alimentatori switching

[Mariano Marini]

Scusate la domanda da vero neofita: qual è il vantaggio di usare alimentatori switching, di ricorrere cioè alla cosiddetta SMPS (Switching Mode Power Supply)? non riesco ad intravedere altri vantaggi se non quello, comunque importante, di ottenere l disaccoppiamento delle masse; ce ne sono altri? tali alimentatori hanno dei trraasformatori ad alte frequenze, vi chiedo: perché si lavora a frequenze così alte (ho avuto a che fare anche con 500kHz)? per far sì che il trasformatore sia di dimensioni ridotte e quindi l'ingombro dell'intero alimentatore sia minimizzato e per avere la possibilità di effettuare convertitori multi-uscita, giusto? oltre a questi due fattori, vi sono altri aspetti che inducono a lavorare a frequenze tanto elevate? Grazie a tutti e scusate per il disturbo!!

[rini]

un limite imposto dai convertitori switching e quello imposto proprio dai componenti che hanno un tempo di commutazione pari a 100E-6 secondi, quindi al di sotto di questo tempo, le frequenze non possono scendere perché i componenti non avrebbero il tempo di commutare. Per commutare intendo il passaggio da T_on (il componente conduce) a T_off (il componente non conduce).
Un vantaggio e sicuramente che il ripple di corrente sovrapposto all'andamento medio della grandezza risulta migliore, e poi siccome è ad alta frequeza (uguale alla frequeza di commutazione) si riesce a filtrarlo con maggiore facilità.

[Stefano79]

qual è il vantaggio di usare alimentatori switching,

Il più grande vantaggio che si ha è nel rendimento.
Con un circuito lineare ben fatto si possono raggiungere facilmente rendimenti superiori al 75%, con un buon circuito si può avere più dell'85% (i convertitori risonanti si riescono a far lavorare addirittura attorno al 95% di efficienza).

Vuol dire che per erogare 100W di potenza se ne devono dissipare 5 (se il rendimento è del 95%).

Questo è un vantaggio enorme sugli alimentatori lineari che hanno rendimenti bassissimi (e soprattutto fortemente dipendenti dalla tensione di ingresso e quella di uscita).

Altri vantaggi molto grandi sono:
-Dimensioni ridotte
-Pesi molto ridotti (un alimentatore lineare da 1kW con ingresso a 60V e uscita a 30V è capace di pesare 30 kg, uno switching di tali caratteristiche 1 kg)
-Possibilità di elevare la tensione (ad esempio 10V in ingresso 24 V in uscita con un lineare non si può fare)
-Salendo in potenza costi minori

non riesco ad intravedere altri vantaggi se non quello, comunque importante, di ottenere l disaccoppiamento delle masse;

Non è assolutamente vero che tutti gli switching sono isolati.
I convertitori Buck, Boost, Cuc, Buck-Boost ad esempio non lo sono.

un limite imposto dai convertitori switching e quello imposto proprio dai componenti che hanno un tempo di commutazione pari a 100E-6 secondi, quindi al di sotto di questo tempo, le frequenze non possono scendere perché i componenti non avrebbero il tempo di commutare. Per commutare intendo il passaggio da T_on (il componente conduce) a T_off (il componente non conduce).

Questo non risponde alle domande di Mariano Marini ed è completamente falso (esistono convertitori che lavorano ben oltre al MHz con duty cycle bassi, meno di un 10% e quindi stiamo parlando di tempi dell'ordine di 100ns che è un millesimo di quello che hai detto tu)

Dipende dai tagli di potenza, dalle tensioni e da tante cose, ma un normale MOSFet di potenza da 60V 30A può accendersi e spegnersi in 20ns e ne esistono di migliori.

Un vantaggio e sicuramente che il ripple di corrente sovrapposto all'andamento medio della grandezza risulta migliore, e poi siccome è ad alta frequeza (uguale alla frequeza di commutazione) si riesce a filtrarlo con maggiore facilità.

Cosa vuol dire?



Ciao
Stefano

[rini]

Ciao Stefano, e grazie della bastonata che mi hai dato!!

esistono convertitori che lavorano ben .... dell'ordine di 100ns che è un millesimo di quello che hai detto tu

A me interessava far capire il concetto che al disotto del tempo di turn-off del mosfet non si può scendere...

Cosa vuol dire

Facile... non so se hai presente i PFC, ma questi qua assorbono una corrente che è sinusoidale (+ ripple sovrapposto, vedi figura 1, immagine 2) mentre quelli tradizionali assorbono una corrente "impulsiva", tipo l'ultima immagine della seconda figura.



e ti assicuro che è molto meglio avere la prima forma d'onda che la seconda. Questo a mio avviso mi sembra un vantaggio.

ciao

[Stefano79]

Ciao Stefano, e grazie della bastonata che mi hai dato!!

Se ti sono sembrato cattivo scusami, non era mia intenzione

Il problema è che non capisco più di cosa stiamo parlando.

I PFC li conosco, purtroppo (ne stò progettando uno da 200W per un alimentatore risonante e non è che sia uno scherzetto..)

Mariano Marini ha chiesto informazioni generiche su quale motivo spinge ad utilizzare un alimentatore switching invece che un alimentatore di altro tipo (e io ho supposto lineare.)

Ha parlato genericamente di switching.
Ha parlato di isolamento (che non è sinonimo di switching, come ho già detto esistono switching isolati e non, e servono entrambi)
Ha chiesto perché si lavora a frequenze così alte, e la risposta è che si riducono gli ingombri, in quanto tipicamente il complesso magnetico a parità di potenza può esser fatto più piccolo innalzando la frequenza (ovviamente c'è un limite tecnologico)

Tu hai risposto :

un limite imposto dai convertitori switching e quello imposto proprio dai componenti che hanno un tempo di commutazione pari a 100E-6 secondi

che è falso e non risponde alle domande poste.

Sarebbe come dire che le automobili non possono viaggiare a più di 30 km/h: in generale non è affatto vero e se fosse così le useresti per poche applicazioni.

Il concetto del tempo di Turn-On e Turn-Off è vero, però non è una risposta alle domande poste, e i limiti indicati sono inverosimili.

Se fosse vero che il tempo di commutazione di un semiconduttore è di 100us la frequezna di switching dovrebbe essere inferiore a 100 Hz-1kHz, e non se ne costruirebbero molti, non credi?

Un PFC è un particolare circuito che rende l'assorbimento di corrente in fase con una tensione sinusoidale, tipicamente la tensione di rete, e inoltre permette di creare alimentatori cosiddetti "universali" cioè che prendano in ingresso tensioni 90V-264V con frequenze 50-60Hz che coprono quasi tutte le casistiche di rete di distribuzione elettrica mondiale.
Questo è un circuito molto particolare e di solito non si usa da solo per fare un alimentatore.

Adesso ho capito a cosa invece ti riferivi con la frase riguardante il ripple di corrente....
A parte il fatto che non tutti gli switching sono fatti come un PFC, hai mai provato a filtrare le armoniche di corrente di un PFC?
Io sì, e sono tre mesi che tiriamo cancheri perché il PFC lavora molto bene con qualsiasi condizione di carico, ma non passa le omologazioni (EN55022 e correlate per intenderci) e quindi non si può vendere, cioè non siamo riusciti ancora a filtrare in maniera decente il PFC.

Non è così facile sai filtrare le armoniche di corrente ad alta frequenza...
Da quel punto di vista è più facile lavorare con alimentatori lineari (non si vede la figura che volevi portare ad esempio).


Potrò sembrarti sgarbato, ma dico solo quello che penso.

Ciao
Stefano

[Mariano Marini]

Grazie mille ad entrambi!!
Sono contento che abbia potuto avere le risposte che cercavo e che abbia fatto in qualche modo da input ad una discussione sicuramente garbata ed interessante!!
Vi ringrazio ancora sinceramente e vi saluto!!!

[Stefano79]

Seti abbiamo dato una mano sono felice.

Ciao
Stefano

[Mariano Marini]

Come no!!
Caro Stefano, mi avete dato proprio una bella mano!! più di quello che mi serviva e sperassi!! Grazie mille davvero e buon fine settimana!!
Ciao
Mariano