Convertitori di potenza VHF: problematiche tecnologiche, di progetto e nella simulazione circuitale

Tutti noi abbiamo a che fare quotidianamente con dispositivi elettronici, portatili e non, il cui funzionamento richiede una conversione di potenza, per ricaricarne le batterie o, più generalmente, per alimentare il dispositivo stesso. Oggi questo compito è, nella maggior parte dei casi, assolto dagli alimentatori in commutazione o switching.Essi hanno conquistato un ruolo chiave nell'ambito della conversione di potenza grazie alla loro elevata efficienza e compattezza delle dimensioni. Tuttavia sembra che i tradizionali alimentatori in commutazione siano stati sviluppati fino a raggiungere il massimo delle loro capacità, perciò al fine di soddisfare la crescente domanda di miniaturizzazione e portabilità, si sente la necessità di individuare nuove architetture circuitali che possano soddisfare tale domanda.Nonostante le difficoltà progettuali non siano poche, bisogna tenere in conto che ad oggi, nessuna nuova tecnologia può sorgere se essa non propone dei concreti vantaggi in termini di consumo energetico e costi di produzione. Il modo migliore per soddisfare questi requisiti è aumentare la frequenza di switching. Questo perché, le dimensioni, il peso e quindi il costo degli alimentatori in commutazione dipende fortemente dagli elementi passivi reattivi (induttori e condensatori), le cui dimensioni diminuiscono con l'aumentare della frequenza. La ricerca si è quindi spostata nel range di frequenze compreso tra 30 e 300 MHz, le cosiddette Very High Frequency (VHF), in cui si verificano le condizioni ottimali per applicare le migliorie suddette ai convertitori di potenza.L'obbiettivo di questa tesi è quello di mostrare i vari adattamenti che bisogna apportare ad un convertitore per lavorare in VHF mantenendo un'efficienza elevata. In particolare, nel capitolo introduttivo verranno ripresi, in maniera estremamente concisa, i principi di base dei convertitori switching DC-DC classici; si introdurrà il concetto di convertitore risonante e si accennerà brevemente allo stato dell'arte dei convertitori, con particolare attenzione a quelli impiegati per applicazioni di bassa-media potenza (0 - 200W). Il primo capitolo invece tratta nel dettaglio le principali topologie sia a switch singolo che doppio, citandone altre di uso meno frequente ma con caratteristiche interessanti. Il secondo capitolo contiene una descrizione sommaria sulla realizzazione di induttori e trasformatori integrati su PCB, elencando pregi e difetti delle tre strutture realizzabili. Il terzo capitolo è dedicato ai due metodi principali di pilotaggio,trattando in breve il pilotaggio esterno e più specificatamente quello auto-oscillante. Nel quarto capitolo si parlerà di controllo burst mode, mettendo in evidenza benefici e svantaggi che le varie implementazioni possono introdurre in un convertitore, verrà mostrato inoltre un "nuovo" meccanismo di controllo per questeapplicazioni. Infine il capitolo cinque mostra i risultati ottenuti dalla simulazione di un convertitore buck in classe E.