Compariamo diversi tipi di convertitori CC/CC, compresi modalità lineare vs commutazione, buck, boost, buck-boost e isolamenti basati su trasformatore, così potrai fare la scelta giusta.
Modalità lineare vs modalità a commutazione
Un convertitore CC/CC è una classe di alimentatore che converte una fonte di corrente continua (CC) da un livello di tensione a un altro. Ci sono due tipi di convertitori CC/CC: lineari e a commutazione. Un convertitore CC/CC lineare utilizza la caduta di tensione resistiva per creare e regolare una determinata tensione d’uscita, i convertitori CC/CC a commutazione effettuano la conversione immagazzinando periodicamente l’energia in entrata, rilasciandola sull’uscita con una tensione diversa. L’immagazzinaggio può essere effettuato in un componente a campo magnetico, ad esempio un induttore o un trasformatore, o in un componente a campo elettrico, ad esempio un condensatore. I convertitori basati su trasformatore offrono un isolamento tra l’ingresso e l’uscita.
I convertitori a commutazione offrono tre vantaggi principali:
A differenza di un convertitore a commutazione, il convertitore lineare può solo generare una tensione inferiore alla tensione in entrata. Anche se questo presenta molti vantaggi, i convertitori CC/CC a commutazione presentano anche degli svantaggi. Rispetto a un circuito lineare sono rumorosi e richiedono la gestione dell’energia sotto forma di un loop di controllo. I chip moderni per controller in modalità a commutazione rendono, fortunatamente, questa attività semplice.
Convertitori CC/CC non isolati
Un convertitore o un regolatore CC/CC a commutazione è essenzialmente un circuito che utilizza un interruttore di potenza, un induttore, un diodo e un condensatore per trasferire l’energia dall’entrata all’uscita. Questo può essere ottenuto in diversi modi per realizzare i tipi buck, boost o buck-boost (inverter) precedentemente identificati.
Convertitore step-down/buck
In un tipico convertitore step-down o buck non isolato la tensione d’uscita VOUT dipende dalla tensione in entrata VIN e dal ciclo di lavoro di commutazione D dell’interruttore di potenza.
Figura 1: una topologia fondamentale di convertitore step-down o buck CC/CC.
Convertitore step-up/boost
Un fondamentale convertitore CC/CC boost utilizza lo stesso numero di parti passive ma posizionati per aumentare la tensione in entrata in modo che l’uscita sia maggiore dell’ingresso.
Figura 2: Una topologia fondamentale di convertitore boost CC/CC.
Convertitore buck-boost
Un tipico circuito CC/CC buck-boost consente di innalzare o abbassare la tensione CC in entrata, a seconda del ciclo di lavoro. La tensione d’uscita è descritta dalla formula:
VOUT = -VIN *D/(1-D)
Come si nota dalla formula sopra, la polarità della tensione d’uscita è sempre invertita rispetto all’ingresso. Per questo motivo, il convertitore buck-boost è anche conosciuto come inverter di tensione.
Figura 3: una topologia tipica di convertitore buck-boost CC/CC.
Convertitori CC/CC isolati
Ci sono fondamentalmente due tipi di convertitori CC/CC isolanti basati su trasformatore: flyback e forward. In entrambi i tipi, il trasformatore fornisce l’isolamento tra l’ingresso e l’uscita.
Il tipo flyback opera come un buck-boost ma utilizza un trasformatore per conservare energia:
Figura 4: una topologia fondamentale di convertitore flyback CC/CC basata su trasformatore.
Nella topologia forward, il trasformatore è utilizzato in modo tradizionale per trasferire energia dal primario al secondario quando l'interruttore è chiuso.
In questi esempi, il MOSFET di commutazione è rappresentato da un interruttore ideale e il circuito di controllo è omesso. Questi convertitori sono di tipo non sincrono. Tuttavia, quando per raddrizzare si sostituisce il raddrizzatore a diodo tradizionale con un MOSFET, il raddrizzamento viene denominato sincrono e il convertitore è denominato convertitore CC/CC sincrono.
Cerchi maggiori informazioni sugli alimentatori? Per saperne di più su come gli alimentatori a commutazione possono ottimizzare il tuo progetto, vedi la nostra analisi dettagliata del funzionamento degli alimentatori a commutazione. Inoltre, puoi vedere se il tuo progetto richiede un gruppo di continuità. Hai bisogno di una soluzione CA/CC? Questo articolo può aiutarti a scegliere quella giusta.