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Regolatore Switching: info e aiuti

Elettronica lineare e digitale: didattica ed applicazioni

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[1] Regolatore Switching: info e aiuti

Messaggioda Foto UtenteAleEl » 3 lug 2020, 18:07

Ciao a tutti..



Ho fatto questo circuito generico, sperando di averlo fatto giusto. Dovrebbe essere un regolatore switching.

Ho provato, tramite Multisim, a giocare con questo circuito e i valori dei componenti.
Utilizzando:
L1 = 200 uH
C1 = 100 uF
R carico = 3 Ohm
frequenza PWM = 50 kHz

Ho visto che in uscita la tensione, oltre a variare, era anche molto livellata. (almeno dalla simulazione).
I valori che ho utilizzato sono completamente casuali, in quanto non so come si dimensionano e come funziona il tutto.
Sono qui proprio per chiedervi queste cose: informazioni sul circuito, come funziona, come si dimensiona questo circuito, cosa bisogna tenere in considerazione per il corretto funzionamento... insomma, tutto.
É un argomento che non abbiamo ancora visto a scuola, dato che siamo in terza, peró a me interessa comunque studiarlo per conto mio.
Vi chiedo quindi, se avete voglia, di spiegarmi qualcosa, oppure di passarmi dei link utili, ad esempio di PDF, discussioni, spiegazioni...


Grazie in anticipo
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[2] Re: Regolatore Switching: info e aiuti

Messaggioda Foto UtenteMarcoD » 3 lug 2020, 18:28

Cercando nel web, ho trovato:
http://www.die.ing.unibo.it/pers/ribani ... titori.pdf
Nelle ultime pagine trovi qualcosa.
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[3] Re: Regolatore Switching: info e aiuti

Messaggioda Foto UtenteAleEl » 3 lug 2020, 20:11

MarcoD ha scritto:Cercando nel web, ho trovato:
http://www.die.ing.unibo.it/pers/ribani ... titori.pdf
Nelle ultime pagine trovi qualcosa.
O_/


Grazie :D
Ho una prima domanda, dopo aver guardato velocemente il tutto: come mai nello schema il diodo ha una x rossa sopra?

Poi: la corrente di tale diodo, da cosa dipende?

Poi: c'è differenza se interrompo con il transistor/mosfet il positivo o il negativo?
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[4] Re: Regolatore Switching: info e aiuti

Messaggioda Foto Utentesteve95 » 3 lug 2020, 20:12

Il circuito è il più semplice esempio di buck converter, qui trovi un'ampia spiegazione con tanto di simulazione interattiva: http://www.onmyphd.com/?p=voltage.regul ... .converter

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[5] Re: Regolatore Switching: info e aiuti

Messaggioda Foto UtenteAleEl » 3 lug 2020, 20:20

steve95 ha scritto:Il circuito è il più semplice esempio di buck converter, qui trovi un'ampia spiegazione con tanto di simulazione interattiva: http://www.onmyphd.com/?p=voltage.regul ... .converter

O_/


Ho dato un'occhiata veloce, e nell'ultima parte c'è un esempio di progettazione.

Questi sono i dati che ha:
Input voltage 30 V
Output voltage 12 V
Maximum power 120 W
Switching frequency 500 kHz
Inductor current ripple 30% of maximum current
Output voltage ripple 200mV
Input voltage ripple 1V


Le mie domande sono:
Nell'esempio c'è un tensione di output fisso: io che voglio un tensione variabile, tramite MOS, come devo comportarmi?

La frequenza di switching, come la determino? Nel senso: solitamente gli switching in quale range di frequenza lavorano? Posso sceglierla in modo arbitrario?

Il ripple dell'induttanza da cosa dipende? Come lo determino?

Il ripple del tensione in uscita, penso sia più un capriccio nel volere un'output il più lineare possibile, giusto? Perciò dipende da me, giusto?

Il ripple del tensione in ingresso, invece, dipende dall'alimentatore che si usa per l'alimentazione, corretto?
Ha assegnato il valore di un volt come precauzione?



Forse queste risposte le trovo nel link, tuttavia non ho ancora letto tutto... Quindi chiedo a te, così se hai tempo e voglia puoi anche aggiungere un paio di parole in più
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[6] Re: Regolatore Switching: info e aiuti

Messaggioda Foto UtenteAleEl » 3 lug 2020, 22:29

Ho provato a simulare il circuito di esempio nel link.. Non funziona
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[7] Re: Regolatore Switching: info e aiuti

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 3 lug 2020, 22:33

AleEl ha scritto: Dovrebbe essere un regolatore switching.

Manca un componente importantissimo per un convertitore vero, un condensatore in parallelo all'ingresso, altrimenti inietti rumore in mezzo universo. Con il condensatore invece lo inietti solo in un quarto di universo :-)

Volevo suggerirti un sito con animazioni varie, ma ho visto che Foto Utentesteve95 ne ha suggerito uno ottimo (*), che comprende anche le spiegazioni del funzionamento che dovresti studiare bene per trovare le risposte a buona parte delle tue domande.

Per passare poi alla progettazione, serve conoscere ancora un po' di cose pratiche. Ad esempio nelle formule di funzionamento c'e` sempre il prodotto della induttanza moltiplicata per la frequenza di commutazione, oppure induttanza diviso per il periodo. Questo vuol dire che puoi scegliere in base all'esperienza e alle specifiche uno dei due parametri (L oppure f) e calcoli l'altro di conseguenza. In genere si sceglie la frequenza e si determina il valore dell'induttanza.

(*) Nel sito si calcola il ripple di uscita assumendo un condensatore (quasi) ideale. Questo e` vero solo se si usano condensatori ceramici, che hanno altri inconvenienti, mentre se si usano condensatori elettrolitici la progettazione e` diversa.
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[8] Re: Regolatore Switching: info e aiuti

Messaggioda Foto UtenteAleEl » 3 lug 2020, 22:41

IsidoroKZ ha scritto:Manca un componente importantissimo per un convertitore vero, un condensatore in parallelo all'ingresso, altrimenti inietti rumore in mezzo universo. Con il condensatore invece lo inietti solo in un quarto di universo :-)


Lo aggiungo subito allo schema della simulazione, grazie

IsidoroKZ ha scritto:Volevo suggerirti un sito con animazioni varie, ma ho visto che Foto Utentesteve95 ne ha suggerito uno ottimo (*), che comprende anche le spiegazioni del funzionamento che dovresti studiare bene per trovare le risposte a buona parte delle tue domande.


Stasera me lo studio, tuttavia so giá che avró qualcosa da chiedere..
Ho provato a fare l'ultimo circuito di esempio, ma non funziona. Ho usato i valori da loro calcolati: 6,8 uF per il condensatore e 4,7 uH per l'induttore (4,8 uH non c'era).

IsidoroKZ ha scritto:Per passare poi alla progettazione, serve conoscere ancora un po' di cose pratiche. Ad esempio nelle formule di funzionamento c'e` sempre il prodotto della induttanza moltiplicata per la frequenza di commutazione, oppure induttanza diviso per il periodo. Questo vuol dire che puoi scegliere in base all'esperienza e alle specifiche uno dei due parametri (L oppure f) e calcoli l'altro di conseguenza. In genere si sceglie la frequenza e si determina il valore dell'induttanza.


Che valore di frequenza potrebbe andar bene per un alimentatore switching? 300kHz?

L*f cosa mi dá? L/T?

IsidoroKZ ha scritto:(*) Nel sito si calcola il ripple di uscita assumendo un condensatore (quasi) ideale. Questo e` vero solo se si usano condensatori ceramici, che hanno altri inconvenienti, mentre se si usano condensatori elettrolitici la progettazione e` diversa.


Quali sono gli inconvenienti dei condensatori ceramici?
Considerare nei conti un condensatore ideale, comporta un ripple reale maggiore?


Grazie ancora per l'aiuto
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[9] Re: Regolatore Switching: info e aiuti

Messaggioda Foto UtenteAleEl » 3 lug 2020, 22:52

Poi, un'altra cosa:
Al punto due l'articolo menziona la formula per calcolare l'induttore:

L = [(Vion - Vout) / Δiol ] * D * T

Tuttavia, la mia Vout é variabile, perché io voglio che sia tale. Come devo fare quindi? Se non sbaglio, l'articolo parla solo di circuiti con tensione fissa
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[10] Re: Regolatore Switching: info e aiuti

Messaggioda Foto UtenteIsidoroKZ » 3 lug 2020, 22:53

Il condensatore di ingresso serve nei convertitori veri, in simulazione potrebbero anche non servire, dato che si usa un generatore di tensione ideale.

Per il resto posso solo dire che nel corso di elettronica di potenza, al quinto anno di ingegneria, ci voleva un corso intero (molte decine di ore di lezione) per arrivare al progetto, e il tutto usando le conoscenze dei quattro anni precedenti: non c'e` la formula semplice per il progetto, ci vuole pazienza e studiare come funziona il circuito, cosa che, ad esempio, richiede di sapere come si comporta una induttanza nel dominio del tempo, come si trova la carica data una forma d'onda di corrente...
Per usare proficuamente un simulatore, bisogna sapere molta più elettronica di lui
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