேரோட்ட - நேரோட்ட மாற்றி]]