Alimentatore switching

[Riddik89]

Non volevo sollevare un vespaio..... se a uno interessano solo i risultati può usare un integrato apposito senza bisogno di porsi troppe domande, una persona con pochissima esperienza può realizzarlo.
Saluti

[EnChamade]

Nessun vespaio, ci macherebbe... Tu hai esposto le tue ragioni, io le mie. Niente di più e... amici come prima.

se a uno interessano solo i risultati può usare un integrato apposito senza bisogno di porsi troppe domande, una persona con pochissima esperienza può realizzarlo.

Si, hai perfettamente ragione. Ma mi sembrava che ottaviane volesse anche iniziare ad imparare l'elettronica. Comunque sta a lui farsi vivo e chiedere.

[ottaviane]

Riddik89 ti ringrazio per la tua spiegazione molto semplice e diretta.
Purtroppo i miei studi sono puramente informatici, per cui conosco l'elettronica digitale
applicata ma quando cerco di applicare ciò all'elettrotecnica tutto si complica.
Avevo pensato di utilizzare un' economica CPU per comandare il gate dell'igbt e "verificare" il risultato (tensione in uscita) tramite un convertitore A/D.
Teoricamente digitalmente parlando è una stupidagine.
Il problema, come mi hai GENTILMENTE spiegato è nella dissipazione che si trova a sopportare l'igbt al momento che lo interrompo (se ho ben capito).
Ma mi chiedo: gli switching non fanno altro che "limitare" la potenza efficace intervenendo sui tagli della sinusoide in base ad un dutycicle?
ho trovato sul web questo schemino di uno switching step-down:

Tutto quindi sta in quell'induttanza e in quel condensatore? basta quindi progettare bene
tali componenti? Il difficile è questo?
Se questo schema è corretto allora comincio a vederci un po' più chiaro.
grazie sempre tantissimo a tutti i volenterosi che mi aiutano.

[ottaviane]

ah volevo inoltre dire che ho appena studiato il circuito l, c, ed lc.

[Riddik89]

Ciao, sono felice che tu abbia apprezzato i miei commenti, ma penso che tu abbia frainteso la mia spiegazione.....non ti preoccupare è normale ogni tanto cercare di fare il passo più lungo della gamba, sopratutto quando la curiosità e la voglia di sperimentare è tanta. La potenza dissipata\assorbita da un componente è data dalla differenza di tensione ai suoi capi moltiplicata per la correne che lo attraversa.

In un convertitore switching si cerca di mandare a zero in modo alternativo o la tensione (ai capi dell'igbt) o la corrente che lo attraversa, in questo modo Ploss=V*I=0 (sto facendo delle approssimazioni nella realtà vi sono comunque delle perdite).
L'igibt si comporta in un caso come circuito aperto e nell'altro caso come cortocircuito, si va a realizzare una modulazione PWM sul carico. http://it.wikipedia.org/wiki/Pulse-width_modulation

I problemi riguardanti capacità e induttori sono problemi molto più complessi.....

Non aggiungo altro per non finire off-topic.

PS la parte di controllo di un convertitore switching la puoi realizzare sia in analogico sia in digitale tramite l'utilizzo di un microcontrollore (probabilmente li studierai più avanti).
Il famoso Arduino di cui tutti parlano non è altro che un microcontrollore con un po' di componentistica già attaccata per renderne più facile l'uso.

PS EnChamade devo ammettere che ho trattato l'argomento con troppa leggerezza senza comprendere quali erano le conoscenze di base dell'utente

Saluti

[EnChamade]

No, scusa. Non vorrei sembrare prepotente o chissà cosa, ma bisogna essere onesti. Stai rischiando di prendere strade sbagliate che, inevitabilmente, ti allontaneranno dall'elettronica.

Avevo pensato di utilizzare un' economica CPU per comandare il gate dell'igbt e "verificare" il risultato (tensione in uscita) tramite un convertitore A/D.
Teoricamente digitalmente parlando è una stupidagine.

Mah... C'è genete che impiega l'intero dottorato di ricerca sul controllo digitale di convertitori e inverter. Chi ha orecchie per intendere, intenda...

Il problema, come mi hai GENTILMENTE spiegato, è nella dissipazione che si trova a sopportare l'igbt al momento che lo interrompo (se ho ben capito).

beh, lui non stava proprio parlando di questo . Ti stava dicendo i limiti che sussistono con un tipo di regolazione lineare, ossia una regolazione che fa uso del transistor come resistenza (controllata) in serie al carico. Qui, i switching non c'entrano nulla. Però, il problema di dissipazione nei regimi commutativi c'è sempre.

Ma mi chiedo: gli switching non fanno altro che "limitare" la potenza efficace intervenendo sui tagli della sinusoide in base ad un dutycicle?

No. Questa, casomai, potrebbe essere interpretata come una vaga descrizione di un dimmer a TRIAC, che, ancora una volta, non c'entra nulla con gli switching.
Idealmente, un convertitore switching converte una tensione continua in un'altra tensione sempre continua. Si chiamano convertitori DC - DC per questo. Il principio di funzionamento può essere descritto da molti punti di vista. Per ora, te la spiegherei in questo modo concettuale e senza matematica:
1 - Nella prima fase accumuli energia (di tipo magnetico) in un induttore, connettendolo alla tensione continua all'ingresso del tuo switching. L'induttore ha una proprietà particolare: che quando è attraversato da una corrente non gli piace che questa vari troppo bruscamente. Inoltre, appena tu attacchi un induttore ad un generatore di tensione ideale (senza resistenza, per capirci), la corrente in esso inizia a salire linearmente e la pendenza dipenderà dal valore dell'induttanza. Dopo un tempo preciso, passi alla fase due.
2 - In questa fase stacchi l'induttore dal generatore d'ingresso e lo attacchi direttamente al condensatore di uscita. L'induttore non è contento che lo stacchi dal generatore ed esso continua ad imporre una corrente che ora circola attraverso il condensatore di uscita che si carica. Questo succede perché nell'induttore vi è accumulata energia! Questa energia si trasferisce nel condensatore di uscita, che si carica ad una tensione precisa. Dopo un po' di tempo, sconnetti l'induttore dal tuo condensatore di uscita e lo rimetti attaccato al generatore di ingresso e ricominci il ciclo. Questo ciclo lo fai decine di migliaia di volte al secondo.
Queste due fasi si implementano utilizzando circuiti con interruttori elettronici che sono approssimati da transistor e diodi. Un esempio in cui si vede bene questo principio è il convertitore buck - boost (negli altri, il principio è identico ma è più difficile vederlo...):

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Infine, la durata delle due fasi e il modo con cui sono interconessi fra loro l'induttanza e la capacità determina la tensione di equilibrio raggiunta sul condensatore di uscita e quindi sul carico che vuoi alimentare (perché è connesso in parallelo al condensatore di uscita).

Tutto quindi sta in quell'induttanza e in quel condensatore? basta quindi progettare bene
tali componenti? Il difficile è questo?

No, non è questo il difficile. Il difficile è il fatto che devi implementare un controllo in retroazione stabile che deve compensare tutti gli effetti che fanno variare il comportamento del tuo convertitore reale rispetto a quello ideale. E questo è difficile.

Ah volevo inoltre dire che ho appena studiato il circuito l, c, ed lc.

Non è ancora un background sufficiente.

EnChamade devo ammettere che ho trattato l'argomento con troppa leggerezza senza comprendere quali erano le conoscenze di base dell'utente

Non ti preoccupare. Il fatto è che ne ho visti tanti di novizzi e, da come scrivono i primi post, di solito capisco dove possono arrivare...

[ottaviane]

mille grazie enchamade.
Anche la tua spiegazione comincia a fare un po' di luce ed è molto semplice.
Adesso quantomeno ho cominciato a capire a cosa serve quell'induttanza e quel condensatore.
Continuerò a spulciarmi il libro di elettrotecnica che mi hanno prestato.
Certo, ci vorrà un po', ma se ho dubbi li sottoporro' alla vostra gentilissima disponibilità.
Mi è anche piaciuta l'idea di giocare sul prodotto vxi azzerando prima l'una poi l'altra: geniale!
ok. grazie

[EcoTan]

Il difficile è il fatto che devi implementare un controllo in retroazione stabile che deve compensare tutti gli effetti che fanno variare il comportamento del tuo convertitore reale rispetto a quello ideale.

Concordo e aggiungo una considerazione:
il gruppo LC nel circuito di potenza comunque lo si voglia considerare finisce per imporre una rotazione di fase nell'anello di retroazione di quasi 180 gradi. Basta un piccolo ulteriore ritardo e siamo in piena instabilità, che nel caso più benigno si manifesta come subarmonica.

[EnChamade]

il gruppo LC nel circuito di potenza comunque lo si voglia considerare finisce per imporre una rotazione di fase nell'anello di retroazione di quasi 180 gradi. Basta un piccolo ulteriore ritardo e siamo in piena instabilità, che nel caso più benigno si manifesta come subarmonica.

EcoTan, quasi .
Quello che dici tu è vero per il buck e derivati isolati (a patto che il trasformatore in alta frequenza sia fatto bene) che lavorano in CCM. Per le altre topologie di convertitori le cose vanno peggio perché, oltre i due poli complessi coniugati, la loro funzione di trasferimento media ha anche uno zero reale e positivo. Significa che il sistema è a fase non minima e lo sfasamento totale introdotto dalla sezione di filtro è di 270 gradi: un vero incubo per la stabilità in catena chiusa. Questa approssimazione vale tendenzialmente fino ad un terzo della frequenza di Switching. Oltre, il comportamento reale del convertitore si discosta per la presenza di altri poli e zeri alle alte frequenze. Poi, in realtà, l'ESR del condensatore di uscita aiuta un po' perché introduce uno zero reale negativo ed ecco perché a volte non è bene usare condensatori troppo buoni in uscita.
In DCM le cose vanno un po' meglio. Fino a circa un decimo della frequenza di Switching ogni convertitore è approssimabile con una dinamica del primo ordine, con un polo reale negativo. Questo è dovuto al fatto che la corrente nell'induttore si annulla e la dinamica media alle basse frequenze è data dal condensatore di uscita. Il controllo è perciò banale.
Se però voglio un controllo più veloce, allora devo considerare bene gli effetti di dinamica introdotti dall'induttore e quindi anche in DCM ritorna una funzione media dello stesso grado di quella in CCM: due poli (questa volta però sono reali distinti, uno alle basse frequenze dato dal condensatore e uno alle alte frequenze) e, per alcuni convertitori, lo zero reale positivo.

La subarmonica dipende da un'altra cosa ed è tipica dei controlli di corrente.
Sono riuscito a spiegarmi?

[EcoTan]

Sì, più che altro ti credo. Comunque un fischio a 10 kHz in un buck a 20Khz lo ricordo senza che intervenisse la limitazione di corrente (credo), e sull'oscilloscopio si vedevano due situazioni sovrapposte o (affinando il livello di trigger) alternate.