Convertitore DC-DC: differenze tra le versioni

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

{{T|lingua=inglese|argomento=elettronica|data=marzo 2007}}

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]]

DC to DC converters are important in portable electronic devices such as [[cellular phone]]s and [[laptop computer]]s, which are supplied with power from [[Battery (electricity)|batteries]]. Such electronic devices often contain several sub-circuits with each sub-circuit requiring a unique voltage level different than that supplied by the battery (sometimes higher or lower than the battery voltage, and possibly even negative voltage). Additionally, the battery voltage declines as its stored power is drained. DC to DC converters offer a method of generating multiple controlled voltages from a single variable battery voltage, thereby saving space instead of using multiple batteries to supply different parts of the device.

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 per 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}}

A simple method of converting one voltage to another is a circuit known as a ''[[voltage divider]]''. This technique uses [[resistor]]s in [[Series and parallel circuits|series]] with the voltage supply to provide a lower voltage. However, this method suffers serious drawbacks:

* Provides no [[voltage regulation]]

* Requires knowledge of the resistance of the load

* Poor [[electrical efficiency|efficiency]], which also leads to excess heat [[dissipation]]

* Impossible to generate voltages higher than the supply voltage

* Impossible to generate negative voltages, unless the system ground is defined by a node in the resistor network.

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.

Any kind of [[voltage regulator]] solves the first two problems, however, [[linear regulator]]s still have the last three problems.

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]]

Electronic switch-mode DC to DC converters are available to convert one DC voltage level to another. These circuits, very similar to a [[switched-mode power supply]], generally perform the conversion by applying a DC voltage across an [[inductor]] or [[transformer]] for a period of time (usually in the 100 kHz to 5 MHz range) which causes current to flow through it and store energy magnetically, then switching this voltage off and causing the stored energy to be transferred to the voltage output in a controlled manner. By adjusting the ratio of on/off time, the output voltage can be regulated even as the current demand changes. This conversion method is more power efficient (often 80% to 95%) than linear voltage conversion which must dissipate unwanted power. This efficiency is beneficial to increasing the running time of battery operated devices. A drawback to switching converters is the electronic noise they generate at high frequencies, which must sometimes be filtered.

[[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 frequenza 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/periodo, detto anche duty cycle, la tensione d'uscita rimane regolata anche se la corrente d'entrata 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.

Isolated DC-DC converters convert a DC input power source to a DC output power while maintaining isolation between the input and the output, generally allowing differences in the input-output ground potentials in the range of hundreds or thousands of volts. They can be an exception to the definition of DC-DC converters in that their output voltage is often (but not always) the same as the input voltage.

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.

A current-output DC-DC converter accepts a DC power input, and produces as its output a constant current, while the output voltage depends on the [[Electrical impedance|impedance]] of the load.

The various topologies of the DC to DC converter can generate voltages higher, lower, higher and lower or negative of the input voltage; their names are:

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.

*[[buck converter|Buck]]

*[[boost converter|Boost]]

*[[buck-boost converter|Buck-boost]]

*Inverting

*Forward

*[[Flyback converter]]

*[[Push-Pull Converter|Push-pull]]

*Half bridge

*[[H-bridge|Full bridge]]

*[[Ćuk converter|Ćuk]]

*[[SEPIC converter|SEPIC]]

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

In general, the term "DC to DC converter" almost always refers to one of these switching converters.

* [[convertitore buck|buck]]

* [[convertitore boost|boost]]

* [[convertitore buck-boost converter|Buckbuck-boost]]

* inverter

* forward

* [[Convertitore Flyback|flyback]]

* [[convertitore Push-Pull Converter|Pushpush-pull]]

*Half half bridge

* [[H-bridge|Fullfull bridge]]

* [[buckĆuk converter|BuckĆuk]]

* [[boostSEPIC converter|BoostSEPIC]]

In generale, il termine "convertitore DC-DC" si riferisce a uno di questi convertitori a commutazione.

Switching DC to DC converters are available in a wide variety of input and fixed or adjustable output voltages.

I convertitori DC-DC a commutazione sono disponibili con una grande varietà di ingressi e uscite di tensioni fisse o variabili.

DC to DC converters are now available as [[integrated circuit]]s needing minimal extra components to build a complete converter. DC to DC converters are also available as complete [[hybrid circuit]]s, ready for use within an electronic device.

I convertitori DC-DC sono ora disponibili come [[circuiti integrati]] che necessitano di pochi componenti esterni per costruire un convertitore completo. I convertitori DC-DC sono anche disponibili come [[ibrido (elettronica)|circuiti ibridi]] completi, pronti all'uso.

=== Elettrochimica ===

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

A further means of DC to DC conversion in the kW to many MW range is presented by using [[Flow battery|redox flow batteries]] such as the [[vanadium redox battery]], although this technique has not been applied commercially to date.

== Voci correlate ==

==Collegamenti esterni==

* [[Ladro di Joule]]

* [http://www.powerdesigners.com/InfoWeb/design_center/articles/DC-DC/converter.shtm A general description of DC-DC converters.]

* [http://www.maxim-ic.com/appnotes.cfm/appnote_number/2031/CMP/WP-29 DC-DC Converter Tutorial]

* [http://www.dimensionengineering.com/switchingregulators.htm A beginner's guide to switching regulators.]

* [http://www.smpstech.com/books/books.htm Power Electronics Books]

== Altri progetti ==

[[Categoria:Componenti elettronici]]

{{interprogetto}}

[[Categoria:Elettronica di potenza]]

== Collegamenti esterni ==

[[de:Gleichstromsteller]]

* {{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:DC to DC converter]]

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

[[ta:நேரோட்ட - நேரோட்ட மாற்றி]]

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

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[[Categoria:Elettronica di potenza]]