Convertitore DC-DC: differenze tra le versioni

Versione delle 18:33, 12 giu 2016

Versione attuale delle 17:19, 30 apr 2024

(15 versioni intermedie di 10 utenti non mostrate)

Riga 1:

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

Nell'ambito della conversione statica dell'energia, un convertitore di tipo DC-DC è un amplificatore capace di regolare con continuità una o più grandezze elettriche, fornite ad un utilizzatore in regime continuo (DC), dimensionato in modo da assorbire energia elettrica da una sorgente esterna funzionante in regime continuo (DC), in modo efficiente e compatibile con l'ambiente elettromagnetico circostante.

Un '''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 [[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.

=== Lineare ===

{{vedi anche|Regolatore lineare}}

I convertitori lineari 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.

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 lineari sono chiamati generalmente LDO, Low Drop Out, per enfatizzare il fatto che sono in grado di funzionare anche con tensione di ingresso molto vicina alla tensione di uscita.

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.

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 lineari(regolatori sono chiamati generalmentestabilizzatori) LDO, Low Drop Out, perimpiegano enfatizzareun iltransistor fattocon cheuna sonobassa in gradotensione 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 nonmolto 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).

Line 21 ⟶ 27:

=== 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 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 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 frequenza 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 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.

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 52 ⟶ 61:

== Voci correlate ==

* [[Ladro di Joule]]

== Altri progetti ==

{{interprogetto}}

== Collegamenti esterni ==

* {{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}}

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

* {{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}}

{{portale|elettronica}}