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Corso diELETTRONICA INDUSTRIALE
Corso diELETTRONICA INDUSTRIALE
““ConvertitoreConvertitore FlybackFlyback..EsempioEsempio di di progettoprogetto””
•• Struttura e caratteristiche del Struttura e caratteristiche del convertitore convertitore FlybackFlyback
•• Progetto di un convertitore Progetto di un convertitore FlybackFlybackmultimulti--uscitauscita
Argomenti trattatiArgomenti trattati
Convertitore Convertitore FlybackFlyback
++
--uuoo
SS DD
UUii
++
--
ii11
CCLL
iiooii22
•• èè il piil piùù semplice schema a trasformatoresemplice schema a trasformatore
•• ll’’induttanza del convertitore induttanza del convertitore buckbuck--boostboostviene sostituita da un mutuo induttoreviene sostituita da un mutuo induttore
•• ha un basso fattore di utilizzo Pha un basso fattore di utilizzo Poo/P/PSS
NN11 NN22uu11++
--uu22++
--
ii11 ii22
RR
Φ111 1=
N iR
Φ111 1=
N iR
Mutuo InduttoreMutuo Induttore
Φ222 2=
N iR
Φ222 2=
N iR
Φ Φ12 12 22= σΦ Φ12 12 22= σ
Φ Φ21 21 11= σΦ Φ21 21 11= σFlussi concatenati con gli avvolgimenti:Flussi concatenati con gli avvolgimenti:
( )λ λ λ1 11 12 1 11 12= + = +N Φ Φ( )λ λ λ1 11 12 1 11 12= + = +N Φ Φ
= +⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
N N i N i1
1 112
2 2R R
σ= +⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
N N i N i1
1 112
2 2R R
σ
Flussi concatenati con gli avvolgimenti:Flussi concatenati con gli avvolgimenti:( )λ λ λ2 22 21 2 22 21= + = +N Φ Φ( )λ λ λ2 22 21 2 22 21= + = +N Φ Φ
= +⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
N N i N i2
2 221
1 1R R
σ= +⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
N N i N i2
2 221
1 1R R
σ
Mutuo InduttoreMutuo Induttore
NN11 NN22uu11++
--uu22++
--
ii11 ii22
RR
Φ111 1=
N iR
Φ111 1=
N iR
Φ222 2=
N iR
Φ222 2=
N iR
Φ Φ12 12 22= σΦ Φ12 12 22= σ
Φ Φ21 21 11= σΦ Φ21 21 11= σ
Coefficiente di accoppiamento:Coefficiente di accoppiamento:
σ σ σ1212
2221
21
11= = = =ΦΦ
ΦΦ
σ σ σ1212
2221
21
11= = = =ΦΦ
ΦΦ
Mutuo InduttoreMutuo Induttore
NN11 NN22uu11++
--uu22++
--
ii11 ii22
RR
Φ111 1=
N iR
Φ111 1=
N iR
Φ222 2=
N iR
Φ222 2=
N iR
Φ Φ12 12 22= σΦ Φ12 12 22= σ
Φ Φ21 21 11= σΦ Φ21 21 11= σ
Accoppiamento perfetto:Accoppiamento perfetto:
σ = ⇒ = =1 12 22 21 11Φ Φ Φ Φ,σ = ⇒ = =1 12 22 21 11Φ Φ Φ Φ,
Mutuo InduttoreMutuo Induttore
NN11 NN22uu11++
--uu22++
--
ii11 ii22
RR
Φ111 1=
N iR
Φ111 1=
N iR
Φ222 2=
N iR
Φ222 2=
N iR
Φ Φ12 12 22= σΦ Φ12 12 22= σ
Φ Φ21 21 11= σΦ Φ21 21 11= σ
Coefficienti di autoCoefficienti di auto-- e mutua induzione:e mutua induzione:
λ σ112
1 2 1 21 1 2= + = +
N i N N i L i L iMR Rλ σ1
12
1 2 1 21 1 2= + = +
N i N N i L i L iMR R
L L LM = σ 1 2L L LM = σ 1 2
Accoppiamento Accoppiamento perfetto:perfetto:
L L LM = 1 2L L LM = 1 2
Mutuo InduttoreMutuo Induttore
NN11 NN22uu11++
--uu22++
--
ii11 ii22
RR
Coefficienti di autoCoefficienti di auto-- e mutua induzione:e mutua induzione:
λ σ222
2 1 2 12 2 1= + = +
N i N N i L i L iMR Rλ σ2
22
2 1 2 12 2 1= + = +
N i N N i L i L iMR R
L L LM = σ 1 2L L LM = σ 1 2
Accoppiamento Accoppiamento perfetto:perfetto:
L L LM = 1 2L L LM = 1 2
Mutuo InduttoreMutuo Induttore
NN11 NN22uu11++
--uu22++
--
ii11 ii22
RR
Energia accumulata:Energia accumulata:
W i i L i L i L i iM= + = + +12
12
12
121 1 2 2 1 1
22 2
21 2λ λW i i L i L i L i iM= + = + +
12
12
12
121 1 2 2 1 1
22 2
21 2λ λ
Mutuo InduttoreMutuo Induttore
NN11 NN22uu11++
--uu22++
--
ii11 ii22
RR
Nota:Nota:Contrariamente al trasformatore ( ), il Contrariamente al trasformatore ( ), il mutuo induttore ( ) accumula energia. A mutuo induttore ( ) accumula energia. A tal fine vengono introdotti deital fine vengono introdotti dei traferritraferri..
R = 0R = 0R > 0R > 0
Mutuo InduttoreMutuo Induttore
NN11 NN22uu11++
--uu22++
--
ii11 ii22
RR
NN11 NN22uu11++
--uu22++
--
ii11 ii22
Nota:Nota:Contrariamente al trasformatore ( ), il Contrariamente al trasformatore ( ), il mutuo induttore ( ) accumula energia. A mutuo induttore ( ) accumula energia. A tal fine vengono introdotti dei tal fine vengono introdotti dei traferritraferri..
R = 0R = 0R > 0R > 0
RR
Mutuo InduttoreMutuo Induttore
Equazioni del mutuo induttoreEquazioni del mutuo induttore
uu11 uu22
++
--
++
--
ii11 ii22
uu dddtdt
LL dddtdt
LL dddtdt
uu dddtdt
LL dddtdt
LL dddtdt
1111
1111
MM
2222
MM11
22
== == ⋅⋅ ++ ⋅⋅
== == ⋅⋅ ++ ⋅⋅
⎧⎧
⎨⎨⎪⎪
⎩⎩⎪⎪
λλ
λλ
ii ii
ii ii
22
22
Funzionamento del convertitore Funzionamento del convertitore flybackflybackFase di on Fase di on (CCM)(CCM)
++
--UUoo
SS DD
UUii
++
--
ii11
CC
NN11
iiooii22
NN22
uu22uu11++
-- ++
--
S onS on ii22 = 0= 0uu11 = = UUii D offD off⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒
Funzionamento del convertitore Funzionamento del convertitore flybackflybackFase di on Fase di on (CCM)(CCM)
++
--UUoo
SS DD
UUii
++
--
ii11
CC
NN11
iiooii22
NN22
uu22uu11++
-- ++
--
uu LL dddtdt
uu LL dddtdt
11 1111
22 MM11
== ⋅⋅
== ⋅⋅
⎧⎧
⎨⎨⎪⎪
⎩⎩⎪⎪
ii
ii ⇒⇒uu
LL
NNM
1
2
1 1
2= =
uu
LL
NNM
1
2
1 1
2= =
Funzionamento del convertitore Funzionamento del convertitore flybackflybackFase di on Fase di on (CCM)(CCM)
++
--UUoo
SS DD
UUii
++
--
ii11
CC
NN11
iiooii22
NN22
uu22uu11++
-- ++
--
i i UL
t Ii1 1
11= = +μ mini i U
Lt Ii
1 11
1= = +μ min I I UL
tMAXi
on1 11
= +minI I UL
tMAXi
on1 11
= +min
Funzionamento del convertitore Funzionamento del convertitore flybackflybackFase di on Fase di on (CCM)(CCM)
i i UL
t Ii1 1
11= = +μ mini i U
Lt Ii
1 11
1= = +μ min
uu
LL
NNM
1
2
1 1
2= =
uu
LL
NNM
1
2
1 1
2= =
ii22 = 0= 0
uu11 = = UUii
uu11UUii
tt
tt
tt
ii11
ii22
II1min1min
II1MAX1MAX
ttonon
ttonon
ttonon
Funzionamento del convertitore Funzionamento del convertitore flybackflybackFase di off Fase di off (CCM)(CCM)
++
--UUoo
SS DD
UUii
++
--
ii11
CC
NN11
iiooii22
NN22
uu22uu11++
-- ++
--
S offS off ii22 > 0> 0ii11 = 0= 0 uu22 = = --UUoo⇒⇒ ⇒⇒ ⇒⇒
Funzionamento del convertitore Funzionamento del convertitore flybackflybackFase di off Fase di off (CCM)(CCM)
++
--UUoo
SS DD
UUii
++
--
ii11
CC
NN11
iiooii22
NN22
uu22uu11++
-- ++
--
uu LL dddtdt
uu LL dddtdt
11 MM
22 22
== ⋅⋅
⋅⋅
⎧⎧
⎨⎨⎪⎪
⎩⎩⎪⎪
ii
ii
22
22==
uu
LL
NN
M1
2 2
1
2= =
uu
LL
NN
M1
2 2
1
2= =⇒⇒
Funzionamento del convertitore Funzionamento del convertitore flybackflybackFase di off Fase di off (CCM)(CCM)
++
--UUoo
SS DD
UUii
++
--
ii11
CC
NN11
iiooii22
NN22
uu22uu11++
-- ++
--
i i I UL
t NN
I UL
tMAXo
MAXo
2 2 22
1
21
2= = − = −μi i I U
Lt N
NI U
LtMAX
oMAX
o2 2 2
2
1
21
2= = − = −μ
uu11UUii
ttonon tt
tt
ttttonon
ttonon
ii11
ii22
II1min1min
II1MAX1MAX
Funzionamento del convertitore Funzionamento del convertitore flybackflybackFase di off Fase di off (CCM)(CCM)
TTSSttoffoff
U NNo
1
2U N
No1
2
II2MAX2MAX II2min2min i NN
I UL
tMAXo
21
21
2= −i N
NI U
LtMAX
o2
1
21
2= −
ii11 = 0= 0
U t U NN
ti on o off= 1
2U t U N
Nti on o off= 1
2
Funzionamento del convertitore Funzionamento del convertitore flybackflybackSollecitazioni sugli interruttoriSollecitazioni sugli interruttori
ttttonon
iiSS
II1min1min
II1MAX1MAX
uuSS
ttonon tt
TTSS
ttoffoff
UUii ++ U NNo
1
2U N
No1
2
iiSMAXSMAX = I= I1MAX1MAX
UUii ++ U NNo
1
2U N
No1
2uuSMAXSMAX ==
Funzionamento del convertitore Funzionamento del convertitore flybackflybackSollecitazioni sugli interruttoriSollecitazioni sugli interruttori
ttttonon
iiDD
II2min2minII2MAX2MAX
uuDD
ttonon tt
TTSS
ttoffoff
UUoo ++ U NNi
2
1U N
Ni2
1
iiDMAXDMAX = I= I2MAX2MAX
UUoo ++ U NNi
2
1U N
Ni2
1uuDMAXDMAX ==
Funzionamento discontinuo (DCM)Funzionamento discontinuo (DCM)
Correnti a primario e a secondarioCorrenti a primario e a secondarioFunzionamento discontinuo (DCM)Funzionamento discontinuo (DCM)
Correnti a primario e a secondarioCorrenti a primario e a secondario
TSTTSS
tonttonon
ttoffoff
ttt
tt
ii11
i2ii22
II11maxmax
ttrr
Funzionamento discontinuo (DCM)Funzionamento discontinuo (DCM)
Correnti a primario e a secondarioCorrenti a primario e a secondarioFunzionamento discontinuo (DCM)Funzionamento discontinuo (DCM)
TSTTSS
tonttonon
ttoffoff
ttt
tt
ii11
i2ii22
II11maxmax
ttrr
I UL
tion1
1max
=I UL
tion1
1max
=
I NN
I21
21max max
=I NN
I21
21max max
=
Correnti a primario e a secondarioCorrenti a primario e a secondarioFunzionamento discontinuo (DCM)Funzionamento discontinuo (DCM)
TSTTSS
tonttonon
ttoffoff
ttt
tt
ii11
i2ii22
II11maxmax
ttrr
I UL
tion1
1max
=I UL
tion1
1max
=
I NN
I21
21max max
=I NN
I21
21max max
=
I UL
tion1
1max
=I UL
tion1
1max
=
tt NNNN
LL11IIUUrr
oo== 22
11
11maxmax
Correnti a primario e a secondarioCorrenti a primario e a secondarioFunzionamento discontinuo (DCM)Funzionamento discontinuo (DCM)
TSTTSS
tonttonon
ttoffoff
ttt
tt
ii11
i2ii22
II11maxmax
ttrr
CCM (CCM (IIoo > > IIoolimlim)) M UU
NN
o
i= =
−2
1 1δδ
M UU
NN
o
i= =
−2
1 1δδ
Fattore di conversione del Fattore di conversione del convertitore convertitore FlybackFlyback
CCM (CCM (IIoo > > IIoolimlim))
DCM (DCM (IIoo < < IIoolimlim)) M UU
II
o
i
N
o= = δ2M U
UII
o
i
N
o= = δ2
M UU
NN
o
i= =
−2
1 1δδ
M UU
NN
o
i= =
−2
1 1δδ
Fattore di conversione del Fattore di conversione del convertitore convertitore FlybackFlyback
I Uf LN
i
S=
2 1I U
f LNi
S=
2 1
CCM (CCM (IIoo > > IIoolimlim))
DCM (DCM (IIoo < < IIoolimlim))
I Uf LN
i
S=
2 1I U
f LNi
S=
2 1
M UU
II
o
i
N
o= = δ2M U
UII
o
i
N
o= = δ2
M UU
NN
o
i= =
−2
1 1δδ
M UU
NN
o
i= =
−2
1 1δδ
( )I I NNo Nlim
= −1
21δ δ( )I I N
No Nlim= −1
21δ δ
Fattore di conversione del Fattore di conversione del convertitore convertitore FlybackFlyback
Caratteristiche con carico Caratteristiche con carico resistivoresistivo
CCM (CCM (IIoo > > IIoolimlim)) M UU
NN
o
i= =
−2
1 1δδ
M UU
NN
o
i= =
−2
1 1δδ
Caratteristiche con carico Caratteristiche con carico resistivoresistivo
CCM (CCM (IIoo > > IIoolimlim))
DCM (DCM (IIoo < < IIoolimlim)) M UU k
o
i= =
δM UU k
o
i= =
δ
M UU
NN
o
i= =
−2
1 1δδ
M UU
NN
o
i= =
−2
1 1δδ
Caratteristiche con carico Caratteristiche con carico resistivoresistivo
k f LRS
o=
2 1k f LRS
o=
2 1
( )k NNlim = −⎡
⎣⎢
⎤
⎦⎥
1
2
21 δ( )k N
Nlim = −⎡
⎣⎢
⎤
⎦⎥
1
2
21 δ
CCM (CCM (IIoo > > IIoolimlim))
DCM (DCM (IIoo < < IIoolimlim))
k f LRS
o=
2 1k f LRS
o=
2 1
M UU k
o
i= =
δM UU k
o
i= =
δ
M UU
NN
o
i= =
−2
1 1δδ
M UU
NN
o
i= =
−2
1 1δδ
Caratteristiche con carico Caratteristiche con carico resistivoresistivo
Modo di utilizzoModo di utilizzo
–– si sfrutta lsi sfrutta l’’intera escursione del intera escursione del flusso (flusso (ΔΦΔΦ = = BBsatsat S) e quindi il S) e quindi il nucleo risulta pinucleo risulta piùù piccolopiccolo
–– si ottengono migliori si ottengono migliori caratteristiche dinamichecaratteristiche dinamiche
Il convertitore Il convertitore flybackflyback si usa si usa normalmente in DCM perchnormalmente in DCM perchèè::
Modo di utilizzoModo di utilizzo
Tasso di utilizzo di un Tasso di utilizzo di un convertitore convertitore FlybackFlyback (i(iLL = = IILL))
Tasso di utilizzo di un Tasso di utilizzo di un convertitore convertitore FlybackFlyback (i(iLL = = IILL))
( )PP
oS= − ≤δ δ1 1
4( )PP
oS= − ≤δ δ1 1
4 (CCM)(CCM)
Tasso di utilizzo di un Tasso di utilizzo di un convertitore convertitore FlybackFlyback (i(iLL = = IILL))
( )PP
oS= − ≤δ δ1 1
4( )PP
oS= − ≤δ δ1 1
4
( )PP
oS=
−≤
δ δ12
18
( )PP
oS=
−≤
δ δ12
18
(CCM)(CCM)
(limite CCM (limite CCM -- DCM)DCM)
( )PP
oS= − ≤δ δ1 1
4( )PP
oS= − ≤δ δ1 1
4
( )PP
oS=
−≤
δ δ12
18
( )PP
oS=
−≤
δ δ12
18
(CCM)(CCM)
(limite CCM (limite CCM -- DCM)DCM)
PoichPoichèè il tasso di utilizzo il tasso di utilizzo èè basso il basso il convertitore si usa a bassa potenzaconvertitore si usa a bassa potenza
Tasso di utilizzo di un Tasso di utilizzo di un convertitore convertitore FlybackFlyback (i(iLL = = IILL))
Progetto di un convertitore Progetto di un convertitore FlybackFlybackmultimulti--uscitauscita
++
--uuo1o1
SS
UUii++
--LL
iio1o1DD11
++
--uuoNoN
DDNN
CC11
CCNN
iioNoN
NNpp
NN11
NNNN
Progetto di un convertitore Progetto di un convertitore FlybackFlybackmultimulti--uscitauscita
Ogni uscita richiede Ogni uscita richiede un solo diodo e un solo diodo e condensatorecondensatore
Progetto di un convertitore Progetto di un convertitore FlybackFlybackmultimulti--uscitauscita
++
--uuo1o1
SS
UUii++
--LL
iio1o1DD11
++
--uuoNoN
DDNN
CC11
CCNN
iioNoN
NNpp
NN11
NNNN
Le uscite sono bene Le uscite sono bene accoppiateaccoppiate
Progetto di un convertitore Progetto di un convertitore FlybackFlybackmultimulti--uscitauscita
Ogni uscita richiede Ogni uscita richiede un solo diodo e un solo diodo e condensatorecondensatore
++
--uuo1o1
SS
UUii++
--LL
iio1o1DD11
++
--uuoNoN
DDNN
CC11
CCNN
iioNoN
NNpp
NN11
NNNN
Applicazione:Applicazione:
Alimentatore per scheda di Alimentatore per scheda di controllo e driver di un controllo e driver di un inverterinverter per per
azionamentoazionamento
Progetto di un convertitore Progetto di un convertitore FlybackFlybackmultimulti--uscitauscita
Convertitore Convertitore FlybackFlyback multimulti--uscitauscita
Specifiche di progetto Specifiche di progetto
Potenza di uscita totale .............Potenza di uscita totale ..............=18W.=18W
Frequenza di commutazione .....Frequenza di commutazione ......=50kHz.=50kHz
Tensione continua dTensione continua d’’ingresso ..ingresso ...=180.=180--710V710V
UU0101-- UU0303 = +15 V= +15 V 1313--2525UU0404 = +15 V= +15 V 4444--8383UU0505 = +5 V= +5 V 100100--350350UU0606 = +15 V= +15 V 150150--400400UU0707 = = --15 V15 V 8080--280280UU0808 = +24 V= +24 V 00--100100UU0909 = +15 V= +15 V 5050UU1010 = +15 V= +15 V 1.71.7
TensioniTensionidi uscita [V]di uscita [V]
AssorbimentoAssorbimento((minmin--maxmax) [mA]) [mA]
Specifiche per le singole usciteSpecifiche per le singole uscite
Analisi del convertitore Analisi del convertitore flybackflybackmultimulti--uscitauscita
Riportando tutti i parametri a primario si Riportando tutti i parametri a primario si possono utilizzare le relazioni del possono utilizzare le relazioni del convertitore convertitore buckbuck--boostboost
++
--uuopop
SS
UUii++
--LL
iiopopDD
CCppRRopop
++
--uuopop
SS
UUii++
--LL
iiopopDD
CCppRRopop
nnNNNNjj
jj
pp==
Analisi del convertitore Analisi del convertitore multimulti--uscitauscita
Analisi del convertitore Analisi del convertitore multimulti--uscitauscita
++
--uuopop
SS
UUii++
--LL
iiopopDD
CCppRRopop
nnNNNNjj
jj
pp== uu
uunnopopojoj
jj==
nnNNNNjj
jj
pp== i n iop j oj
j
N=
=∑
1i n iop j oj
j
N=
=∑
1
Analisi del convertitore Analisi del convertitore multimulti--uscitauscita
++
--uuopop
SS
UUii++
--LL
iiopopDD
CCppRRopop
uuuunnopopojoj
jj==
nnNNNNjj
jj
pp==
RGop
op=
1RGop
op=
1
i n iop j ojj
N=
=∑
1i n iop j oj
j
N=
=∑
1
Analisi del convertitore Analisi del convertitore multimulti--uscitauscita
++
--uuopop
SS
UUii++
--LL
iiopopDD
CCppRRopop
uuuunnopopojoj
jj==
nnNNNNjj
jj
pp==
∑ ∑= =
==N
j
N
jjjjpop GnGG
1 1
2∑ ∑= =
==N
j
N
jjjjpop GnGG
1 1
2RGop
op=
1RGop
op=
1
Analisi del convertitore Analisi del convertitore multimulti--uscitauscita
++
--uuopop
SS
UUii++
--LL
iiopopDD
CCppRRopop
i n iop j ojj
N=
=∑
1i n iop j oj
j
N=
=∑
1uu
uunnopopojoj
jj==
C C np j jj
N=
=∑ 2
1C C np j j
j
N=
=∑ 2
1
nnNNNNjj
jj
pp==
RGop
op=
1RGop
op=
1
Analisi del convertitore Analisi del convertitore multimulti--uscitauscita
++
--uuopop
SS
UUii++
--LL
iiopopDD
CCppRRopop
i n iop j ojj
N=
=∑
1i n iop j oj
j
N=
=∑
1uu
uunnopopojoj
jj==
∑=
=N
jjjop GnG
1
2∑=
=N
jjjop GnG
1
2
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spire
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spireDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
Ipotesi:Ipotesi: funzionamento CCM fino alla corrente funzionamento CCM fino alla corrente minima minima ((IIoolimlim = 40% = 40% IIoonomnom))
Motivo:Motivo: limitare inferiormente limitare inferiormente ttononminmin (2 (2 μμs)s)
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spireIpotesi:Ipotesi: funzionamento CCM fino alla corrente funzionamento CCM fino alla corrente
minima minima ((IIoolimlim = 40% = 40% IIoonomnom))
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
MUU
op
imin
min
minmax
= =−δδ1
MUU
op
imin
min
minmax
= =−δδ1Rapporti diRapporti di
conversioneconversioneM
UU
op
imax
max
maxmin
= =−δδ1
MUU
op
imax
max
maxmin
= =−δδ1
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spire
Motivo:Motivo: limitare inferiormente limitare inferiormente ttononminmin
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
Ipotesi:Ipotesi: funzionamento CCM fino alla corrente funzionamento CCM fino alla corrente minima minima ((IIoolimlim = 40% = 40% IIoonomnom))
MUU
op
imin
min
minmax
= =−δδ1
MUU
op
imin
min
minmax
= =−δδ1Rapporti diRapporti di
conversioneconversioneM
UU
op
imax
max
maxmin
= =−δδ1
MUU
op
imax
max
maxmin
= =−δδ1
δδminmin e e δδmaxmax dipendono dalla scelta di dipendono dalla scelta di UUopop
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spire
Motivo:Motivo: limitare inferiormente limitare inferiormente ttononminmin
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
Ipotesi:Ipotesi: funzionamento CCM fino alla corrente funzionamento CCM fino alla corrente minima minima ((IIoolimlim = 40% = 40% IIoonomnom))
•• la tensione massima dellla tensione massima dell’’interruttoreinterruttore
•• il minimo til minimo tonon delldell’’interruttoreinterruttore
Il valore della tensione di carico riportata Il valore della tensione di carico riportata a primario (a primario (UUopop) si determina in modo da ) si determina in modo da limitare a valori opportuni:limitare a valori opportuni:
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spireDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
U U Us i opmax max= +U U Us i opmax max= +
Tensione massima dellTensione massima dell’’interruttoreinterruttore
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spireDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
δminmax
max
= −1UU
i
Sδmin
max
max
= −1UU
i
S
U U Us i opmax max= +U U Us i opmax max= +
Tensione massima dellTensione massima dell’’interruttoreinterruttore
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spireDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
Minimo tMinimo tonon delldell’’interruttoreinterruttore
t Ton Smin min= δt Ton Smin min= δ
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spire
TTSS = 20 = 20 μμss
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
NOTA:NOTA: Se al diminuire della corrente di carico Se al diminuire della corrente di carico il convertitore entrasse in funzionamento il convertitore entrasse in funzionamento intermittente si causerebbe una ulteriore intermittente si causerebbe una ulteriore diminuzione del diminuzione del dutyduty--cyclecycle. Per evitare ciò si . Per evitare ciò si tende ad evitare il DCM.tende ad evitare il DCM.
Minimo tMinimo tonon delldell’’interruttoreinterruttore
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spire
t Ton Smin min= δt Ton Smin min= δ TTSS = 20 = 20 μμss
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
δmin .= 0 1δmin .= 0 1Posto:Posto:
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spireDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
δmin .= 0 1δmin .= 0 1 t sonmin = 2μt sonmin = 2μPosto:Posto:
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spireDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
δmin .= 0 1δmin .= 0 1 t sonmin = 2μt sonmin = 2μ
U Vop ≈ 80U Vop ≈ 80
Posto:Posto:
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spireDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
δmin .= 0 1δmin .= 0 1 t sonmin = 2μt sonmin = 2μ
U Vop ≈ 80U Vop ≈ 80
nUU j Nj
op
oj= = ÷, 1n
UU j Nj
op
oj= = ÷, 1
Posto:Posto:
1) Calcolo dei rapporti spire1) Calcolo dei rapporti spireDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
2) Calcolo dell2) Calcolo dell’’induttanza L (a primario)induttanza L (a primario)Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
((αα = frazione della potenza d= frazione della potenza d’’uscita cui uscita cui corrisponde il funzionamento limite tra corrisponde il funzionamento limite tra CCM e DCM)CCM e DCM)
α = 0 4.α = 0 4.Si assume:Si assume:2) Calcolo dell2) Calcolo dell’’induttanza L (a primario)induttanza L (a primario)Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
Ciò garantisce un funzionamento CCM anche Ciò garantisce un funzionamento CCM anche alla minima potenza di uscita, evitando ulteriori alla minima potenza di uscita, evitando ulteriori riduzioni del riduzioni del dutyduty--cyclecycle..
Si assume:Si assume:2) Calcolo dell2) Calcolo dell’’induttanza L (a primario)induttanza L (a primario)
α = 0 4.α = 0 4.((αα = frazione della potenza d= frazione della potenza d’’uscita cui uscita cui corrisponde il funzionamento limite tra corrisponde il funzionamento limite tra CCM e DCM)CCM e DCM)
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
L deve essere dimensionata per garantire CCM L deve essere dimensionata per garantire CCM in ogni condizionein ogni condizione
2) Calcolo dell2) Calcolo dell’’induttanza L (a primario)induttanza L (a primario)
( )k
Mcrit =
+
11 2( )
kM
crit =+
11 2
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
L deve essere dimensionata per garantire CCM L deve essere dimensionata per garantire CCM in ogni condizionein ogni condizione
2) Calcolo dell2) Calcolo dell’’induttanza L (a primario)induttanza L (a primario)
( )k
Mcrit =
+
11 2( )
kM
crit =+
11 2
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
k LfRcrit
S
op=
2
max
k LfRcrit
S
op=
2
max
L deve essere dimensionata per garantire CCM L deve essere dimensionata per garantire CCM in ogni condizionein ogni condizione
2) Calcolo dell2) Calcolo dell’’induttanza L (a primario)induttanza L (a primario)
RR
opopn
maxom=
αR
Rop
opnmax
om=α
k LfRcrit
S
op=
2
max
k LfRcrit
S
op=
2
max( )k
Mcrit =
+
11 2( )
kM
crit =+
11 2
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
RR
opopn
maxom=
αR
Rop
opnmax
om=α
( )L
R
f Mopn
S=
+⋅om
min2 11
2 α( )L
R
f Mopn
S=
+⋅om
min2 11
2 α
( )k
Mcrit =
+
11 2( )
kM
crit =+
11 2
L deve essere dimensionata per garantire CCM L deve essere dimensionata per garantire CCM in ogni condizionein ogni condizione
2) Calcolo dell2) Calcolo dell’’induttanza L (a primario)induttanza L (a primario)Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
k LfRcrit
S
op=
2
max
k LfRcrit
S
op=
2
max
3) Calcolo degli stress di corrente e 3) Calcolo degli stress di corrente e tensione delltensione dell’’interruttoreinterruttore
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
( )( )
I I i I Mk M
s LL
opmax= + = + +
+
⎛
⎝⎜⎜
⎞
⎠⎟⎟
Δ2
1 1 11 2( )( )
I I i I Mk M
s LL
opmax= + = + +
+
⎛
⎝⎜⎜
⎞
⎠⎟⎟
Δ2
1 1 11 2
3) Calcolo degli stress di corrente e 3) Calcolo degli stress di corrente e tensione delltensione dell’’interruttoreinterruttore
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
U U Us i opmax max= +U U Us i opmax max= +
3) Calcolo degli stress di corrente e 3) Calcolo degli stress di corrente e tensione delltensione dell’’interruttoreinterruttore
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
( )( )
I I i I Mk M
s LL
opmax= + = + +
+
⎛
⎝⎜⎜
⎞
⎠⎟⎟
Δ2
1 1 11 2( )( )
I I i I Mk M
s LL
opmax= + = + +
+
⎛
⎝⎜⎜
⎞
⎠⎟⎟
Δ2
1 1 11 2
II AA
UU VVss
ss
maxmax
maxmax
..==
==
00 5959
790790
U U Us i opmax max= +U U Us i opmax max= +
( )( )
I I i I Mk M
s LL
opmax= + = + +
+
⎛
⎝⎜⎜
⎞
⎠⎟⎟
Δ2
1 1 11 2( )( )
I I i I Mk M
s LL
opmax= + = + +
+
⎛
⎝⎜⎜
⎞
⎠⎟⎟
Δ2
1 1 11 2
3) Calcolo degli stress di corrente e 3) Calcolo degli stress di corrente e tensione delltensione dell’’interruttoreinterruttore
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
4) Dimensionamento del mutuo induttore4) Dimensionamento del mutuo induttoreDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
Nucleo in ferrite: ETD 34x17x11Nucleo in ferrite: ETD 34x17x11Sezione del nucleo: Sezione del nucleo: AAee = 92 mm= 92 mm22
4) Dimensionamento del mutuo induttore4) Dimensionamento del mutuo induttoreDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
Posto: Posto: BBmaxmax = 200 = 200 mTmT
Nucleo in ferrite: ETD 34x17x11Nucleo in ferrite: ETD 34x17x11
4) Dimensionamento del mutuo induttore4) Dimensionamento del mutuo induttore
Sezione del nucleo: Sezione del nucleo: AAee = 92 mm= 92 mm22
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
NLI
B Aps
e= max
maxN
LIB Ap
s
e= max
max
Posto: Posto: BBmaxmax = 200 = 200 mTmT
Nucleo in ferrite: ETD 34x17x11Nucleo in ferrite: ETD 34x17x11
4) Dimensionamento del mutuo induttore4) Dimensionamento del mutuo induttore
Sezione del nucleo: Sezione del nucleo: AAee = 92 mm= 92 mm22
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
Nota: Nota: èè necessario un necessario un traferrotraferro (air gap) (air gap) per evitare la saturazione del per evitare la saturazione del nucleo e accumulare energianucleo e accumulare energia
4) Dimensionamento del mutuo induttore4) Dimensionamento del mutuo induttoreDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
E LIL L=12
2max
E LIL L=12
2max
Nota: Nota: èè necessario un necessario un traferrotraferro (air gap) (air gap) per evitare la saturazione del per evitare la saturazione del nucleo e accumulare energianucleo e accumulare energia
4) Dimensionamento del mutuo induttore4) Dimensionamento del mutuo induttoreDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
Trascurando la riluttanza del nucleo Trascurando la riluttanza del nucleo rispetto a quella del rispetto a quella del traferrotraferro si trova:si trova:
4) Dimensionamento del mutuo induttore4) Dimensionamento del mutuo induttoreDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
λμ
te pA NL
= 02
2λ
μt
e pA NL
= 02
2
λλtt = lunghezza del = lunghezza del traferrotraferro da realizzare da realizzare su ciascuna colonna del nucleosu ciascuna colonna del nucleo
Trascurando la riluttanza del nucleo Trascurando la riluttanza del nucleo rispetto a quella del rispetto a quella del traferrotraferro si trova:si trova:
4) Dimensionamento del mutuo induttore4) Dimensionamento del mutuo induttoreDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
5) Calcolo delle capacit5) Calcolo delle capacitàà di uscitadi uscitaDimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
Ondulazione (Ondulazione (rippleripple statico):statico):5) Calcolo delle capacit5) Calcolo delle capacitàà di uscitadi uscita
iiCjCj
tt--IIojojΔΔQQjj
ttonon
ttoffoff
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza
CI
U fjoj
oj S= ⋅Δ
δmaxCI
U fjoj
oj S= ⋅Δ
δmax
Ondulazione (Ondulazione (rippleripple statico):statico):5) Calcolo delle capacit5) Calcolo delle capacitàà di uscitadi uscita
iiCjCj
tt--IIojojΔΔQQjj
ttonon
ttoffoff
Dimensionamento della parte di potenzaDimensionamento della parte di potenza