IT201900007386A1 - DC-DC converter - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo Attached to a patent application for INDUSTRIAL INVENTION having the title
“Convertitore DC-DC” "DC-DC converter"
Campo tecnico dell’invenzione Technical field of the invention
La presente invenzione riguarda in generale il settore dell’elettronica. Più in particolare, la presente invenzione riguarda un convertitore DC-DC. The present invention generally relates to the electronics sector. More particularly, the present invention relates to a DC-DC converter.
Tecnica nota Known technique
Un convertitore DC-DC è un circuito elettronico che converte una sorgente di corrente continua (DC= direct current) da un livello di tensione ad un altro. A DC-DC converter is an electronic circuit that converts a direct current source (DC = direct current) from one voltage level to another.
Al giorno d’oggi i convertitori DC-DC sono utilizzati ad esempio nei dispositivi elettronici portatili, come ad esempio smartphone e personal computer portatili, allo scopo di convertire il livello di tensione generato dalla batteria di alimentazione in uno o più livelli di tensione differenti in grado di alimentare correttamente i componenti elettronici montati sulle schede elettroniche all’interno dei dispositivi elettronici portatili. Nowadays DC-DC converters are used for example in portable electronic devices, such as smartphones and portable personal computers, in order to convert the voltage level generated by the supply battery into one or more different voltage levels in able to correctly power the electronic components mounted on the electronic boards inside the portable electronic devices.
I moderni convertitori DC-DC effettuano la conversione del livello di tensione effettuando prima una conversione da un livello di tensione continua ad una tensione alternata (AC) ad elevata frequenza per mezzo di un trasformatore allo scopo di modificare il livello di tensione, poi effettuano un raddrizzamento della tensione alternata in modo da generare una tensione continua di livello diverso. Modern DC-DC converters convert the voltage level by first converting from a direct voltage level to a high frequency alternating voltage (AC) by means of a transformer in order to change the voltage level, then perform a rectification of the alternating voltage in order to generate a direct voltage of a different level.
Inoltre i moderni convertitori DC-DC effettuano la conversione utilizzando tecniche di commutazione, che permettono di aumentare notevolmente (rispetto a regolatori di tensione lineari) l’efficienza, ridurre lo spazio occupato perché utilizzano componenti elettronici più piccoli e inoltre presentano minori problematiche di dissipazione termica. Furthermore, modern DC-DC converters carry out the conversion using switching techniques, which allow to significantly increase (compared to linear voltage regulators) efficiency, reduce the space occupied because they use smaller electronic components and also have fewer problems of thermal dissipation. .
I convertitori DC-DC di tipo a commutazione (noti come “convertitori DC-DC a modalità commutata”) accumulano temporaneamente l’energia elettrica in un componente di accumulo magnetico (induttore, trasformatore) o di accumulo elettrico (un capacitore) e poi rilasciano l’energia elettrica accumulata ad un livello di tensione diverso. Switching-type DC-DC converters (known as "switched mode DC-DC converters") temporarily store electrical energy in a magnetic storage component (inductor, transformer) or electrical storage component (a capacitor) and then release the electrical energy accumulated at a different voltage level.
Per effettuare una commutazione efficiente vengono utilizzati dispositivi elettronici che effettuano la commutazione con veloci tempi di salita e di discesa, come ad esempio transistori FET di potenza. To effect an efficient switching, electronic devices are used which carry out the switching with fast rise and fall times, such as for example power FET transistors.
Alcuni convertitori DC-DC sono inoltre bidirezionali, ovvero le due porte del convertitore possono essere una d’ingresso e l’altra di uscita o viceversa, in cui le due porte operano a tensioni nominali diverse e quindi sono denominate porta ad alta tensione HV (high voltage= alta tensione) e porta a bassa tensione LV (low voltage= bassa tensione). Some DC-DC converters are also bidirectional, i.e. the two ports of the converter can be one input and the other output or vice versa, where the two ports operate at different rated voltages and therefore are referred to as the HV high voltage port ( high voltage = high voltage) and leads to low voltage LV (low voltage = low voltage).
Il trasferimento di potenza fra la porta d’ingresso e quella d’uscita viene chiamato nel seguente modo: The power transfer between the input and output doors is called as follows:
- “buck” se la porta d’ingresso è quella ad alta tensione HV e la porta d’uscita è quella a bassa tensione LV, - "buck" if the input port is the high voltage HV one and the output port is the low voltage LV one,
- “boost” se la porta d’ingresso è quella a bassa tensione LV e la porta d’uscita è quella ad alta tensione HV. - "boost" if the input port is the low voltage LV one and the output port is the high voltage HV one.
I convertitori DC-DC bidirezionali sono ad esempio utilizzati nei veicoli a motore ibrido termico-elettrico che utilizzano la frenata per recuperare energia per ricaricare la batteria che alimenta il motore elettrico. Bidirectional DC-DC converters are for example used in hybrid thermal-electric motor vehicles that use braking to recover energy to recharge the battery that powers the electric motor.
I convertitori DC-DC di tipo a commutazione con accumulo magnetico accumulano periodicamente l’energia nel campo magnetico di un induttore o trasformatore con una frequenza di commutazione compresa fra pochi kHz e 10 MHz, poi l’energia accumulata nel campo magnetico induttore o trasformatore viene rilasciata con la stessa frequenza di commutazione. Switching type DC-DC converters with magnetic storage periodically accumulate energy in the magnetic field of an inductor or transformer with a switching frequency between a few kHz and 10 MHz, then the energy accumulated in the inductor or transformer magnetic field is released with the same switching frequency.
La quantità di potenza che viene trasferita al carico collegato al convertitore DC-DC può essere controllata facilmente per mezzo della variazione del duty cycle della corrente di carica dell’induttore o della tensione di carica del trasformatore, in cui il duty cycle è il rapporto fra l’intervallo di tempo di chiusura e la durata di un periodo. The amount of power that is transferred to the load connected to the DC-DC converter can be easily controlled by varying the duty cycle of the charging current of the inductor or the charging voltage of the transformer, where the duty cycle is the ratio of the closing time interval and the duration of a period.
EP 1677410 descrive un convertitore DC-DC bidirezionale di tipo a commutazione che utilizza un trasformatore per l’accumulo e rilascio di energia al fine di effettuare la conversione del livello di tensione. EP 1677410 describes a switching type bidirectional DC-DC converter that uses a transformer for the accumulation and release of energy in order to convert the voltage level.
Il convertitore DC-DC descritto in EP 1677410 utilizza un circuito di taglio 70 (si veda la Fig.1) per evitare che vengano generati picchi di tensione sul lato a bassa tensione, che sarebbero causa di una riduzione di efficienza e potrebbero addirittura causare la rottura di interruttori dal lato a bassa tensione del convertitore DC-DC; il funzionamento del circuito di taglio 70 è quindi controllato da una unità di controllo 72 che genera opportuni segnali. The DC-DC converter described in EP 1677410 uses a cutting circuit 70 (see Fig. 1) to prevent voltage peaks being generated on the low voltage side, which would cause an efficiency reduction and could even cause the breakage of switches on the low voltage side of the DC-DC converter; the operation of the cutting circuit 70 is therefore controlled by a control unit 72 which generates suitable signals.
Il convertitore DC-DC di EP 1677410 ha lo svantaggio che l’unità 72 di controllo del circuito di taglio 70 è troppo complessa. The DC-DC converter of EP 1677410 has the disadvantage that the cutting circuit control unit 72 70 is too complex.
Inoltre il convertitore DC-DC di EP 1677410 ha lo svantaggio che, quando funziona nella modalità boost in cui è tale da aumentare il valore della tensione continua in uscita rispetto a quella in ingresso, in assenza di tensione da parte del generatore di tensione 10 sul lato ad alta tensione, non consente la regolazione della corrente di carico verso lo stesso generatore di tensione 10. Furthermore, the DC-DC converter of EP 1677410 has the disadvantage that, when it operates in the boost mode in which it is such as to increase the value of the continuous output voltage with respect to the input one, in the absence of voltage from the voltage generator 10 on the on the high voltage side, it does not allow the regulation of the load current towards the same voltage generator 10.
Breve sommario dell’invenzione Brief summary of the invention
La presente invenzione riguarda un convertitore DC-DC come definito nella annessa rivendicazione 1 e da sue forme di realizzazione preferite descritte nelle rivendicazioni dipendenti da 2 a 8. The present invention relates to a DC-DC converter as defined in the attached claim 1 and to its preferred embodiments described in the dependent claims 2 to 8.
La Richiedente ha percepito che il convertitore DC-DC in accordo con la presente invenzione ha i seguenti vantaggi: The Applicant has perceived that the DC-DC converter according to the present invention has the following advantages:
- oltre che nei modi buck e boost, può funzionare in un ulteriore modo detto “boost-limit” in cui la porta d’ingresso è quella a bassa tensione LV e la porta d’uscita è quella ad alta tensione HV, in cui l’alta tensione HV è molto inferiore a quella nominale o prossima a zero; - in addition to the buck and boost modes, it can operate in a further mode called "boost-limit" in which the input port is the low voltage LV one and the output port is the high voltage HV one, in which the '' HV high voltage is much lower than nominal or close to zero;
- nella modalità di funzionamento boost-limit, consente di limitare il valore della corrente di carico verso il generatore ad alta tensione; - in the boost-limit operating mode, it allows to limit the value of the load current towards the high voltage generator;
- nella modalità di funzionamento buck, consente di limitare il valore di sovratensioni inverse nel circuito di raddrizzamento del lato a bassa tensione; - in the buck operating mode, it allows to limit the value of reverse overvoltages in the rectification circuit of the low voltage side;
- nella modalità di funzionamento buck, in caso di guasto di un componente nel lato a bassa tensione (per esempio, un interruttore), evita la scarica della batteria a bassa tensione; - in the buck operating mode, in case of failure of a component on the low voltage side (for example, a switch), it prevents the low voltage battery from being discharged;
- utilizza schemi di pilotaggio più semplici. - use simpler piloting schemes.
Forma oggetto della presente invenzione anche un sistema di alimentazione e controllo come definito nella annessa rivendicazione 9. The present invention also relates to a power supply and control system as defined in the attached claim 9.
Forma oggetto della presente invenzione anche un veicolo a motore elettrico o a motore ibrido di tipo elettrico/termico come definito nella annessa rivendicazione 10. The present invention also relates to an electric motor or a hybrid motor vehicle of the electric / thermal type as defined in the attached claim 10.
Breve descrizione dei disegni Brief description of the drawings
Ulteriori caratteristiche ed i vantaggi dell’invenzione risulteranno dalla descrizione che segue di una forma di realizzazione preferita e di sue varianti fornita a titolo esemplificativo con riferimento ai disegni allegati, in cui: Further features and advantages of the invention will emerge from the following description of a preferred embodiment and its variants provided by way of example with reference to the attached drawings, in which:
- la Figura 1 mostra uno schema a blocchi di un convertitore DC-DC secondo una prima forma di realizzazione dell’invenzione; - Figure 1 shows a block diagram of a DC-DC converter according to a first embodiment of the invention;
- la Figura 2A mostra uno schema a blocchi di un convertitore DC-DC in base ad una seconda forma di realizzazione dell’invenzione; - Figure 2A shows a block diagram of a DC-DC converter based on a second embodiment of the invention;
- la Figura 2B mostra uno schema a blocchi di un convertitore DC-DC in base ad una variante della seconda forma di realizzazione dell’invenzione; - la Figura 3A mostra uno schema a blocchi di un convertitore DC-DC secondo una terza forma di realizzazione dell’invenzione; - Figure 2B shows a block diagram of a DC-DC converter based on a variant of the second embodiment of the invention; - Figure 3A shows a block diagram of a DC-DC converter according to a third embodiment of the invention;
- la Figura 3B mostra uno schema a blocchi di un convertitore DC-DC secondo una variante della terza forma di realizzazione dell’invenzione - la Figura 4 mostra schematicamente un sistema di alimentazione e controllo che comprende, alternativamente, il convertitore DC-DC delle Figure 1, 2A, 2B, 3A, 3B; - Figure 3B shows a block diagram of a DC-DC converter according to a variant of the third embodiment of the invention - Figure 4 schematically shows a power supply and control system which includes, alternatively, the DC-DC converter of the Figures 1, 2A, 2B, 3A, 3B;
- le Figure 5A-5D mostrano schematicamente un possibile andamento di alcuni segnali generati in un periodo della modalità di funzionamento “boost” nel convertitore DC-DC delle Figure 3A-3B e nel sistema di Figura 4; - Figures 5A-5D schematically show a possible trend of some signals generated in a period of the "boost" operating mode in the DC-DC converter of Figures 3A-3B and in the system of Figure 4;
- le Figure 6A-6D mostrano schematicamente un possibile andamento di alcuni segnali generati in un periodo della modalità di funzionamento “buck” nel convertitore DC-DC delle Figure 3A-3B e nel sistema di Figura 4; - Figures 6A-6D schematically show a possible trend of some signals generated in a period of the “buck” operating mode in the DC-DC converter of Figures 3A-3B and in the system of Figure 4;
- le Figure 7A-7D mostrano schematicamente un possibile andamento di alcuni segnali generati in un periodo della modalità di funzionamento “boostlimit” nel convertitore DC-DC delle Figure 3A-3B e nel sistema di Figura 4. - Figures 7A-7D schematically show a possible trend of some signals generated in a period of the "boostlimit" operating mode in the DC-DC converter of Figures 3A-3B and in the system of Figure 4.
Descrizione dettagliata dell’invenzione Detailed description of the invention
Si osservi che nella descrizione seguente blocchi, componenti o moduli identici o analoghi sono indicati nelle figure con gli stessi riferimenti numerici, anche se sono mostrati in differenti forme di realizzazione dell’invenzione. It should be noted that in the following description identical or similar blocks, components or modules are indicated in the figures with the same numerical references, even if they are shown in different embodiments of the invention.
Con riferimento alla Figura 1, viene mostrato un convertitore 1 di tipo DC-DC (DC=Direct Current) secondo una prima forma di realizzazione dell’invenzione. With reference to Figure 1, a DC-DC (DC = Direct Current) converter 1 is shown according to a first embodiment of the invention.
Il convertitore DC-DC 1 effettua una conversione di tensione fra due livelli di tensione continua diversi, indicati con primo livello di tensione continua ∆HV (indicato anche con “alta tensione”) e con secondo livello di tensione continua ∆LV (indicato anche con “bassa tensione”). The DC-DC converter 1 performs a voltage conversion between two different direct voltage levels, indicated with the first direct voltage level ∆HV (also indicated with "high voltage") and with the second direct voltage level ∆LV (also indicated with "low voltage").
Inoltre il convertitore DC-DC 1 è di tipo bidirezionale, è dotato di isolamento a trasformatore con rapporto di trasformazione N ed è tale da funzionare secondo tre possibili modalità: Furthermore, the DC-DC converter 1 is of the bidirectional type, is equipped with transformer insulation with a transformation ratio N and is capable of operating in three possible modes:
- una modalità di funzionamento di tipo “buck” (direzione da sinistra a destra della Figura 1 nel verso di lettura), in cui il convertitore DC-DC 1 effettua una conversione del livello di tensione continua da alta tensione ∆HV a bassa tensione ∆LV, in cui la bassa tensione ∆LV è minore di ∆HV/N (ad esempio ∆HV=240 V, N=6, ∆LV=12 V); - a "buck" operating mode (direction from left to right of Figure 1 in the reading direction), in which the DC-DC converter 1 converts the direct voltage level from high voltage ∆HV to low voltage ∆ LV, where the low voltage ∆LV is less than ∆HV / N (for example ∆HV = 240 V, N = 6, ∆LV = 12 V);
- una modalità di funzionamento di tipo “boost” (direzione da destra a sinistra della Figura 1 nel verso di lettura), in cui il convertitore DC-DC 1 effettua una conversione del livello di tensione continua da bassa tensione ∆LV ad alta tensione ∆HV, essendo ∆HV/N maggiore di ∆LV (ad esempio ∆LV=12 V, N=6, ∆HV=360 V); - a "boost" operating mode (direction from right to left of Figure 1 in the reading direction), in which the DC-DC converter 1 converts the direct voltage level from low voltage ∆LV to high voltage ∆ HV, being ∆HV / N greater than ∆LV (for example ∆LV = 12 V, N = 6, ∆HV = 360 V);
- una modalità di funzionamento di tipo “boost-limit” (direzione da destra a sinistra della Figura 1 nel verso di lettura), in cui il convertitore DC-DC 1 effettua una conversione del livello di tensione continua da bassa tensione ∆LV ad alta tensione ∆HV, essendo ∆HV/N minore di ∆LV (ad esempio ∆LV=12 V, N=6, ∆HV=6 V). - a "boost-limit" operating mode (direction from right to left of Figure 1 in the reading direction), in which the DC-DC converter 1 converts the direct voltage level from low voltage ∆LV to high voltage ∆HV, being ∆HV / N less than ∆LV (for example ∆LV = 12 V, N = 6, ∆HV = 6 V).
Il convertitore DC-DC 1 comprende un primo terminale d’ingresso/uscita HV+ ed un secondo terminale d’ingresso/uscita HV-, in cui livello di alta tensione continua ∆HV è la differenza di potenziale fra il primo terminale d’ingresso/uscita HV+ ed il secondo terminale d’ingresso/uscita HV-; il primo terminale d’ingresso/uscita HV+ è quindi atto a ricevere/generare il valore superiore del livello di alta tensione continua ∆HV ed il secondo terminale d’ingresso/uscita HV- è atto a ricevere/generare il valore inferiore del livello di alta tensione continua ∆HV. The DC-DC converter 1 comprises a first input / output terminal HV + and a second input / output terminal HV-, in which the DC high voltage level ∆HV is the potential difference between the first input / output terminal. HV + output and the second HV- input / output terminal; the first input / output terminal HV + is therefore able to receive / generate the upper value of the high direct voltage level ∆HV and the second input / output terminal HV- is able to receive / generate the lower value of the level of DC high voltage ∆HV.
Il convertitore DC-DC 1 comprende ulteriormente un terzo terminale d’ingresso/uscita LV+ ed un quarto terminale d’ingresso/uscita LV-, in cui il livello di bassa tensione continua ∆LV è la differenza di potenziale fra il terzo terminale d’ingresso/uscita LV+ ed il quarto terminale d’ingresso/uscita LV-; il terzo terminale d’ingresso/uscita LV+ è quindi atto a ricevere/generare il valore superiore del livello di bassa tensione continua ∆LV ed il quarto terminale d’ingresso/uscita LV- è atto a ricevere/generare il valore inferiore del livello di bassa tensione continua ∆LV. The DC-DC converter 1 further comprises a third input / output terminal LV + and a fourth input / output terminal LV-, in which the DC low voltage level ∆LV is the potential difference between the third terminal of LV + input / output and the fourth LV- input / output terminal; the third input / output terminal LV + is therefore able to receive / generate the upper value of the low direct voltage level ∆LV and the fourth input / output terminal LV- is able to receive / generate the lower value of the level of DC low voltage ∆LV.
I componenti elettrici ed elettronici che compongono il convertitore DC-DC 1 sono elettricamente collegati come mostrato in Figura 1. The electrical and electronic components that make up the DC-DC converter 1 are electrically connected as shown in Figure 1.
Il convertitore DC-DC 1 comprende una porzione ad alta tensione ed una porzione a bassa tensione separate fra di loro da un trasformatore 10, in cui la porzione ad alta tensione è mostrata nella parte a sinistra della Figura 1 (rispetto alla direzione di lettura della Figura 1) e la porzione a bassa tensione è mostrata nella parte a destra della Figura 1. The DC-DC converter 1 comprises a high-voltage portion and a low-voltage portion separated from each other by a transformer 10, in which the high-voltage portion is shown in the left-hand side of Figure 1 (with respect to the reading direction of the Figure 1) and the low voltage portion is shown on the right side of Figure 1.
Con il termine “alta tensione” si intende un livello positivo di tensione ∆HV inferiore ad un primo valore massimo definito ∆HVmax, ovvero 0 V<∆HV<∆HVmax. The term "high voltage" means a positive voltage level ∆HV lower than a first maximum value defined ∆HVmax, that is 0 V <∆HV <∆HVmax.
Con il termine “bassa tensione” si intende un livello positivo di tensione ∆LV inferiore ad un secondo valore massimo definito ∆LVmax, in cui il secondo valore massimo definito ∆LVmax è minore del primo valore massimo definito ∆HVmax, ovvero 0 V<∆LV<∆LVmax< ∆HVmax. The term "low voltage" means a positive voltage level ∆LV lower than a second maximum defined value ∆LVmax, in which the second maximum defined value ∆LVmax is lower than the first maximum defined value ∆HVmax, that is 0 V <∆ LV <∆LVmax <∆HVmax.
Per esempio, ∆HVmax=400 V e ∆LVmax=14 V, per cui risulta 0 V<∆HV<400 V e 0 V<∆LV<14 V. For example, ∆HVmax = 400 V and ∆LVmax = 14 V, which results in 0 V <∆HV <400 V and 0 V <∆LV <14 V.
In particolare, la porzione ad alta tensione del convertitore DC-DC 1 comprende: In particular, the high voltage portion of the DC-DC converter 1 comprises:
- un raddrizzatore a ponte intero 5 comprendente quattro diodi DS1, DS2, DS3, DS4; - a full bridge rectifier 5 comprising four diodes DS1, DS2, DS3, DS4;
- quattro interruttori S1, S2, S3, S4 aventi una topologia a ponte ad H; - un induttore di risonanza L_res; - four switches S1, S2, S3, S4 having an H bridge topology; - a resonance inductor L_res;
- una coppia di diodi di taglio D1, D2; - a pair of cut-off diodes D1, D2;
- un avvolgimento primario 10.1 di un trasformatore 10. - a primary winding 10.1 of a transformer 10.
La porzione a bassa tensione del convertitore DC-DC 1 comprende: - un avvolgimento secondario 10.2 del trasformatore 10; The low voltage portion of the DC-DC converter 1 comprises: - a secondary winding 10.2 of the transformer 10;
- un circuito di raddrizzamento sincrono 11; - a synchronous rectification circuit 11;
- due interruttori S5, S6; - two switches S5, S6;
- un filtro d’uscita comprendente un primo induttore L1, un secondo induttore L2 ed un condensatore C5; - an output filter comprising a first inductor L1, a second inductor L2 and a capacitor C5;
- un interruttore di parzializzazione S10; - a capacity switch S10;
- un diodo D3 di ricircolo. - a recirculation diode D3.
Il trasformatore 10 ha la funzione di effettuare una conversione di una tensione primaria Vpr ai capi dell’avvolgimento primario 10.1 in una tensione secondaria Vsec ai capi dell’avvolgimento secondario 10.2 avente valore minore della tensione primaria Vpr; viceversa, il trasformatore 10 ha anche la funzione di effettuare una conversione della tensione secondaria Vsec nella tensione primaria Vpr avente valore maggiore della tensione secondaria Vsec. The transformer 10 has the function of converting a primary voltage Vpr at the ends of the primary winding 10.1 into a secondary voltage Vsec at the ends of the secondary winding 10.2 having a lower value than the primary voltage Vpr; vice versa, the transformer 10 also has the function of effecting a conversion of the secondary voltage Vsec into the primary voltage Vpr having a value greater than the secondary voltage Vsec.
Il trasformatore 10 comprende quindi l’avvolgimento primario 10.1, l’avvolgimento secondario 10.2 ed un nucleo magnetico 10.3 per accoppiare induttivamente l’avvolgimento primario 10.1 con l’avvolgimento secondario 10.2, in cui il rapporto di trasformazione in tensione fra l’avvolgimento primario 10.1 e l’avvolgimento secondario 10.2 è uguale ad un valore N>0 (per esempio, N=6). The transformer 10 therefore comprises the primary winding 10.1, the secondary winding 10.2 and a magnetic core 10.3 for inductively coupling the primary winding 10.1 with the secondary winding 10.2, in which the voltage transformation ratio between the primary winding 10.1 and the secondary winding 10.2 is equal to a value N> 0 (for example, N = 6).
L’avvolgimento primario 10.1 comprende un primo terminale collegato al raddrizzatore a ponte intero 5 (come verrà spiegato meglio in seguito) e comprende un secondo terminale collegato all’induttore di risonanza L_res. The primary winding 10.1 includes a first terminal connected to the full bridge rectifier 5 (as will be explained further below) and includes a second terminal connected to the resonance inductor L_res.
L’avvolgimento secondario 10.2 comprende un primo terminale (indicato anche con nodo N1) collegato ad un primo terminale del circuito di raddrizzamento 11 e collegato al primo induttore L1; l’avvolgimento secondario 10.2 comprende inoltre un secondo terminale (indicato anche con nodo N2) collegato ad un secondo terminale del circuito di raddrizzamento 11 e collegato al secondo induttore L2. The secondary winding 10.2 comprises a first terminal (also referred to as node N1) connected to a first terminal of the rectification circuit 11 and connected to the first inductor L1; the secondary winding 10.2 also includes a second terminal (also referred to as node N2) connected to a second terminal of the rectification circuit 11 and connected to the second inductor L2.
I diodi DS1, DS2, DS3, DS4 del raddrizzatore a ponte intero 5 hanno la funzione di raddrizzare la tensione primaria Vpr generata ai capi dell’avvolgimento primario 10.1 durante la modalità di funzionamento boost e durante la modalità di funzionamento boost-limit. The diodes DS1, DS2, DS3, DS4 of the full bridge rectifier 5 have the function of rectifying the primary voltage Vpr generated across the primary winding 10.1 during the boost operating mode and during the boost-limit operating mode.
Durante la modalità di funzionamento buck, invece, i diodi DS1, DS2, DS3, DS4 sono polarizzati direttamente nel breve tempo morto necessario per commutare lo stato di apertura/chiusura degli interruttori S1, S2, S3 e S4, altrimenti i diodi DS1, DS2, DS3, DS4 sono polarizzati inversamente. During the buck operating mode, on the other hand, the diodes DS1, DS2, DS3, DS4 are directly biased in the short dead time necessary to switch the opening / closing state of switches S1, S2, S3 and S4, otherwise the diodes DS1, DS2 , DS3, DS4 are inversely polarized.
L’induttore di risonanza L_res ha la funzione, nella modalità di funzionamento buck, di permettere la commutazione a tensione nulla (ZVS, zero voltage switching) degli interruttori S1, S2, S3 e S4, grazie alla risonanza con le capacità parassite degli interruttori S1, S2, S3 e S4 stessi. The resonance inductor L_res has the function, in the buck operating mode, of allowing zero voltage switching (ZVS, zero voltage switching) of switches S1, S2, S3 and S4, thanks to the resonance with the parasitic capacitances of switches S1 , S2, S3 and S4 themselves.
L’induttore di risonanza L_res comprende un primo terminale collegato al terminale di anodo del diodo DS1 e al terminale di catodo del diodo DS4 e comprende un secondo terminale collegato al secondo terminale dell’avvolgimento primario 10.1. The resonance inductor L_res comprises a first terminal connected to the anode terminal of the diode DS1 and to the cathode terminal of the diode DS4 and includes a second terminal connected to the second terminal of the primary winding 10.1.
Si osservi che ai fini della spiegazione dell’invenzione l’induttore di risonanza L_res è stato mostrato come un elemento separato, ma l’induttore di risonanza L_res può anche essere integrato nel trasformatore 10, essendo l’induttore di risonanza L_res costituito dall’induttanza di dispersione dell’avvolgimento primario 10.1 del trasformatore 10 stesso. It should be noted that for the purposes of the explanation of the invention the resonance inductor L_res has been shown as a separate element, but the resonance inductor L_res can also be integrated in the transformer 10, being the resonance inductor L_res constituted by the inductance dispersion of the primary winding 10.1 of the transformer 10 itself.
I quattro interruttori S1, S2, S3, S4 hanno una topologia a ponte ad H, il quale è costituito da due rami, in cui il primo ramo è formato dal collegamento serie degli interruttori S1 e S4, mentre il secondo ramo è formato dal collegamento serie degli interruttori S2 e S3. The four switches S1, S2, S3, S4 have an H bridge topology, which consists of two branches, in which the first branch is formed by the series connection of switches S1 and S4, while the second branch is formed by the connection series of switches S2 and S3.
Inoltre i quattro interruttori S1, S2, S3, S4 sono collegati in parallelo rispettivamente ai quattro diodi DS1, DS2, DS3, DS4. Furthermore, the four switches S1, S2, S3, S4 are connected in parallel to the four diodes DS1, DS2, DS3, DS4 respectively.
Nella modalità di funzionamento buck i quattro interruttori S1, S2, S3, S4 commutano fra una posizione di chiusura in cui sono sostanzialmente equivalenti ad un corto circuito ed una posizione di apertura in cui sono equivalenti ad un circuito aperto. In the buck operating mode, the four switches S1, S2, S3, S4 switch between a closed position in which they are substantially equivalent to a short circuit and an open position in which they are equivalent to an open circuit.
Durante le modalità di funzionamento boost e boost-limit, invece, gli interruttori S1, S2, S3, S4 sono nella posizione di apertura. During the boost and boost-limit operating modes, on the other hand, switches S1, S2, S3, S4 are in the open position.
Nella modalità di funzionamento buck i quattro interruttori S1, S2, S3, S4 hanno la funzione di connettere/disconnettere alternativamente il livello di alta tensione continua ∆HV a/dall’avvolgimento primario 10.1, controllando opportunamente la generazione della tensione primaria Vpr ai capi dell’avvolgimento primario 10.1 e quindi la tensione secondaria Vsec ai capi dell’avvolgimento secondario 10.2; per mezzo della commutazione dei quattro interruttori S1, S2, S3, S4, durante la modalità di funzionamento buck il livello di bassa tensione continua ∆LV viene connesso/disconnesso alternativamente al/dal primo e secondo induttore L1, L2, come verrà spiegato più in dettaglio in seguito. In the buck operating mode, the four switches S1, S2, S3, S4 have the function of alternately connecting / disconnecting the high direct voltage level ∆HV to / from the primary winding 10.1, suitably controlling the generation of the primary voltage Vpr across the primary winding 10.1 and therefore the secondary voltage Vsec across the secondary winding 10.2; by means of the commutation of the four switches S1, S2, S3, S4, during the buck operation mode the low direct voltage level ∆LV is connected / disconnected alternatively to / from the first and second inductors L1, L2, as will be explained further on detail later.
Gli interruttori S1, S2, S3, S4 sono realizzati ad esempio con transistori MOSFET o transistori bipolari. The switches S1, S2, S3, S4 are made for example with MOSFET transistors or bipolar transistors.
Il diodo DS1 è collegato in parallelo all’interruttore S1, il diodo DS2 è collegato in parallelo all’interruttore S2, il diodo DS3 è collegato in parallelo all’interruttore S3 ed il diodo DS4 è collegato in parallelo all’interruttore S4. The DS1 diode is connected in parallel to the S1 switch, the DS2 diode is connected in parallel to the S2 switch, the DS3 diode is connected in parallel to the S3 switch and the DS4 diode is connected in parallel to the S4 switch.
Si osservi che ai fini della spiegazione dell’invenzione i diodi DS1, DS2, DS3 e DS4 sono stati considerati come elementi separati, ma i diodi DS1, DS2, DS3 e DS4 possono anche essere i diodi di body della eventuale realizzazione a MOSFET rispettivamente degli interruttori S1, S2, S3 ed S4. It should be noted that for the purposes of the explanation of the invention the diodes DS1, DS2, DS3 and DS4 have been considered as separate elements, but the diodes DS1, DS2, DS3 and DS4 can also be the body diodes of the possible MOSFET embodiment respectively of the switches S1, S2, S3 and S4.
L’interruttore S1 comprende un primo terminale I collegato al primo terminale d’ingresso/uscita HV+ e al terminale di catodo del diodo DS1; l’interruttore S1 comprende inoltre un secondo terminale O collegato al terminale di anodo del diodo DS1, collegato all’interruttore S4, collegato al diodo DS4 e collegato al primo terminale dell’induttore di risonanza L_res. The switch S1 includes a first terminal I connected to the first input / output terminal HV + and to the cathode terminal of the diode DS1; the switch S1 also includes a second terminal O connected to the anode terminal of the diode DS1, connected to the switch S4, connected to the diode DS4 and connected to the first terminal of the resonance inductor L_res.
L’interruttore S1 comprende inoltre un terminale di controllo C atto a ricevere un primo segnale PWM1A che controlla l’apertura e la chiusura periodica dell’interruttore S1 nella modalità di funzionamento buck e mantiene aperto l’interruttore S1 nella modalità di funzionamento boost e boost-limit. The switch S1 also comprises a control terminal C adapted to receive a first PWM1A signal which controls the periodic opening and closing of the switch S1 in the buck operating mode and keeps the switch S1 open in the boost and boost operating mode. -limit.
L’interruttore S2 comprende un primo terminale I collegato al primo terminale I del primo interruttore S1 (e quindi collegato al primo terminale d’ingresso/uscita HV+) e collegato al terminale di catodo del diodo DS2; l’interruttore S2 comprende inoltre un secondo terminale O collegato al terminale di anodo del diodo DS2, collegato al primo terminale dell’avvolgimento primario 10.1, collegato all’interruttore S3 e collegato al diodo DS3. Switch S2 includes a first terminal I connected to the first terminal I of the first switch S1 (and therefore connected to the first HV + input / output terminal) and connected to the cathode terminal of the diode DS2; the switch S2 also includes a second terminal O connected to the anode terminal of the diode DS2, connected to the first terminal of the primary winding 10.1, connected to the switch S3 and connected to the diode DS3.
L’interruttore S2 comprende inoltre un terminale di controllo C atto a ricevere un secondo segnale PWM2A che controlla l’apertura e la chiusura periodica dell’interruttore S2 nella modalità di funzionamento buck e mantiene aperto l’interruttore S2 nella modalità di funzionamento boost e boost-limit. The switch S2 also comprises a control terminal C adapted to receive a second PWM2A signal which controls the periodic opening and closing of the switch S2 in the buck operating mode and keeps the S2 switch open in the boost and boost operating mode. -limit.
L’interruttore S4 comprende un primo terminale I collegato al terminale di catodo del diodo DS4 e collegato al secondo terminale O dell’interruttore S1 (e quindi collegato al primo terminale dell’induttore di risonanza L_res); l’interruttore S4 comprende inoltre un secondo terminale O collegato al terminale di anodo del diodo DS4, collegato al secondo terminale d’ingresso/uscita HV-, collegato all’interruttore S3 e collegato al diodo DS3. The switch S4 includes a first terminal I connected to the cathode terminal of the diode DS4 and connected to the second terminal O of the switch S1 (and therefore connected to the first terminal of the resonance inductor L_res); the switch S4 also includes a second terminal O connected to the anode terminal of the diode DS4, connected to the second input / output terminal HV-, connected to the switch S3 and connected to the diode DS3.
L’interruttore S4 comprende inoltre un terminale di controllo C atto a ricevere un quarto segnale PWM1B che controlla l’apertura e la chiusura periodica dell’interruttore S4 nella modalità di funzionamento buck e mantiene aperto l’interruttore S4 nella modalità di funzionamento boost e boost-limit. The switch S4 also comprises a control terminal C adapted to receive a fourth PWM1B signal which controls the periodic opening and closing of the switch S4 in the buck operating mode and keeps the S4 switch open in the boost and boost operating mode. -limit.
L’interruttore S3 comprende un primo terminale I collegato al terminale di catodo del diodo DS3 e collegato al secondo terminale O dell’interruttore S2 (e quindi collegato al primo terminale dell’avvolgimento primario 10.1); l’interruttore S3 comprende inoltre un secondo terminale O collegato al terminale di anodo del diodo DS3 e collegato al secondo terminale O dell’interruttore S4 (e quindi collegato al secondo terminale d’ingresso/uscita HV-). The switch S3 includes a first terminal I connected to the cathode terminal of the diode DS3 and connected to the second terminal O of the switch S2 (and therefore connected to the first terminal of the primary winding 10.1); the switch S3 also includes a second terminal O connected to the anode terminal of the diode DS3 and connected to the second terminal O of the switch S4 (and therefore connected to the second input / output terminal HV-).
L’interruttore S3 comprende inoltre un terminale di controllo C atto a ricevere un terzo segnale PWM2B che controlla l’apertura e la chiusura periodica dell’interruttore S3 nella modalità di funzionamento buck e mantiene aperto l’interruttore S3 nella modalità di funzionamento boost e boost-limit. The switch S3 also comprises a control terminal C adapted to receive a third PWM2B signal which controls the periodic opening and closing of the switch S3 in the buck operating mode and keeps the S3 switch open in the boost and boost operating mode. -limit.
Nelle modalità di funzionamento boost e boost-limit tutti i segnali PWM1A, PWM1B, PWM2A, PWM2B sono al valore logico basso. In the boost and boost-limit operating modes all the PWM1A, PWM1B, PWM2A, PWM2B signals are at the low logic value.
Nella modalità di funzionamento buck il segnale PWM1A è sfasato di 180 gradi rispetto al segnale PWM1B ed il segnale PWM2A è sfasato di 180 gradi rispetto al segnale PWM2B, come mostrato nella Figura 6A. In the buck mode of operation the PWM1A signal is 180 degrees out of phase with the PWM1B signal and the PWM2A signal is 180 degrees out of phase with the PWM2B signal, as shown in Figure 6A.
Inoltre nella modalità di funzionamento buck il segnale PWM1A è sfasato di un certo angolo compreso tra 0 e 180 gradi rispetto al segnale PWM2A, come mostrato nella Figura 6A; in altre parole, i segnali PWM1A e PWM2A sono attivi contemporaneamente per un intervallo di tempo che è compreso fra 0 e massimo la metà del periodo di commutazione. Furthermore, in the buck operating mode the PWM1A signal is out of phase by a certain angle between 0 and 180 degrees with respect to the PWM2A signal, as shown in Figure 6A; in other words, the signals PWM1A and PWM2A are active simultaneously for a time interval which is comprised between 0 and maximum half of the switching period.
Analogamente, nella modalità di funzionamento buck il segnale PWM1B è sfasato di un certo angolo compreso tra 0 e 180 gradi rispetto al segnale PWM2B, come mostrato nelle Figure 6A; in altre parole, i segnali PWM1B e PWM2B sono attivi contemporaneamente per un intervallo di tempo che è compreso fra 0 e la metà del periodo di commutazione. Similarly, in the buck operating mode the PWM1B signal is out of phase by a certain angle between 0 and 180 degrees with respect to the PWM2B signal, as shown in Figures 6A; in other words, the signals PWM1B and PWM2B are active simultaneously for a time interval which is comprised between 0 and half of the switching period.
Sempre nella modalità buck, i segnali SINC2, SINC1 di controllo rispettivamente degli interruttori S5, S6 sono generati in maniera sincrona ai fronti dei segnali di controllo PWM1A, PWM1B, PWM2A, PWM2B, come verrà spiegato più in dettaglio in seguito. Still in the buck mode, the control signals SINC2, SINC1 respectively of the switches S5, S6 are generated synchronously at the edges of the control signals PWM1A, PWM1B, PWM2A, PWM2B, as will be explained in more detail below.
Il circuito di raddrizzamento sincrono 11 è collegato in parallelo fra il primo terminale del primo induttore L1 ed il primo terminale del secondo induttore L2. The synchronous rectification circuit 11 is connected in parallel between the first terminal of the first inductor L1 and the first terminal of the second inductor L2.
In particolare, il circuito di raddrizzamento sincrono 11 comprende due diodi raddrizzatori DS5, DS6 che sono collegati in parallelo rispettivamente agli interruttori S5, S6. In particular, the synchronous rectifying circuit 11 comprises two rectifying diodes DS5, DS6 which are connected in parallel to the switches S5, S6 respectively.
Durante la modalità di funzionamento buck, i diodi raddrizzatori DS5, DS6 hanno la funzione di raddrizzare la tensione secondaria Vsec generata ai capi dell’avvolgimento secondario 10.2. During the buck mode of operation, the rectifier diodes DS5, DS6 have the function of rectifying the secondary voltage Vsec generated at the ends of the secondary winding 10.2.
Durante la modalità di funzionamento boost, invece, i diodi raddrizzatori DS5, DS6 sono polarizzati inversamente e quindi sono equivalenti ad un circuito aperto. During the boost operating mode, on the other hand, the rectifier diodes DS5, DS6 are inversely polarized and therefore are equivalent to an open circuit.
Il diodo raddrizzatore DS5 comprende un terminale di catodo collegato al terminale I dell’interruttore S5, collegato al primo terminale dell’avvolgimento secondario 10.2 e collegato al primo terminale del primo induttore L1; il diodo raddrizzatore DS5 comprende un terminale di anodo collegato al terminale O dell’interruttore S5, collegato all’anodo del diodo raddrizzatore DS6, collegato all’interruttore S6, collegato al diodo di ricircolo D3, collegato al condensatore C5 e collegato al quarto terminale d’ingresso/uscita LV-. The rectifier diode DS5 includes a cathode terminal connected to the terminal I of the switch S5, connected to the first terminal of the secondary winding 10.2 and connected to the first terminal of the first inductor L1; the rectifier diode DS5 comprises an anode terminal connected to the terminal O of the switch S5, connected to the anode of the rectifier diode DS6, connected to the switch S6, connected to the free-wheeling diode D3, connected to the capacitor C5 and connected to the fourth terminal d 'LV input / output.
Il diodo raddrizzatore DS6 comprende un terminale di anodo collegato al terminale I dell’interruttore S6 e collegato al terminale di anodo del diodo raddrizzatore DS5 (e quindi collegato al quarto terminale d’ingresso/uscita LV-); il diodo raddrizzatore DS6 comprende un terminale di catodo collegato al terminale O dell’interruttore S6, collegato al secondo terminale dell’avvolgimento secondario 10.2 e collegato al primo terminale del secondo induttore L2. The rectifier diode DS6 includes an anode terminal connected to the terminal I of the switch S6 and connected to the anode terminal of the rectifier diode DS5 (and therefore connected to the fourth input / output terminal LV-); the rectifier diode DS6 includes a cathode terminal connected to terminal O of the switch S6, connected to the second terminal of the secondary winding 10.2 and connected to the first terminal of the second inductor L2.
Gli interruttori S5, S6 sono collegati fra di loro in serie e detta serie è posta in parallelo all’avvolgimento secondario 10.2. The switches S5, S6 are connected to each other in series and said series is placed in parallel with the secondary winding 10.2.
Gli interruttori S5, S6 comprendono un rispettivo terminale di controllo C atto a ricevere rispettivamente un primo ed un secondo segnale di controllo SINC1, SINC2 per controllare l’apertura e chiusura rispettivamente degli interruttori S5, S6. The switches S5, S6 include a respective control terminal C adapted to receive respectively a first and a second control signal SINC1, SINC2 to control the opening and closing respectively of the switches S5, S6.
Gli interruttori S5, S6 hanno la funzione, durante ciascun ciclo della modalità di funzionamento boost, di commutare fra una posizione di chiusura ed una di apertura in funzione rispettivamente del valore dei segnali di controllo SINC2, SINC1, allo scopo di trasferire energia dal primo induttore L1 e dal secondo induttore L2 all’avvolgimento secondario 10.2, come verrà spiegato più in dettaglio in seguito relativamente alla descrizione della Figura 5A. The switches S5, S6 have the function, during each cycle of the boost operating mode, to switch between a closed and an open position according to the value of the control signals SINC2, SINC1, respectively, in order to transfer energy from the first inductor. L1 and from the second inductor L2 to the secondary winding 10.2, as will be explained in more detail below in relation to the description of Figure 5A.
Nella modalità di funzionamento buck, invece, gli interruttori S5, S6 commutano fra la posizione aperta e la posizione chiusa in modo sincrono rispetto agli interruttori S1, S2, S3, S4 del raddrizzatore a ponte intero 5, come verrà spiegato più in dettaglio in seguito relativamente alla descrizione delle Figure 6A-6D. In the buck operating mode, on the other hand, the switches S5, S6 switch between the open position and the closed position synchronously with respect to the switches S1, S2, S3, S4 of the full-bridge rectifier 5, as will be explained in more detail below. relative to the description of Figures 6A-6D.
Gli interruttori S5, S6 sono realizzati ad esempio con transistori MOSFET o transistori bipolari. The switches S5, S6 are made for example with MOSFET transistors or bipolar transistors.
Nella modalità di funzionamento boost-limit, i segnali SINC2, SINC1, S_sf controllano rispettivamente gli interruttori S5, S6, S10 con andamenti periodici, come verrà spiegato più in dettaglio in seguito relativamente alla descrizione delle Figure 7A-7D. In the boost-limit operating mode, the signals SINC2, SINC1, S_sf respectively control the switches S5, S6, S10 with periodic trends, as will be explained in more detail below in relation to the description of Figures 7A-7D.
Inoltre gli interruttori S5, S6 hanno la funzione, durante ciascun ciclo della modalità di funzionamento buck, di commutare fra una posizione aperta ed una posizione chiusa in modo sincrono rispetto ai quattro interruttori S1, S2, S3, S4, allo scopo di connettere/disconnettere alternativamente il primo e secondo induttore L1, L2 al/dal livello di bassa tensione continua ∆LV, come verrà spiegato più in dettaglio in seguito. Furthermore, the switches S5, S6 have the function, during each cycle of the buck operating mode, to switch between an open position and a closed position synchronously with respect to the four switches S1, S2, S3, S4, in order to connect / disconnect alternatively the first and second inductors L1, L2 to / from the low direct voltage level ∆LV, as will be explained in more detail below.
In particolare, l’interruttore S5 comprende un primo terminale I collegato al primo terminale (nodo N1) dell’avvolgimento secondario 10.2 e al primo terminale (nodo N1) del primo induttore L1 e comprende un secondo terminale O collegato all’interruttore S6, al diodo di ricircolo D3 e al quarto terminale d’ingresso/uscita LV-. In particular, the switch S5 comprises a first terminal I connected to the first terminal (node N1) of the secondary winding 10.2 and to the first terminal (node N1) of the first inductor L1 and comprises a second terminal O connected to the switch S6, to the free-wheeling diode D3 and to the fourth input / output terminal LV-.
L’interruttore S5 comprende inoltre un terminale di controllo C atto a ricevere un segnale SINC2 che ne controlla l’apertura e chiusura. The switch S5 also includes a control terminal C adapted to receive a SINC2 signal which controls its opening and closing.
Il diodo raddrizzatore DS5 è collegato in parallelo all’interruttore S5, ovvero il terminale di catodo del diodo raddrizzatore DS5 è collegato al primo terminale I dell’interruttore S5 ed il terminale di anodo del diodo raddrizzatore DS5 è collegato al secondo terminale O dell’interruttore S5. The rectifier diode DS5 is connected in parallel to the switch S5, i.e. the cathode terminal of the rectifier diode DS5 is connected to the first terminal I of the switch S5 and the anode terminal of the rectifier diode DS5 is connected to the second terminal O of the switch S5.
L’interruttore S6 comprende un primo terminale I collegato al secondo terminale O dell’interruttore S5 (e quindi collegato al quarto terminale d’ingresso/uscita LV- ed al diodo di ricircolo D3) e comprende un secondo terminale O collegato al secondo terminale dell’avvolgimento secondario 10.2 ed al primo terminale (nodo N2) del secondo induttore L2. The switch S6 comprises a first terminal I connected to the second terminal O of the switch S5 (and therefore connected to the fourth input / output terminal LV- and to the free-wheeling diode D3) and comprises a second terminal O connected to the second terminal of the secondary winding 10.2 and to the first terminal (node N2) of the second inductor L2.
L’interruttore S6 comprende inoltre un terminale di controllo C atto a ricevere un segnale SINC1 che ne controlla l’apertura e chiusura. The switch S6 also includes a control terminal C adapted to receive a SINC1 signal which controls its opening and closing.
Il diodo raddrizzatore DS6 è collegato in parallelo all’interruttore S6, ovvero il terminale di anodo del diodo raddrizzatore DS6 è collegato al primo terminale I dell’interruttore S6 ed il terminale di catodo del diodo raddrizzatore DS6 è collegato al secondo terminale O dell’interruttore S6. The rectifier diode DS6 is connected in parallel to the switch S6, i.e. the anode terminal of the rectifier diode DS6 is connected to the first terminal I of the switch S6 and the cathode terminal of the rectifier diode DS6 is connected to the second terminal O of the switch S6.
Il filtro d’uscita comprende il primo induttore L1, il secondo induttore L2 ed il condensatore C5. The output filter includes the first inductor L1, the second inductor L2 and the capacitor C5.
Il primo induttore L1 ha la funzione, durante le modalità di funzionamento boost e boost-limit, di immagazzinare energia e poi di rilasciare l’energia immagazzinata verso l’avvolgimento secondario 10.2; invece nella modalità di funzionamento buck il primo induttore L1 ha la funzione (insieme al condensatore C5) di effettuare un filtraggio di tipo passa-basso. The first inductor L1 has the function, during the boost and boost-limit operating modes, to store energy and then to release the stored energy towards the secondary winding 10.2; on the other hand, in the buck mode of operation the first inductor L1 has the function (together with the capacitor C5) to perform a low-pass filtering.
Il primo induttore L1 comprende un primo terminale (nodo N1) collegato al primo terminale dell’avvolgimento secondario 10.2 e comprende un secondo terminale collegato al secondo induttore L2; inoltre il secondo terminale del primo induttore L1 è collegato al terminale di catodo del diodo di ricircolo D3 e all’interruttore di parzializzazione S10. The first inductor L1 includes a first terminal (node N1) connected to the first terminal of the secondary winding 10.2 and includes a second terminal connected to the second inductor L2; in addition, the second terminal of the first inductor L1 is connected to the cathode terminal of the recirculation diode D3 and to the throttling switch S10.
Il secondo induttore L2 ha la funzione, durante le modalità di funzionamento boost e boost-limit, di immagazzinare energia e poi di rilasciare l’energia immagazzinata verso l’avvolgimento secondario 10.2; invece nella modalità di funzionamento buck il secondo induttore L2 ha la funzione (insieme al condensatore C5) di effettuare un filtraggio di tipo passa-basso. The second inductor L2 has the function, during the boost and boost-limit operating modes, of storing energy and then releasing the stored energy towards the secondary winding 10.2; on the other hand, in the buck operating mode, the second inductor L2 has the function (together with the capacitor C5) to perform a low-pass filtering.
Il secondo induttore L2 comprende un primo terminale (nodo N2) collegato al secondo terminale dell’avvolgimento secondario 10.2 e comprende un secondo terminale collegato al secondo terminale (nodo N3) del secondo induttore L2; inoltre il secondo terminale del secondo induttore L2 è collegato al terminale di catodo del diodo di ricircolo D3 e all’interruttore di parzializzazione S10. The second inductor L2 comprises a first terminal (node N2) connected to the second terminal of the secondary winding 10.2 and includes a second terminal connected to the second terminal (node N3) of the second inductor L2; in addition, the second terminal of the second inductor L2 is connected to the cathode terminal of the recirculation diode D3 and to the throttling switch S10.
L’insieme degli interruttori S5, S6 e del filtro d’uscita (comprendente L1, L2, C5) realizza un “current doubler” sincrono. The set of switches S5, S6 and the output filter (including L1, L2, C5) creates a synchronous "current doubler".
L’insieme del diodo di ricircolo D3 e dell’interruttore di parzializzazione S10 costituiscono un circuito di parzializzazione che consente di limitare, nella modalità di funzionamento boost-limit in cui la differenza di tensione fra il terminale HV+ ed il terminale HV- è piccola (per esempio, uguale a 6 V), il valore della corrente di carico verso il generatore ad alta tensione 40 (e quindi consente di regolare la corrente sul carico ad alta tensione 45), come verrà spiegato più in dettaglio in seguito relativamente alla descrizione delle Figure 7A-7D in cui è illustrato il funzionamento del convertitore DC-DC nella modalità boost-limit. The assembly of the recirculation diode D3 and of the capacity control switch S10 form a capacity control circuit which allows to limit, in the boost-limit operating mode in which the voltage difference between the HV + terminal and the HV- terminal is small ( for example, equal to 6 V), the value of the load current towards the high voltage generator 40 (and therefore allows to regulate the current on the high voltage load 45), as will be explained in more detail below in relation to the description of the Figures 7A-7D showing the operation of the DC-DC converter in the boost-limit mode.
Questo viene ottenuto, nella modalità di funzionamento boost-limit, con il diodo di ricircolo D3 che lavora in controfase all’interruttore di parzializzazione S10, ovvero: This is achieved, in the boost-limit operating mode, with the recirculation diode D3 which works in counterphase to the throttling switch S10, namely:
- quando il diodo di ricircolo D3 conduce (ovvero è polarizzato direttamente), l’interruttore di parzializzazione S10 è aperto; - when the recirculation diode D3 conducts (or is directly polarized), the capacity control switch S10 is open;
- quando il diodo di ricircolo D3 non conduce (ovvero è polarizzato inversamente), l’interruttore di parzializzazione S10 è chiuso. - when the recirculation diode D3 does not conduct (or is reverse biased), the capacity control switch S10 is closed.
Pertanto l’insieme del diodo di ricircolo D3 e dell’interruttore di parzializzazione S10 hanno la funzione di limitare il valore della corrente che scorre nel lato a bassa tensione del convertitore DC-DC 1, riducendo così l’energia immagazzinata negli induttori L1 e L2. Therefore, the assembly of the free-wheeling diode D3 and the capacity switch S10 have the function of limiting the value of the current flowing in the low voltage side of the DC-DC converter 1, thus reducing the energy stored in the inductors L1 and L2 .
Nelle modalità di funzionamento buck e boost, invece, il diodo di ricircolo D3 è polarizzato inversamente. In the buck and boost operating modes, on the other hand, the recirculation diode D3 is reverse biased.
Il diodo di ricircolo D3 comprende un terminale di catodo collegato al secondo terminale (nodo N3) del primo induttore L1; inoltre il terminale di catodo del diodo di ricircolo D3 è collegato al secondo terminale del primo induttore L1, al secondo terminale del secondo induttore L2 e all’interruttore di parzializzazione S10. The recirculation diode D3 comprises a cathode terminal connected to the second terminal (node N3) of the first inductor L1; in addition, the cathode terminal of the recirculation diode D3 is connected to the second terminal of the first inductor L1, to the second terminal of the second inductor L2 and to the capacity switch S10.
Il diodo di ricircolo D3 comprende un terminale di anodo collegato al condensatore C5, al quarto terminale d’ingresso/uscita LV- e al nodo comune fra gli interruttori S5 e S6 (ovvero il terminale di anodo del diodo di ricircolo D3 è collegato al terminale O del dell’interruttore S5 e al terminale I dell’interruttore S6). The free-wheeling diode D3 comprises an anode terminal connected to the capacitor C5, to the fourth input / output terminal LV- and to the common node between the switches S5 and S6 (i.e. the anode terminal of the free-wheeling diode D3 is connected to the O of switch S5 and to terminal I of switch S6).
L’interruttore di parzializzazione S10 comprende un primo terminale I collegato al secondo terminale (nodo N3) del primo induttore L1 e al secondo terminale del secondo induttore L2 (e quindi collegato al terminale di catodo del diodo di ricircolo D3). The throttling switch S10 includes a first terminal I connected to the second terminal (node N3) of the first inductor L1 and to the second terminal of the second inductor L2 (and therefore connected to the cathode terminal of the recirculation diode D3).
L’interruttore di parzializzazione S10 comprende inoltre un secondo terminale O collegato al condensatore C5 e al terzo terminale d’ingresso/uscita LV+. The capacity control switch S10 also includes a second terminal O connected to the capacitor C5 and to the third input / output terminal LV +.
L’interruttore di parzializzazione S10 ha la funzione, durante la modalità di funzionamento boost-limit, di commutare periodicamente fra una posizione aperta ed una posizione chiusa allo scopo di limitare (in combinazione con il diodo di ricircolo D3) il valore della corrente che scorre nel lato a bassa tensione del convertitore DC-DC 1. The capacity switch S10 has the function, during the boost-limit operating mode, to periodically switch between an open position and a closed position in order to limit (in combination with the recirculation diode D3) the value of the current flowing. in the low voltage side of the DC-DC converter 1.
Nella modalità di funzionamento buck, invece, l’interruttore di parzializzazione S10 ha una ulteriore funzione di protezione, in quanto è tale da commutare nella posizione aperta in modo da disconnettere la parte a bassa tensione del convertitore DC-DC 1 dalla batteria a bassa tensione 41, in caso di rilevamento di un guasto di un componente nella parte a bassa tensione del convertitore DC-DC 1 (per esempio, un guasto di un interruttore o un corto-circuito interno), evitando così la scarica della batteria a bassa tensione 41. In the buck operating mode, on the other hand, the throttling switch S10 has an additional protection function, as it is such as to switch to the open position in order to disconnect the low voltage part of the DC-DC converter 1 from the low voltage battery. 41, in case of detection of a component failure in the low-voltage part of the DC-DC converter 1 (for example, a breaker failure or an internal short-circuit), thus avoiding the discharge of the low-voltage battery 41 .
Il guasto di un componente nella parte a bassa tensione del convertitore DC-DC 1 può essere ad esempio: The failure of a component in the low voltage part of the DC-DC converter 1 can be for example:
- un corto-circuito sul diodo D3; - a short circuit on the diode D3;
- un guasto o un corto-circuito sull’interruttore S5 o S6; - a fault or a short circuit on switch S5 or S6;
- un guasto o corto-circuito sul diodo raddrizzatore DS5 o DS6. - a fault or short-circuit on the rectifier diode DS5 or DS6.
In particolare, detta disconnessione della parte a bassa tensione del convertitore DC-DC 1 avviene separando elettricamente il terzo terminale d’ingresso/uscita LV+ dal nodo N3 comune al primo e secondo induttore L1, L2. In particular, said disconnection of the low voltage part of the DC-DC converter 1 occurs by electrically separating the third input / output terminal LV + from the node N3 common to the first and second inductors L1, L2.
Il condensatore C5 è collegato in parallelo al terzo e quarto terminale d’ingresso/uscita LV+, LV-. The capacitor C5 is connected in parallel to the third and fourth input / output terminals LV +, LV-.
Il condensatore C5 comprende un primo terminale collegato all’interruttore di parzializzazione S10 e al terzo terminale d’ingresso/uscita LV+. The capacitor C5 includes a first terminal connected to the capacity control switch S10 and to the third input / output terminal LV +.
Il condensatore C5 comprende inoltre un secondo terminale collegato al terminale O dell’interruttore S5, al terminale I dell’interruttore S6 e al terminale di anodo del diodo di ricircolo D3. The capacitor C5 also includes a second terminal connected to the terminal O of the switch S5, to the terminal I of the switch S6 and to the anode terminal of the recirculation diode D3.
Il secondo terminale del condensatore C5 è inoltre collegato al quarto terminale d’ingresso/uscita LV-; il livello di bassa tensione continua ∆LV rappresenta quindi la caduta di tensione ai capi del condensatore C5. The second terminal of the capacitor C5 is also connected to the fourth input / output terminal LV-; the DC low voltage level ∆LV therefore represents the voltage drop across capacitor C5.
Il condensatore C5 nella modalità di funzionamento buck ha la funzione (insieme al primo o al secondo induttore L1, L2) di effettuare un filtraggio di tipo passa-basso. The capacitor C5 in the buck operating mode has the function (together with the first or second inductor L1, L2) to perform a low-pass filtering.
Nelle modalità di funzionamento boost e boost-limit il condensatore C5 ha invece la funzione di far circolare la componente alternata della corrente che scorre verso gli induttori L1 e L2. In the boost and boost-limit operating modes, the capacitor C5 instead has the function of circulating the alternating component of the current flowing towards the inductors L1 and L2.
Preferibilmente, il convertitore DC-DC 1 comprende ulteriormente un diodo di protezione D6 collegato in parallelo all’interruttore di parzializzazione S10. Preferably, the DC-DC converter 1 further comprises a protection diode D6 connected in parallel to the capacity control switch S10.
In particolare, il diodo di protezione D6 comprende un terminale di anodo collegato al primo terminale I dell’interruttore di parzializzazione S10 e comprende un terminale di catodo collegato al secondo terminale O dell’interruttore di parzializzazione S10. In particular, the protection diode D6 includes an anode terminal connected to the first terminal I of the throttling switch S10 and includes a cathode terminal connected to the second terminal O of the throttling switch S10.
Pertanto il terminale di anodo del diodo di protezione D6 è collegato al secondo terminale (nodo N3) del primo induttore L1 ed al secondo terminale del secondo induttore L2 ed è collegato al terminale di catodo del diodo di ricircolo D3. Therefore the anode terminal of the protection diode D6 is connected to the second terminal (node N3) of the first inductor L1 and to the second terminal of the second inductor L2 and is connected to the cathode terminal of the recirculating diode D3.
Il terminale di catodo del diodo di protezione D6 è quindi collegato al primo terminale del condensatore C5 ed al terzo terminale d’ingresso/uscita LV+. The cathode terminal of the protection diode D6 is therefore connected to the first terminal of the capacitor C5 and to the third input / output terminal LV +.
Il diodo di protezione D6 ha una funzione di sicurezza nella modalità di funzionamento buck, nel caso in cui l’interruttore di parzializzazione S10 (che in modalità buck è sempre chiuso) dovesse aprirsi in maniera incontrollata (ad es. per un guasto): il diodo D6 permette alle correnti uscenti dagli induttori L1 e L2 di fluire verso l’uscita a bassa tensione ∆LV per il tempo necessario al rilevamento del guasto, evitando sovratensioni al nodo N3 nel lato a bassa tensione. The protection diode D6 has a safety function in the buck operating mode, in the event that the partialisation switch S10 (which in buck mode is always closed) should open in an uncontrolled manner (e.g. due to a fault): the diode D6 allows the outgoing currents from inductors L1 and L2 to flow towards the low voltage output ∆LV for the time necessary to detect the fault, avoiding overvoltages at node N3 on the low voltage side.
Si osservi che il diodo D6 è stato mostrato come un elemento separato, ma nel caso in cui l’interruttore di parzializzazione S10 sia realizzato con un transistore MOSFET, il diodo D6 può essere il diodo di body dello stesso transistore MOSFET S10. It should be noted that the diode D6 was shown as a separate element, but in the case where the throttling switch S10 is made with a MOSFET transistor, the diode D6 can be the body diode of the same MOSFET transistor S10.
Preferibilmente, la porzione ad alta tensione del convertitore DC-DC 1 comprende ulteriormente una coppia di diodi di taglio D1, D2, collegati rispettivamente fra il primo terminale d’ingresso/uscita HV+ e l’induttore di risonanza L_res e fra l’induttore di risonanza L_res ed il secondo terminale d’ingresso/uscita HV-. Preferably, the high voltage portion of the DC-DC converter 1 further comprises a pair of cut-off diodes D1, D2, respectively connected between the first input / output terminal HV + and the resonance inductor L_res and between the inductor of resonance L_res and the second HV- input / output terminal.
I diodi di taglio D1, D2 hanno la funzione, nelle modalità di funzionamento buck, boost e boost-limit, di fornire un percorso a bassa impedenza fra il loro nodo comune e il livello di alta tensione continua ∆HV, aggirando il percorso ad alta impedenza fornito dall’induttore di risonanza L_res. The cut-off diodes D1, D2 have the function, in the buck, boost and boost-limit operating modes, to provide a low impedance path between their common node and the continuous high voltage level ∆HV, bypassing the high path. impedance provided by the resonance inductor L_res.
In particolare, il terminale di catodo del diodo di taglio D2 è collegato al primo terminale d’ingresso/uscita HV+, il terminale di anodo del diodo di taglio D1 è collegato al secondo terminale d’ingresso/uscita HV-, il terminale di catodo del diodo di taglio D1 è collegato al secondo terminale dell’induttore di risonanza L_res e anche il terminale di anodo del diodo di taglio D2 è collegato al secondo terminale dell’induttore di risonanza L_res (pertanto il nodo comune ai diodi di taglio D1 e D2 è collegato al secondo terminale dell’induttore di risonanza L_res). Specifically, the cathode terminal of the cutting diode D2 is connected to the first input / output terminal HV +, the anode terminal of the cutting diode D1 is connected to the second input / output terminal HV-, the cathode terminal of the cut-off diode D1 is connected to the second terminal of the resonance inductor L_res and also the anode terminal of the cut-off diode D2 is connected to the second terminal of the resonance inductor L_res (therefore the node common to the cut-off diodes D1 and D2 is connected to the second terminal of the resonance inductor L_res).
Con riferimento alla Figura 2A, viene mostrato un convertitore DC-DC 101 in base ad una seconda forma di realizzazione dell’invenzione. With reference to Figure 2A, a DC-DC converter 101 is shown based on a second embodiment of the invention.
Il convertitore 101 di Figura 2A differisce da quello di Figura 1 per il fatto di comprendere un ulteriore circuito di taglio 12 che include: The converter 101 of Figure 2A differs from that of Figure 1 in that it comprises a further cutting circuit 12 which includes:
- un diodo di taglio D4; - a cut-off diode D4;
- un diodo di taglio D5; - a cut-off diode D5;
- un resistore R2; - a resistor R2;
- un condensatore C1; - a capacitor C1;
- un primo resistore di smorzamento R1_dmp. - a first damping resistor R1_dmp.
Nella modalità di funzionamento buck, boost e boost-limit il circuito di taglio 12 ha la funzione di limitare il valore di sovratensioni nel lato a bassa tensione del convertitore DC-DC 1, in particolare limitando sovratensioni sul nodo N1 (per mezzo del diodo di taglio D4 e del condensatore C1) e sul nodo N2 (per mezzo del diodo di taglio D5 e del condensatore C1), vincolando la tensione sul nodo N1 e sul nodo N2 a non superare la tensione del condensatore C1, limitando quindi sovratensioni nel circuito di raddrizzamento 11 comprendente i diodi raddrizzatori DS5, DS6. In the buck, boost and boost-limit operating mode, the cutting circuit 12 has the function of limiting the value of overvoltages in the low voltage side of the DC-DC converter 1, in particular limiting overvoltages on node N1 (by means of the cut D4 and capacitor C1) and on node N2 (by means of cut-off diode D5 and capacitor C1), constraining the voltage on node N1 and node N2 not to exceed the voltage of capacitor C1, thus limiting overvoltages in the circuit rectification 11 comprising the rectifying diodes DS5, DS6.
Il diodo di taglio D4 comprende un terminale di anodo collegato al primo terminale dell’avvolgimento secondario 10.2 (nodo N1); inoltre il terminale di anodo del diodo di taglio D4 è collegato al primo terminale del primo induttore L1, all’interruttore S5 ed al diodo raddrizzatore DS5. The cutting diode D4 includes an anode terminal connected to the first terminal of the secondary winding 10.2 (node N1); in addition, the anode terminal of the cutting diode D4 is connected to the first terminal of the first inductor L1, to the switch S5 and to the rectifier diode DS5.
Il diodo di taglio D4 comprende un terminale di catodo collegato al resistore R2, al condensatore C1 e al diodo di taglio D5. The cut-off diode D4 comprises a cathode terminal connected to the resistor R2, the capacitor C1 and the cut-off diode D5.
Il diodo di taglio D5 comprende un terminale di catodo collegato al terminale di catodo del diodo di taglio D4; inoltre il terminale di catodo del diodo di taglio D5 è collegato al resistore R2 ed al condensatore C1. The cut-off diode D5 comprises a cathode terminal connected to the cathode terminal of the cut-off diode D4; moreover, the cathode terminal of the cutting diode D5 is connected to the resistor R2 and to the capacitor C1.
Il diodo di taglio D5 comprende un terminale di anodo collegato al secondo terminale (nodo N2) dell’avvolgimento secondario 10.2; inoltre il terminale di anodo del diodo di taglio D5 è collegato al primo terminale del secondo induttore L2, all’interruttore S6 ed al diodo raddrizzatore DS6. The cutting diode D5 includes an anode terminal connected to the second terminal (node N2) of the secondary winding 10.2; in addition, the anode terminal of the cutting diode D5 is connected to the first terminal of the second inductor L2, to the switch S6 and to the rectifier diode DS6.
Il resistore R2 comprende un primo terminale collegato al terminale di catodo del diodo di taglio D4 e al terminale di catodo del diodo di taglio D5 e comprende un secondo terminale collegato al nodo comune al primo e secondo induttore L1, L2 (ovvero il secondo terminale del resistore R3 è collegato al secondo terminale del primo induttore L1 (nodo N3) e al secondo terminale del secondo induttore L2. The resistor R2 comprises a first terminal connected to the cathode terminal of the cutting diode D4 and to the cathode terminal of the cutting diode D5 and comprises a second terminal connected to the node common to the first and second inductors L1, L2 (i.e. the second terminal of the Resistor R3 is connected to the second terminal of the first inductor L1 (node N3) and to the second terminal of the second inductor L2.
Il condensatore C1 è collegato in serie al primo resistore di smorzamento R1_dmp e detto collegamento serie è interposto fra il nodo comune fra i diodi di taglio D4, D5 ed il terminale di anodo del diodo di ricircolo D3. The capacitor C1 is connected in series to the first damping resistor R1_dmp and said series connection is interposed between the common node between the cutting diodes D4, D5 and the anode terminal of the recirculating diode D3.
In particolare, il condensatore C1 comprende un primo terminale collegato ai terminali di catodo dei diodi di taglio D4, D5 e comprende un secondo terminale collegato al primo resistore di smorzamento R1_dmp. In particular, the capacitor C1 comprises a first terminal connected to the cathode terminals of the cutting diodes D4, D5 and comprises a second terminal connected to the first damping resistor R1_dmp.
Il primo resistore di smorzamento R1_dmp comprende un primo terminale collegato al secondo terminale del condensatore C1 e comprende un secondo terminale collegato al terminale di anodo del diodo di ricircolo D3 e al secondo terminale del condensatore C5 (e quindi il secondo terminale del primo resistore di smorzamento R1_dmp è collegato al quarto terminale d’ingresso/uscita LV-). The first damping resistor R1_dmp comprises a first terminal connected to the second terminal of the capacitor C1 and comprises a second terminal connected to the anode terminal of the free-wheeling diode D3 and to the second terminal of the capacitor C5 (and therefore the second terminal of the first damping resistor R1_dmp is connected to the fourth input / output terminal LV-).
I diodi D4 e D5 vincolano la tensione rispettivamente al nodo N1 ed al nodo N2 a non superare la tensione del condensatore C1. Diodes D4 and D5 bind the voltage respectively to node N1 and node N2 not to exceed the voltage of capacitor C1.
Il resistore R2 forma un filtro passa-basso insieme al condensatore C1, in modo che la tensione su quest’ultimo tenda a quella sul nodo N3. Resistor R2 forms a low-pass filter together with capacitor C1, so that the voltage on the latter tends to that on node N3.
Il resistore di smorzamento R1_dmp opera uno smorzamento durante i transitori del condensatore C1. The damping resistor R1_dmp operates a damping during the transients of the capacitor C1.
Con riferimento alla Figura 2B, viene mostrato un convertitore DC-DC 102 in base ad una variante della seconda forma di realizzazione dell’invenzione. With reference to Figure 2B, a DC-DC converter 102 is shown based on a variant of the second embodiment of the invention.
Il convertitore DC-DC 102 di Figura 2B differisce dal convertitore DC-DC 101 di Figura 2A per il fatto che il secondo terminale del resistore R2 è collegato al nodo comune fra gli interruttori S5, S6. The DC-DC converter 102 of Figure 2B differs from the DC-DC converter 101 of Figure 2A in that the second terminal of the resistor R2 is connected to the common node between the switches S5, S6.
Con riferimento alla Figura 3A, viene mostrato un convertitore DC-DC 101 secondo una terza forma di realizzazione dell’invenzione. With reference to Figure 3A, a DC-DC converter 101 according to a third embodiment of the invention is shown.
Il convertitore 151 di Figura 3A differisce da quello di Figura 2A per il fatto che il circuito di taglio comprende ulteriormente: The converter 151 of Figure 3A differs from that of Figure 2A in that the cutting circuit further comprises:
- un interruttore S7; - an S7 switch;
- un interruttore S8, - an S8 switch,
- un interruttore S9; - an S9 switch;
- un secondo resistore di smorzamento R2_dmp. - a second damping resistor R2_dmp.
Gli interruttori S7, S8 sono collegati fra di loro in serie e detto collegamento serie è posto in parallelo all’avvolgimento secondario 10.2. The switches S7, S8 are connected to each other in series and said series connection is placed in parallel to the secondary winding 10.2.
Nella modalità di funzionamento buck, boost e boost-limit gli interruttori S7, S8 commutano fra la posizione aperta e la posizione chiusa, allo scopo di effettuare un’azione di taglio sincrono, aggirando il taglio asincrono realizzato da D4 e D5, al fine di ottenere una minore dissipazione di potenza e migliorare l’efficienza complessiva del convertitore DC-DC 151. In the buck, boost and boost-limit operating mode, the S7, S8 switches switch between the open position and the closed position, in order to perform a synchronous cutting action, bypassing the asynchronous cut made by D4 and D5, in order to achieve lower power dissipation and improve the overall efficiency of the DC-DC converter 151.
L’interruttore S7 è collegato in parallelo al diodo di taglio D4 e comprende un primo terminale I collegato al terminale di anodo del diodo di taglio D4 ed un secondo terminale O collegato al terminale di catodo del diodo di taglio D4. The switch S7 is connected in parallel to the cutting diode D4 and includes a first terminal I connected to the anode terminal of the cutting diode D4 and a second terminal O connected to the cathode terminal of the cutting diode D4.
Inoltre il primo terminale I dell’interruttore S7 è collegato al primo terminale dell’avvolgimento secondario 10.2, al primo terminale del primo induttore L1, all’interruttore S5 e al diodo raddrizzatore DS5. In addition, the first terminal I of the S7 switch is connected to the first terminal of the secondary winding 10.2, to the first terminal of the first inductor L1, to the switch S5 and to the rectifier diode DS5.
Il secondo terminale O dell’interruttore S7 è inoltre collegato al primo terminale del resistore R2 e al primo terminale del condensatore C1. The second terminal O of the S7 switch is also connected to the first terminal of the resistor R2 and to the first terminal of the capacitor C1.
L’interruttore S7 comprende inoltre un terminale di controllo C atto a ricevere un segnale di controllo SC2 che ne controlla l’apertura e chiusura periodica. The S7 switch also includes a control terminal C adapted to receive a control signal SC2 which controls its periodic opening and closing.
L’interruttore S8 è collegato in parallelo al diodo di taglio D5 e comprende un primo terminale I collegato al terminale di catodo del diodo di taglio D5 ed un secondo terminale O collegato al terminale di anodo del diodo di taglio D5. The switch S8 is connected in parallel to the cutting diode D5 and includes a first terminal I connected to the cathode terminal of the cutting diode D5 and a second terminal O connected to the anode terminal of the cutting diode D5.
Inoltre il primo terminale I dell’interruttore S8 è collegato al terminale O dell’interruttore S7, al primo terminale del resistore R2 e al primo terminale del condensatore C1. Furthermore, the first terminal I of the switch S8 is connected to the terminal O of the switch S7, to the first terminal of the resistor R2 and to the first terminal of the capacitor C1.
Il secondo terminale O dell’interruttore S9 è inoltre collegato al secondo terminale dell’avvolgimento secondario 10.2, al primo terminale del secondo induttore L2, all’interruttore S6 e al diodo raddrizzatore DS6. The second terminal O of the switch S9 is also connected to the second terminal of the secondary winding 10.2, to the first terminal of the second inductor L2, to the switch S6 and to the rectifier diode DS6.
L’interruttore S8 comprende inoltre un terminale di controllo C atto a ricevere un segnale di controllo SC1 che ne controlla l’apertura e chiusura periodica. The switch S8 also includes a control terminal C adapted to receive a control signal SC1 which controls its periodic opening and closing.
Il secondo resistore di smorzamento R2_dmp e l’interruttore S9 sono collegati in serie e detto collegamento serie è posto in parallelo al primo resistore di smorzamento R1_dmp. The second damping resistor R2_dmp and switch S9 are connected in series and said series connection is placed in parallel with the first damping resistor R1_dmp.
Gli interruttori S7 ed S8 operano in controfase rispettivamente agli interruttori S5 ed S6, ovvero, fatto salvo il breve tempo morto per consentire le commutazioni: Circuit-breakers S7 and S8 operate in push-pull respectively to circuit-breakers S5 and S6, that is, with the exception of the short dead time to allow switching:
- quando l’interruttore S7 è aperto, l’interruttore S5 è chiuso, mentre quando l’interruttore S7 è chiuso, l’interruttore S5 è aperto; - when the S7 switch is open, the S5 switch is closed, while when the S7 switch is closed, the S5 switch is open;
- quando l’interruttore S8 è aperto, l’interruttore S6 è chiuso, mentre quando l’interruttore S8 è chiuso, l’interruttore S6 è aperto. - when switch S8 is open, switch S6 is closed, while when switch S8 is closed, switch S6 is open.
Il resistore di smorzamento R2_dmp è collegato in parallelo al resistore di smorzamento R1_dmp chiudendo l’interruttore S9, andando a modificare la resistenza di smorzamento complessiva, al fine di ottimizzare il funzionamento del circuito di taglio 12 nelle modalità di funzionamento boost, buck e boost-limit. The damping resistor R2_dmp is connected in parallel to the damping resistor R1_dmp by closing the switch S9, going to modify the overall damping resistance, in order to optimize the operation of the cutting circuit 12 in the boost, buck and boost operating modes. limit.
Le Figure 5A-5D mostrano un possibile andamento in un ciclo di durata ∆Tb (uguale per esempio a 10 us) di alcuni segnali generati nel convertitore DC-DC 151 delle Figure 3A-3B che funziona nella modalità boost e nel sistema di Figura 4; i segnali si ripetono periodicamente in cicli successivi. Figures 5A-5D show a possible trend in a cycle of duration ∆Tb (equal for example to 10 us) of some signals generated in the DC-DC converter 151 of Figures 3A-3B which operates in the boost mode and in the system of Figure 4 ; the signals are repeated periodically in successive cycles.
I segnali mostrati nelle Figure 5A-5D hanno i seguenti significati: - SINC1 (S6): segnale di controllo dell’interruttore S6; The signals shown in Figures 5A-5D have the following meanings: - SINC1 (S6): control signal of switch S6;
- SC1 (S8): segnale di controllo dell’interruttore S8; - SC1 (S8): S8 switch control signal;
- SINC2 (S5): segnale di controllo dell’interruttore S5; - SINC2 (S5): S5 switch control signal;
- SC2 (S7): segnale di controllo dell’interruttore S7; - SC2 (S7): control signal of the S7 switch;
- I(S10): corrente che scorre attraverso l’interruttore di parzializzazione S10; - I (S10): current flowing through the capacity control switch S10;
- I(D4): corrente che scorre attraverso il diodo di taglio D4; - I (D4): current flowing through the cutting diode D4;
- I(D5): corrente che scorre attraverso il diodo di taglio D5; - I (D5): current flowing through the cutting diode D5;
- I(L1): corrente che scorre attraverso il primo induttore L1; - I (L1): current flowing through the first inductor L1;
- I(L2): corrente che scorre attraverso il secondo induttore L2; - I (L2): current flowing through the second inductor L2;
- Isec: corrente che scorre attraverso l’avvolgimento secondario 10.2; - Vsec: tensione ai capi dell’avvolgimento secondario 10.2; - Isec: current flowing through the secondary winding 10.2; - Vsec: voltage across the secondary winding 10.2;
- Vpr: tensione ai capi dell’avvolgimento primario 10.1; - Vpr: voltage across the primary winding 10.1;
- I(D1): corrente che scorre attraverso il diodo di taglio D1; - I (D1): current flowing through the cut-off diode D1;
- I(D2): corrente che scorre attraverso il diodo di taglio D2; - I (D2): current flowing through the cut-off diode D2;
- I(DS2): corrente che scorre attraverso il diodo DS2; - I (DS2): current flowing through the diode DS2;
- I(DS3): corrente che scorre attraverso il diodo DS3. - I (DS3): current flowing through the diode DS3.
Nella Figura 5A Si considera che i segnali di controllo degli interruttori hanno un valore logico basso (V_L) che apre l’interruttore ed un valore logico alto (V_H) che chiude l’interruttore. In Figure 5A It is considered that the control signals of the switches have a low logic value (V_L) which opens the switch and a high logic value (V_H) which closes the switch.
Le Figure 6A-6D mostrano un possibile andamento in un ciclo di durata ∆Tk (uguale per esempio a 10 us) di alcuni segnali generati nel convertitore DC-DC 151 delle Figure 3A-3B che funziona nella modalità buck e nel sistema di Figura 4; i segnali si ripetono periodicamente in cicli successivi. Figures 6A-6D show a possible trend in a cycle of duration ∆Tk (equal for example to 10 us) of some signals generated in the DC-DC converter 151 of Figures 3A-3B which operates in the buck mode and in the system of Figure 4 ; the signals are repeated periodically in successive cycles.
Nella Figura 6A e 6C si considera che i segnali di controllo degli interruttori hanno un valore logico basso (V_L) che apre l’interruttore ed un valore logico alto (V_H) che chiude l’interruttore. In Figure 6A and 6C it is considered that the control signals of the switches have a low logic value (V_L) which opens the switch and a high logic value (V_H) which closes the switch.
I segnali mostrati nelle Figure 6A-6D hanno i seguenti significati: - PWM2A (S2): segnale di controllo dell’interruttore S2; The signals shown in Figures 6A-6D have the following meanings: - PWM2A (S2): control signal of switch S2;
- PWM2B (S3): segnale di controllo dell’interruttore S3; - PWM2B (S3): S3 switch control signal;
- PWM1B (S4): segnale di controllo dell’interruttore S4; - PWM1B (S4): S4 switch control signal;
- PWM1A (S1): segnale di controllo dell’interruttore S1; - PWM1A (S1): switch S1 control signal;
- Vpr: tensione ai capi dell’avvolgimento primario 10.1; - Vpr: voltage across the primary winding 10.1;
- Ipr: corrente che scorre attraverso l’avvolgimento primario 10.1; - I(L1): corrente che scorre attraverso il primo induttore L1; - Ipr: current flowing through the primary winding 10.1; - I (L1): current flowing through the first inductor L1;
- I(L2): corrente che scorre attraverso il secondo induttore L2; - I (L2): current flowing through the second inductor L2;
- SINC1 (S6): segnale di controllo dell’interruttore S6; - SINC1 (S6): control signal of switch S6;
- SC1 (S8): segnale di controllo dell’interruttore S8; - SC1 (S8): S8 switch control signal;
- SINC2 (S5): segnale di controllo dell’interruttore S5; - SINC2 (S5): S5 switch control signal;
- SC2 (S7): segnale di controllo dell’interruttore S7; - SC2 (S7): control signal of the S7 switch;
- I(D4): corrente che scorre attraverso il diodo di taglio D4; - I (D4): current flowing through the cutting diode D4;
- I(D5): corrente che scorre attraverso il diodo di taglio D5; - I (D5): current flowing through the cutting diode D5;
- I(DS5): corrente che scorre attraverso il diodo raddrizzatore DS5; - I(DS6): corrente che scorre attraverso il diodo raddrizzatore DS6; - I(S5): corrente che scorre attraverso l’interruttore S5; - I (DS5): current flowing through the rectifier diode DS5; - I (DS6): current flowing through the rectifier diode DS6; - I (S5): current flowing through the switch S5;
- I(S6): corrente che scorre attraverso l’interruttore S6; - I (S6): current flowing through the switch S6;
- I(S7): corrente che scorre attraverso l’interruttore S7; - I (S7): current flowing through the S7 switch;
- I(S8): corrente che scorre attraverso l’interruttore S8; - I (S8): current flowing through the switch S8;
- V(N1): tensione del nodo N1 (uguale alla caduta di tensione ai capi dell’interruttore S5); - V (N1): voltage of node N1 (equal to the voltage drop across the switch S5);
- V(N2): tensione del nodo N2 (uguale alla caduta di tensione ai capi dell’interruttore S6); - V (N2): voltage of node N2 (equal to the voltage drop across the switch S6);
E’ possibile osservare in Figura 6A e 6C che gli interruttori S1, S2, S3, S4 sono sincroni rispetto agli interruttori S5, S6. It is possible to observe in Figure 6A and 6C that switches S1, S2, S3, S4 are synchronous with respect to switches S5, S6.
Le Figure 7A-7D mostrano un possibile andamento in un ciclo di durata ∆Tl (uguale per esempio a 10 us) di alcuni segnali generati nel convertitore DC-DC 151 delle Figure 3A-3B che funziona nella modalità boost-limit e nel sistema di Figura 4; i segnali si ripetono periodicamente in cicli successivi. Figures 7A-7D show a possible trend in a cycle of duration ∆Tl (equal for example to 10 us) of some signals generated in the DC-DC converter 151 of Figures 3A-3B which operates in the boost-limit mode and in the Figure 4; the signals are repeated periodically in successive cycles.
I segnali mostrati nelle Figure 7A-7D hanno i seguenti significati: - SINC1 (S6): segnale di controllo dell’interruttore S6; The signals shown in Figures 7A-7D have the following meanings: - SINC1 (S6): control signal of the switch S6;
- SC1 (S8): segnale di controllo dell’interruttore S8; - SC1 (S8): S8 switch control signal;
- SINC2 (S5): segnale di controllo dell’interruttore S5; - SINC2 (S5): S5 switch control signal;
- SC2 (S7): segnale di controllo dell’interruttore S7; - SC2 (S7): control signal of the S7 switch;
- S_sf (S10): segnale di controllo dell’interruttore di parzializzazione S10; - S_sf (S10): control signal of the capacity control switch S10;
- I(D3): corrente che scorre attraverso il diodo di ricircolo D3; - I (D3): current flowing through the recirculation diode D3;
- I(S10): corrente che scorre attraverso l’interruttore di parzializzazione S10; - I (S10): current flowing through the capacity control switch S10;
- I(D4): corrente che scorre attraverso il diodo di taglio D4; - I (D4): current flowing through the cutting diode D4;
- I(D5): corrente che scorre attraverso il diodo di taglio D5; - I (D5): current flowing through the cutting diode D5;
- I(L1): corrente che scorre attraverso il primo induttore L1; - I (L1): current flowing through the first inductor L1;
- I(L2): corrente che scorre attraverso il secondo induttore L2; - I (L2): current flowing through the second inductor L2;
- V(N3): tensione del nodo N3 (nodo comune al primo e secondo induttore L1, L2), misurata rispetto al terminale LV-; - V (N3): voltage of node N3 (node common to the first and second inductors L1, L2), measured with respect to the LV- terminal;
- Isec: corrente che scorre attraverso l’avvolgimento secondario 10.2; - Vsec: tensione ai capi dell’avvolgimento secondario 10.2; - Isec: current flowing through the secondary winding 10.2; - Vsec: voltage across the secondary winding 10.2;
- Vpr: tensione ai capi dell’avvolgimento primario 10.1; - Vpr: voltage across the primary winding 10.1;
- I(D1): corrente che scorre attraverso il diodo di taglio D1; - I (D1): current flowing through the cut-off diode D1;
- I(D2): corrente che scorre attraverso il diodo di taglio D2; - I (D2): current flowing through the cut-off diode D2;
- I(DS2): corrente che scorre attraverso il diodo DS2; - I (DS2): current flowing through the diode DS2;
- I(DS3): corrente che scorre attraverso il diodo DS3. - I (DS3): current flowing through the diode DS3.
Nella Figura 7A si considera che i segnali di controllo degli interruttori hanno un valore logico basso (V_L) che apre l’interruttore ed un valore logico alto (V_H) che chiude l’interruttore. In Figure 7A it is considered that the control signals of the switches have a low logic value (V_L) which opens the switch and a high logic value (V_H) which closes the switch.
E’ possibile osservare in Figura 7B che il diodo di ricircolo D3 lavora in controfase all’interruttore di parzializzazione S10 e questo consente di limitare il valore della corrente che scorre nel lato a bassa tensione del convertitore DC-DC 1 (riducendo così l’energia immagazzinata negli induttori L1 e L2), anche nel caso in cui la differenza di tensione fra il terminale HV+ ed il terminale HV- è piccola (per esempio, uguale a 6 V). It is possible to observe in Figure 7B that the recirculation diode D3 works in counterphase to the partialisation switch S10 and this allows to limit the value of the current flowing in the low voltage side of the DC-DC converter 1 (thus reducing the energy stored in the inductors L1 and L2), even if the voltage difference between the HV + terminal and the HV- terminal is small (for example, equal to 6 V).
In particolare, per ogni ciclo di funzionamento della modalità boostlimit è possibile osservare: In particular, for each operating cycle of the boostlimit mode it is possible to observe:
- durante un primo intervallo di tempo ∆T1l e durante un secondo intervallo di tempo ∆T2l (successivo a ∆T1l), il diodo di ricircolo D3 è polarizzato direttamente, mentre l’interruttore di parzializzazione S10 è aperto; - during a first time interval ∆T1l and during a second time interval ∆T2l (subsequent to ∆T1l), the recirculation diode D3 is directly polarized, while the capacity control switch S10 is open;
- durante un terzo intervallo di tempo ∆T3l (successivo a ∆T2l) il diodo di ricircolo D3 è polarizzato inversamente, mentre l’interruttore di parzializzazione S10 è chiuso; - during a third time interval ∆T3l (subsequent to ∆T2l) the recirculation diode D3 is reverse biased, while the capacity control switch S10 is closed;
- durante un quarto intervallo di tempo ∆T4l (successivo a ∆T3l) e durante un quinto intervallo di tempo ∆T5l (successivo a ∆T4l), il diodo di ricircolo D3 è polarizzato direttamente, mentre l’interruttore di parzializzazione S10 è aperto; - during a fourth time interval ∆T4l (subsequent to ∆T3l) and during a fifth time interval ∆T5l (subsequent to ∆T4l), the recirculation diode D3 is directly polarized, while the throttling switch S10 is open;
- durante un sesto intervallo di tempo ∆T6l (successivo a ∆T5l) il diodo di ricircolo D3 è polarizzato inversamente, mentre l’interruttore di parzializzazione S10 è chiuso. - during a sixth time interval ∆T6l (subsequent to ∆T5l) the recirculation diode D3 is reverse biased, while the capacity control switch S10 is closed.
E’ inoltre possibile osservare in Figura 7D che il primo diodo di taglio D1 lavora in controfase al secondo diodo di taglio D2 e questo consente di fornire un percorso a bassa impedenza fra il loro nodo comune e il livello di alta tensione continua ∆HV, aggirando il percorso ad alta impedenza fornito dall’induttore di risonanza L_res. It is also possible to observe in Figure 7D that the first cutting diode D1 works in counterphase to the second cutting diode D2 and this allows to provide a low impedance path between their common node and the high continuous voltage level ∆HV, bypassing the high impedance path provided by the resonance inductor L_res.
In particolare: In particular:
- durante il primo intervallo di tempo ∆T1l e durante una prima porzione del secondo intervallo di tempo ∆T2l, il primo diodo di taglio D1 è nello stato di polarizzazione inversa, mentre il secondo diodo di taglio D2 è nello stato di polarizzazione diretta; - during the first time interval ∆T1 and during a first portion of the second time interval ∆T2l, the first cut-off diode D1 is in the state of reverse bias, while the second cut-off diode D2 is in the state of forward bias;
- durante una seconda porzione del secondo intervallo di tempo ∆T2l, durante il terzo intervallo di tempo ∆T3l e durante una prima porzione di un quarto intervallo di tempo ∆T4l, il primo diodo di taglio D1 è nello stato di polarizzazione diretta, mentre il secondo diodo di taglio D2 è nello stato di polarizzazione inversa; - during a second portion of the second time interval ∆T2l, during the third time interval ∆T3l and during a first portion of a fourth time interval ∆T4l, the first cut-off diode D1 is in the forward bias state, while the second cut-off diode D2 is in the reverse bias state;
- durante una seconda porzione del quarto intervallo di tempo ∆T4l, durante il quinto intervallo di tempo ∆T5l e durante il sesto intervallo di tempo ∆T6l, il primo diodo di taglio D1 è nello stato di polarizzazione inversa, mentre il secondo diodo di taglio D2 è nello stato di polarizzazione diretta. - during a second portion of the fourth time interval ∆T4l, during the fifth time interval ∆T5l and during the sixth time interval ∆T6l, the first cut-off diode D1 is in the reverse bias state, while the second cut-off diode D2 is in the state of forward polarization.
Con riferimento alla Figura 3B, viene mostrato un convertitore DC-DC 152 in base ad una variante della terza forma di realizzazione dell’invenzione. With reference to Figure 3B, a DC-DC converter 152 is shown based on a variant of the third embodiment of the invention.
Il convertitore DC-DC 152 di Figura 3B differisce dal convertitore DC-DC 151 di Figura 3A per il fatto che il secondo terminale del resistore R2 è collegato al nodo comune fra gli interruttori S5, S6. The DC-DC converter 152 of Figure 3B differs from the DC-DC converter 151 of Figure 3A in that the second terminal of the resistor R2 is connected to the common node between the switches S5, S6.
La Figura 4 mostra un sistema di alimentazione e controllo 50 che comprende: Figure 4 shows a power supply and control system 50 which includes:
- un convertitore DC-DC del tipo, alternativamente, 1, 101, 102, 151, 152 delle forme di realizzazione illustrate in precedenza; - a DC-DC converter of the type, alternatively, 1, 101, 102, 151, 152 of the embodiments illustrated above;
- un dispositivo di pilotaggio 30; - a driving device 30;
- una batteria ad alta tensione 40 collegata in parallelo al lato ad alta tensione (ovvero collegata al primo e secondo terminale d’ingresso/uscita HV+, HV-); - a high voltage battery 40 connected in parallel to the high voltage side (i.e. connected to the first and second input / output terminals HV +, HV-);
- un carico 45 ad alta tensione collegato alla batteria ad alta tensione 40; - a high voltage load 45 connected to the high voltage battery 40;
- una batteria a bassa tensione 41 collegata in parallelo al lato a bassa tensione (ovvero collegata al terzo e quarto terminale d’ingresso/uscita LV+, LV-); - a low voltage battery 41 connected in parallel to the low voltage side (i.e. connected to the third and fourth input / output terminals LV +, LV-);
- un carico 46 a bassa tensione collegato alla batteria a bassa tensione 41. - a low voltage load 46 connected to the low voltage battery 41.
Il carico 45 ad alta tensione è ad esempio un motore elettrico di un veicolo con propulsione elettrica o mista elettrica-motore a combustione interna (cioè di un veicolo ibrido), mentre il carico 46 a bassa tensione è ad esempio costituito dai servizi elettrici nell’abitacolo dello stesso veicolo. The high-voltage load 45 is for example an electric motor of a vehicle with electric propulsion or a mixed electric-internal combustion engine (i.e. of a hybrid vehicle), while the low-voltage load 46 is for example constituted by the electrical services in the passenger compartment of the same vehicle.
Il dispositivo di pilotaggio 30 ha la funzione di generare opportunamente i valori dei segnali logici PWM1A, PWM1B, PWM2A, PWM2B, SINC2, SINC1, SC2, SC1, S_md, S_sf per controllare rispettivamente gli interruttori S1, S4, S2, S3, S5, S6, S7, S8, S9, S10. The driving device 30 has the function of suitably generating the values of the logic signals PWM1A, PWM1B, PWM2A, PWM2B, SINC2, SINC1, SC2, SC1, S_md, S_sf to control switches S1, S4, S2, S3, S5, respectively, S6, S7, S8, S9, S10.
In particolare: In particular:
- nella modalità di funzionamento buck, il dispositivo di pilotaggio 30 genera i segnali variabili periodici PWM1A, PWM1B, PWM2A, PWM2B, SINC2, SINC1, SC2, SC1 e genera i segnali costanti S_md, S_sf; - in the buck operating mode, the driving device 30 generates the periodic variable signals PWM1A, PWM1B, PWM2A, PWM2B, SINC2, SINC1, SC2, SC1 and generates the constant signals S_md, S_sf;
- nella modalità di funzionamento boost, il dispositivo di pilotaggio 30 genera i segnali variabili periodici SINC2, SINC1, SC2, SC1 e genera i segnali costanti PWM1A, PWM1B, PWM2A, PWM2B, S_md, S_sf; - in the boost operating mode, the driving device 30 generates the periodic variable signals SINC2, SINC1, SC2, SC1 and generates the constant signals PWM1A, PWM1B, PWM2A, PWM2B, S_md, S_sf;
- nella modalità di funzionamento boost-limit, il dispositivo di pilotaggio 30 genera i segnali variabili periodici SINC2, SINC1, SC2, SC1, S_sf e genera i segnali costanti PWM1A, PWM1B, PWM2A, PWM2B, S_md. - in the boost-limit operating mode, the driving device 30 generates the periodic variable signals SINC2, SINC1, SC2, SC1, S_sf and generates the constant signals PWM1A, PWM1B, PWM2A, PWM2B, S_md.
Sarà ora descritto il funzionamento del convertitore DC-DC 151 di Figura 3A nella modalità di funzionamento buck, facendo anche riferimento alle Figure 1, 2A, 3A, 4 e 6A-6D. The operation of the DC-DC converter 151 of Figure 3A in the buck operation mode will now be described, also referring to Figures 1, 2A, 3A, 4 and 6A-6D.
Le Figure 6A-6D mostrano un periodo ∆Tk comprendente i seguenti otto successivi intervalli di tempo ∆T1k, ∆T2k, ∆T3k, ∆T4k, ∆T5k, ∆T6k, ∆T7k, ∆T8k, in cui: Figures 6A-6D show a period ∆Tk comprising the following eight successive time intervals ∆T1k, ∆T2k, ∆T3k, ∆T4k, ∆T5k, ∆T6k, ∆T7k, ∆T8k, in which:
- durante il primo intervallo di tempo ∆T1k (compreso fra l’istante iniziale t21 e l’istante t23) gli interruttori S2, S4 sono chiusi, gli interruttori S3, S1 sono aperti, la tensione primaria Vpr ai capi dell’avvolgimento primario 10.1 è maggiore di zero, la corrente primaria Ipr ha un andamento crescente in modo da caricare energia nell’avvolgimento primario 10.1, il segnale SC2 ha un valore logico basso che apre l’interruttore S7, il diodo di taglio D4 è polarizzato inversamente, il segnale SC1 ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S8, il diodo di taglio D5 è polarizzato inversamente, il segnale SINC2 ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S5, il diodo raddrizzatore DS5 è polarizzato inversamente, il segnale SINC1 ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore S6, il diodo raddrizzatore DS6 è polarizzato inversamente, il segnale S_md ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S9, il segnale S_sf ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore di parzializzazione S10, l’insieme del primo induttore L1, secondo induttore L2, condensatore C5 effettua un filtraggio passa-basso, quindi viene generato un flusso di corrente che scorre verso il terminale d’uscita LV+ attraverso gli induttori L1 e L2 e l’interruttore S10; - during the first time interval ∆T1k (between the initial instant t21 and the instant t23) the switches S2, S4 are closed, the switches S3, S1 are open, the primary voltage Vpr across the primary winding 10.1 is greater than zero, the primary current Ipr has an increasing trend in order to load energy in the primary winding 10.1, the signal SC2 has a low logic value which opens the switch S7, the cut-off diode D4 is inversely biased, the signal SC1 has low logic value which keeps switch S8 open, D5 cut-off diode is reverse biased, SINC2 signal has low logic value which keeps switch S5 open, DS5 rectifier diode is reverse biased, SINC1 signal has a high logic value which keeps the switch S6 closed, the rectifier diode DS6 is reverse biased, the S_md signal has a low logic value which keeps the S9 switch open, the S_sf signal has a value high logic that keeps the throttling switch S10 closed, the assembly of the first inductor L1, second inductor L2, capacitor C5 performs a low-pass filtering, then a current flow is generated that flows towards the output terminal LV + through the inductors L1 and L2 and the switch S10;
- durante il secondo intervallo di tempo ∆T2k (compreso fra l’istante t23 e l’istante t24), gli interruttori S2, S1 sono chiusi, gli interruttori S3, S4 sono aperti, la tensione primaria Vpr ai capi dell’avvolgimento primario 10.1 ha un valore sostanzialmente uguale a zero, la corrente primaria Ipr ha un andamento decrescente con valori positivi, il segnale SC2 ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S7, il diodo di taglio D4 è polarizzato inversamente, il segnale SC1 ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S8, il diodo di taglio D5 è polarizzato inversamente, il segnale SINC2 commuta ad un valore logico alto che chiude l’interruttore S5, il diodo raddrizzatore DS5 è polarizzato inversamente, il segnale SINC1 ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore S6, il diodo raddrizzatore DS6 è polarizzato inversamente, il segnale S_md ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S9, il segnale S_sf ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore di parzializzazione S10, l’insieme del primo induttore L1, secondo induttore L2, condensatore C5 effettua un filtraggio passa-basso, quindi viene generato un flusso di corrente che scorre verso il terminale d’uscita LV+ attraverso gli induttori L1 e L2 e l’interruttore di parzializzazione S10; - during the second time interval ∆T2k (between the instant t23 and the instant t24), the switches S2, S1 are closed, the switches S3, S4 are open, the primary voltage Vpr across the primary winding 10.1 has a value substantially equal to zero, the primary current Ipr has a decreasing trend with positive values, the signal SC2 has a low logic value which keeps the switch S7 open, the cut-off diode D4 is inversely biased, the signal SC1 has a low logic value that keeps the switch S8 open, the cut-off diode D5 is reverse biased, the signal SINC2 switches to a high logic value which closes the switch S5, the rectifier diode DS5 is reverse biased, the signal SINC1 has a value high logic that keeps the switch S6 closed, the rectifier diode DS6 is reverse biased, the S_md signal has a low logic value that keeps the S9 switch open, the S_sf signal has an alt logic value or which keeps the partialisation switch S10 closed, the assembly of the first inductor L1, second inductor L2, capacitor C5 performs a low-pass filtering, therefore a current flow is generated which flows towards the output terminal LV + through the inductors L1 and L2 and the capacity switch S10;
- durante il terzo intervallo di tempo ∆T3k (compreso fra l’istante t24 e l’istante t28) gli interruttori S3, S1 sono chiusi, gli interruttori S2, S4 sono aperti, la tensione primaria Vpr ai capi dell’avvolgimento primario 10.1 ha un andamento decrescente a gradini con valori minori di zero, la corrente primaria Ipr ha un andamento decrescente da valori positivi a negativi, il segnale SC2 ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S7, il diodo di taglio D4 è polarizzato inversamente, il segnale SC1 ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S8, il diodo di taglio D5 fra gli istanti t24 e t26 (t26 escluso) è polarizzato inversamente, poi all’istante t26 il diodo di taglio D5 commuta in polarizzazione diretta al fine di limitare la tensione sul nodo N2 e dopo all’istante t27 il diodo di taglio D5 commuta di nuovo in polarizzazione inversa, il segnale SINC2 ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore S5, il diodo raddrizzatore DS5 è polarizzato inversamente, il segnale SINC1 commuta ad un valore logico basso che apre l’interruttore S6, il diodo raddrizzatore DS6 commuta in polarizzazione diretta all’istante t24 e poi in polarizzazione inversa all’istante t25, il segnale S_md ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S9, il segnale S_sf ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore di parzializzazione S10, l’insieme del primo induttore L1, secondo induttore L2, condensatore C5 effettua un filtraggio passa-basso, quindi viene generato un flusso di corrente che scorre verso il terminale d’uscita LV+ attraverso gli induttori L1 e L2 e l’interruttore di parzializzazione S10; - during the third time interval ∆T3k (between the instant t24 and the instant t28) the switches S3, S1 are closed, the switches S2, S4 are open, the primary voltage Vpr across the primary winding 10.1 has a decreasing trend in steps with values less than zero, the primary current Ipr has a decreasing trend from positive to negative values, the signal SC2 has a low logic value which keeps the switch S7 open, the cut-off diode D4 is inversely biased, the signal SC1 has a low logic value which keeps the switch S8 open, the cut-off diode D5 between the instants t24 and t26 (t26 excluded) is inversely biased, then at the instant t26 the cut-off diode D5 switches to direct bias to the in order to limit the voltage on node N2 and after at instant t27 the cut-off diode D5 switches back to reverse bias, the signal SINC2 has a high logic value which keeps the switch S5 closed, the rectifier diode DS5 is pole inversely, the signal SINC1 switches to a low logic value which opens the switch S6, the rectifier diode DS6 switches to forward bias at instant t24 and then to reverse bias at instant t25, the signal S_md has a low logic value which keeps the switch S9 open, the signal S_sf has a high logic value which keeps the partialisation switch S10 closed, the assembly of the first inductor L1, second inductor L2, capacitor C5 performs a low-pass filtering, therefore a current flow that flows towards the output terminal LV + through the inductors L1 and L2 and the capacity switch S10;
- durante il quarto intervallo di tempo ∆T4k (compreso fra l’istante t28 e l’istante t29) gli interruttori S3, S1 sono chiusi, gli interruttori S2, S4 sono aperti, i diodi di taglio D2, D1 sono polarizzati inversamente, la tensione primaria Vpr ai capi dell’avvolgimento primario 10.1 è minore di zero, la corrente primaria Ipr ha un andamento decrescente con valori negativi, il segnale SC2 ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S7, il diodo di taglio D4 è polarizzato inversamente, il segnale SC1 ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore S8, il diodo di taglio D5 è polarizzato inversamente, il segnale SINC2 ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore S5, il diodo raddrizzatore DS5 è polarizzato inversamente, il segnale SINC1 commuta ad un valore logico basso che apre l’interruttore S6, il diodo raddrizzatore DS6 è polarizzato inversamente, il segnale S_md ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S9, il segnale S_sf ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore di parzializzazione S10, l’insieme del primo induttore L1, secondo induttore L2, condensatore C5 effettua un filtraggio passa-basso, quindi viene generato un flusso di corrente verso il terminale d’uscita LV+ che scorre attraverso gli induttori L1 e L2 e l’interruttore di parzializzazione S10; - during the fourth time interval ∆T4k (between the instant t28 and the instant t29) the switches S3, S1 are closed, the switches S2, S4 are open, the cut-off diodes D2, D1 are inversely polarized, the primary voltage Vpr across the primary winding 10.1 is less than zero, the primary current Ipr has a decreasing trend with negative values, the signal SC2 has a low logic value which keeps the switch S7 open, the cut-off diode D4 is polarized inversely, the signal SC1 has a high logic value which keeps the switch S8 closed, the cut-off diode D5 is reverse biased, the signal SINC2 has a high logic value which keeps the switch S5 closed, the rectifier diode DS5 is reverse biased , the signal SINC1 switches to a low logic value which opens the switch S6, the rectifier diode DS6 is reverse biased, the signal S_md has a low logic value which keeps the switch S9 open, the signal S_ sf has a high logic value that keeps the throttling switch S10 closed, the assembly of the first inductor L1, second inductor L2, capacitor C5 performs a low-pass filtering, therefore a current flow is generated towards the output terminal LV + which flows through the inductors L1 and L2 and the capacity switch S10;
- durante il quinto intervallo di tempo ∆T5k (compreso fra l’istante t29 e l’istante t30) gli interruttori S2, S4 sono aperti, gli interruttori S3, S1 sono chiusi, la tensione primaria Vpr ai capi dell’avvolgimento primario 10.1 è minore di zero, la corrente primaria Ipr ha un andamento decrescente in modo da caricare energia nell’avvolgimento primario 10.1, il segnale SC2 ha un valore logico basso che apre l’interruttore S7, il diodo di taglio D4 è polarizzato inversamente, il segnale SC1 ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S8, il diodo di taglio D5 è polarizzato inversamente, il segnale SINC2 ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore S5, il diodo raddrizzatore DS5 è polarizzato inversamente, il segnale SINC1 ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S6, il diodo raddrizzatore DS6 è polarizzato inversamente, il segnale S_md ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S9, il segnale S_sf ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore di parzializzazione S10, l’insieme del primo induttore L1, secondo induttore L2, condensatore C5 effettua un filtraggio passa-basso, quindi viene generato un flusso di corrente che scorre verso il terminale d’uscita LV+ attraverso gli induttori L1 e L2 e l’interruttore di parzializzazione S10. - during the fifth time interval ∆T5k (between the instant t29 and the instant t30) the switches S2, S4 are open, the switches S3, S1 are closed, the primary voltage Vpr across the primary winding 10.1 is less than zero, the primary current Ipr has a decreasing trend in order to load energy in the primary winding 10.1, the signal SC2 has a low logic value which opens the switch S7, the cut-off diode D4 is inversely biased, the signal SC1 has a low logic value which keeps the switch S8 open, the cut-off diode D5 is reverse biased, the signal SINC2 has a high logic value which keeps the switch S5 closed, the rectifier diode DS5 is reverse biased, the signal SINC1 has a low logic value that keeps the switch S6 open, the rectifier diode DS6 is reverse biased, the signal S_md has a low logic value which keeps the switch S9 open, the signal S_sf has a logic value which keeps the partialisation switch S10 closed, the assembly of the first inductor L1, second inductor L2, capacitor C5 performs a low-pass filtering, then a current flow is generated which flows towards the output terminal LV + through the inductors L1 and L2 and the capacity switch S10.
- durante il sesto intervallo di tempo ∆T6k (compreso fra l’istante t30 e l’istante t32), gli interruttori S2, S1 sono aperti, gli interruttori S3, S4 sono chiusi, la tensione primaria Vpr ai capi dell’avvolgimento primario 10.1 ha un valore sostanzialmente uguale a zero, la corrente primaria Ipr ha un andamento crescente con valori negativi, il segnale SC2 ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S7, il diodo di taglio D4 è polarizzato inversamente, il segnale SC1 ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S8, il diodo di taglio D5 è polarizzato inversamente, il segnale SINC2 ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore S5, il diodo raddrizzatore DS5 è polarizzato inversamente, il segnale SINC1 commuta ad un valore logico alto che chiude l’interruttore S6, il diodo raddrizzatore DS6 è polarizzato inversamente, il segnale S_md ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S9, il segnale S_sf ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore di parzializzazione S10, l’insieme del primo induttore L1, secondo induttore L2, condensatore C5 effettua un filtraggio passa-basso, quindi viene generato un flusso di corrente che scorre verso l’uscita LV+ attraverso gli induttori L1 e L2 e l’interruttore di parzializzazione S10; - during the sixth time interval ∆T6k (between the instant t30 and the instant t32), the switches S2, S1 are open, the switches S3, S4 are closed, the primary voltage Vpr across the primary winding 10.1 has a value substantially equal to zero, the primary current Ipr has an increasing trend with negative values, the signal SC2 has a low logic value which keeps the switch S7 open, the cut-off diode D4 is inversely biased, the signal SC1 has a low logic value that keeps switch S8 open, cut-off diode D5 is reverse biased, signal SINC2 has a high logic value that keeps switch S5 closed, rectifier diode DS5 is reverse biased, signal SINC1 switches to a high logic value that closes the switch S6, the rectifier diode DS6 is reverse biased, the signal S_md has a low logic value which keeps the switch S9 open, the signal S_sf has a high logic value ch and keeps the throttling switch S10 closed, the assembly of the first inductor L1, second inductor L2, capacitor C5 performs a low-pass filtering, then a current flow is generated which flows towards the output LV + through the inductors L1 and L2 and the capacity switch S10;
- durante il settimo intervallo di tempo ∆T7k (compreso fra l’istante t32 e l’istante t40) gli interruttori S3, S1 sono aperti, gli interruttori S2, S4 sono chiusi, la tensione primaria Vpr ai capi dell’avvolgimento primario 10.1 ha un andamento crescente a gradini con valori maggiori di zero, la corrente primaria Ipr ha un andamento decrescente da valori negativi a positivi, il segnale SC2 ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S7, il diodo di taglio D5 è polarizzato inversamente, il segnale SC1 ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S8, il diodo di taglio D4 fra gli istanti t32 e t34 (t34 escluso) è polarizzato inversamente, poi all’istante t34 il diodo di taglio D4 commuta in polarizzazione diretta al fine di limitare la tensione sul nodo N3 e dopo all’istante t35 il diodo di taglio D4 commuta di nuovo in polarizzazione inversa, il segnale SINC2 commuta ad un valore logico basso che apre l’interruttore S5, il diodo raddrizzatore DS6 è polarizzato inversamente, il segnale SINC1 ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore S6, il diodo raddrizzatore DS5 commuta in polarizzazione diretta all’istante t32 e poi in polarizzazione inversa all’istante t33, il segnale S_md ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S9, il segnale S_sf ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore di parzializzazione S10, l’insieme del primo induttore L1, secondo induttore L2, condensatore C5 effettua un filtraggio passa-basso, quindi viene generato un flusso di corrente che scorre verso il terminale d’uscita LV+ attraverso gli induttori L1 e L2 e l’interruttore di parzializzazione S10; - during the seventh time interval ∆T7k (between the instant t32 and the instant t40) the switches S3, S1 are open, the switches S2, S4 are closed, the primary voltage Vpr across the primary winding 10.1 has an increasing trend in steps with values greater than zero, the primary current Ipr has a decreasing trend from negative to positive values, the signal SC2 has a low logic value which keeps the switch S7 open, the cut-off diode D5 is inversely biased, the signal SC1 has a low logic value which keeps the switch S8 open, the cut-off diode D4 between the instants t32 and t34 (t34 excluded) is inversely biased, then at the instant t34 the cut-off diode D4 switches to forward bias to in order to limit the voltage on node N3 and after at instant t35 the cut-off diode D4 switches back to reverse bias, the signal SINC2 switches to a low logic value which opens the switch S5, the rectifier diode DS6 is pole inversely, the signal SINC1 has a high logic value which keeps the switch S6 closed, the rectifier diode DS5 switches to forward bias at instant t32 and then to reverse bias at instant t33, the signal S_md has a low logic value that keeps the switch S9 open, the signal S_sf has a high logic value which keeps the partialisation switch S10 closed, the assembly of the first inductor L1, second inductor L2, capacitor C5 performs a low-pass filtering, therefore a current flow that flows towards the output terminal LV + through the inductors L1 and L2 and the capacity switch S10;
- durante l’ottavo intervallo di tempo ∆T8k (compreso fra l’istante t40 e l’istante t42) gli interruttori S3, S1 sono aperti, gli interruttori S2, S4 sono chiusi, i diodi di taglio D2, D1 sono polarizzati inversamente, la tensione primaria Vpr ai capi dell’avvolgimento primario 10.1 è maggiore di zero, la corrente primaria Ipr ha un andamento crescente con valori positivi, il segnale SC2 ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore S7, il diodo di taglio D4 è polarizzato inversamente, il segnale SC1 ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S8, il diodo di taglio D5 è polarizzato inversamente, il segnale SINC2 commuta ad un valore logico basso che apre l’interruttore S5, il diodo raddrizzatore DS5 è polarizzato inversamente, il segnale SINC1 ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore S6, il diodo raddrizzatore DS6 è polarizzato inversamente, il segnale S_md ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S9, il segnale S_sf ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore di parzializzazione S10, l’insieme delprimo induttore L1, secondo induttore L2, condensatore C5 effettua un filtraggio passa-basso, quindi viene generato un flusso di corrente verso il terminale d’uscita LV+ che scorre attraverso gli induttori L1 e L2 e l’interruttore di parzializzazione S10. - during the eighth time interval ∆T8k (between the instant t40 and the instant t42) the switches S3, S1 are open, the switches S2, S4 are closed, the cut-off diodes D2, D1 are inversely polarized, the primary voltage Vpr across the primary winding 10.1 is greater than zero, the primary current Ipr has an increasing trend with positive values, the signal SC2 has a high logic value which keeps the switch S7 closed, the cut-off diode D4 is reverse biased, the SC1 signal has a low logic value which keeps the S8 switch open, the D5 cut-off diode is reverse biased, the SINC2 signal switches to a low logic value which opens the S5 switch, the DS5 rectifier diode is biased inversely, the SINC1 signal has a high logic value which keeps the S6 switch closed, the DS6 rectifier diode is reverse biased, the S_md signal has a low logic value which keeps the S9 switch open, the S_s signal f has a high logic value that keeps the throttling switch S10 closed, the assembly of the first inductor L1, second inductor L2, capacitor C5 performs a low-pass filtering, therefore a current flow is generated towards the output terminal LV + flowing through the inductors L1 and L2 and the capacity switch S10.
Sarà ora descritto il funzionamento del convertitore DC-DC 151 di Figura 3A nella modalità di funzionamento boost, facendo anche riferimento alle Figure 1, 4 e 5A-5D. The operation of the DC-DC converter 151 of Figure 3A in the boost operation mode will now be described, also referring to Figures 1, 4 and 5A-5D.
Le Figure 5A-5D mostrano un periodo ∆Tb comprendente i seguenti quattro successivi intervalli di tempo ∆T1b, ∆T2b, ∆T3b, ∆T4b, in cui: Figures 5A-5D show a period ∆Tb comprising the following four successive time intervals ∆T1b, ∆T2b, ∆T3b, ∆T4b, in which:
- durante il primo intervallo di tempo ∆T1b (compreso fra l’istante iniziale t1 e l’istante t3) il segnale di controllo SINC2 ha un valore logico alto che chiude l’interruttore S5, il segnale di controllo SINC1 commuta ad un valore logico alto che chiude l’interruttore S6, scorre corrente con andamento crescente attraverso il primo induttore L1 che si carica, scorre corrente con andamento crescente attraverso il secondo induttore L2 che si carica, la tensione secondaria Vsec ai capi dell’avvolgimento secondario 10.2 è nulla, la corrente secondaria Isec attraverso l’avvolgimento secondario 10.2 ha un valore negativo; - during the first time interval ∆T1b (between the initial instant t1 and the instant t3) the control signal SINC2 has a high logic value which closes the switch S5, the control signal SINC1 switches to a logic value high that closes the switch S6, current flows with increasing trend through the first inductor L1 which charges, current flows with increasing trend through the second inductor L2 which charges, the secondary voltage Vsec across the secondary winding 10.2 is zero, the secondary current Isec through the secondary winding 10.2 has a negative value;
- durante il secondo intervallo di tempo ∆T2b (compreso fra l’istante t3 e l’istante t5) il segnale di controllo SINC2 commuta ad un valore logico basso che apre l’interruttore S5, il segnale di controllo SINC1 ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore S6, scorre corrente con andamento decrescente attraverso il primo induttore L1 che si scarica, scorre corrente con andamento crescente attraverso il secondo induttore L2 che si carica, la tensione secondaria Vsec ai capi dell’avvolgimento secondario 10.2 ha un impulso positivo per poi stabilizzarsi al valore positivo ∆HV diviso per il rapporto di trasformazione, la corrente attraverso il primo induttore L1 scorre attraverso l’avvolgimento secondario 10.2 del trasformatore 10 e viene quindi trasferita energia dall’avvolgimento secondario 10.2 all’avvolgimento primario 10.1, i diodi D1 e DS2 sono polarizzati direttamente ed effettuano il raddrizzamento della tensione primaria Vpr, mentre i diodi D2 e DS3 sono polarizzati inversamente; - during the second time interval ∆T2b (between the instant t3 and the instant t5) the control signal SINC2 switches to a low logic value which opens the switch S5, the control signal SINC1 has a high logic value which keeps the switch S6 closed, current flows with decreasing trend through the first inductor L1 which discharges, current flows with increasing trend through the second inductor L2 which charges, the secondary voltage Vsec across the secondary winding 10.2 has a pulse positive and then stabilizes at the positive value ∆HV divided by the transformation ratio, the current through the first inductor L1 flows through the secondary winding 10.2 of the transformer 10 and energy is then transferred from the secondary winding 10.2 to the primary winding 10.1, i diodes D1 and DS2 are directly biased and rectify the primary voltage Vpr, while diodes D2 and DS3 are biased inversely;
- durante il terzo intervallo di tempo ∆T3b (compreso fra l’istante t5 e l’istante t7) il segnale di controllo SINC2 ha un valore logico alto che chiude l’interruttore S5, il segnale di controllo SINC1 ha un valore logico alto che chiude l’interruttore S6, scorre corrente con andamento crescente attraverso il primo induttore L1 che si carica, scorre corrente con andamento crescente attraverso il secondo induttore L2 che si carica, la tensione secondaria Vsec ai capi dell’avvolgimento secondario 10.2 è nulla, la corrente secondaria Isec attraverso l’avvolgimento secondario 10.2 ha un valore positivo; - during the third time interval ∆T3b (between the instant t5 and the instant t7) the control signal SINC2 has a high logic value which closes the switch S5, the control signal SINC1 has a high logic value which the switch S6 closes, current flows with increasing trend through the first inductor L1 which charges, current flows with increasing trend through the second inductor L2 which charges, the secondary voltage Vsec across the secondary winding 10.2 is zero, the current secondary Isec through the secondary winding 10.2 has a positive value;
- durante il quarto intervallo di tempo ∆T4b (compreso fra l’istante t7 e l’istante t10) il segnale di controllo SINC2 ha un valore logico alto che chiude l’interruttore S5, il segnale di controllo SINC1 ha un valore logico basso che apre l’interruttore S6, scorre corrente con andamento crescente attraverso il primo induttore L1 che si carica, scorre corrente con andamento decrescente attraverso il secondo induttore L2 che si scarica, la tensione secondaria Vsec ai capi dell’avvolgimento secondario 10.2 ha un impulso negativo per poi stabilizzarsi al valore negativo -∆HV diviso per il rapporto di trasformazione, la corrente attraverso il secondo induttore L2 scorre attraverso l’avvolgimento secondario 10.2 del trasformatore 10 e quindi viene trasferita energia dall’avvolgimento secondario 10.2 all’avvolgimento primario 10.1, i diodi D2 e DS3 sono polarizzati direttamente ed effettuano il raddrizzamento della tensione primaria Vpr, mentre i diodi D1 e DS2 sono polarizzati inversamente; - during the fourth time interval ∆T4b (between the instant t7 and the instant t10) the control signal SINC2 has a high logic value which closes the switch S5, the control signal SINC1 has a low logic value which opens the switch S6, current flows with increasing trend through the first inductor L1 which charges, current flows with decreasing trend through the second inductor L2 which discharges, the secondary voltage Vsec across the secondary winding 10.2 has a negative pulse for then stabilize at the negative value -∆HV divided by the transformation ratio, the current through the second inductor L2 flows through the secondary winding 10.2 of the transformer 10 and then energy is transferred from the secondary winding 10.2 to the primary winding 10.1, the diodes D2 and DS3 are directly biased and rectify the primary voltage Vpr, while diodes D1 and DS2 are inversely biased;
Sarà ora descritto il funzionamento del convertitore DC-DC 151 di Figura 3A nella modalità di funzionamento boost-limit, facendo anche riferimento alle Figure 1, 2A, 3A, 4 e 7A-7D. The operation of the DC-DC converter 151 of Figure 3A in the boost-limit operation mode will now be described, also referring to Figures 1, 2A, 3A, 4 and 7A-7D.
Le Figure 7A-7D mostrano un periodo ∆Tb comprendente i seguenti sei successivi intervalli di tempo ∆T1l, ∆T2l, ∆T3l, ∆T4l, ∆T5l, ∆T6l, in cui: - durante il primo intervallo di tempo ∆T1l (compreso fra l’istante iniziale t50 e l’istante t52) il segnale di controllo SINC2 ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore S5, il segnale di controllo SINC1 ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S6, il segnale di controllo S_sf ha un valore logico basso che apre l’interruttore di parzializzazione S10, la corrente che scorre attraverso il primo induttore L1 ricircola tramite l’interruttore S5 chiuso ed il diodo di ricircolo D3 polarizzato direttamente, mentre la corrente attraverso il secondo induttore L2 scorre attraverso l’avvolgimento secondario 10.2 del trasformatore 10 trasferendo energia dall’avvolgimento secondario 10.2 all’avvolgimento primario 10.1, la tensione secondaria Vsec ai capi dell’avvolgimento secondario 10.2 è pari alla tensione -∆HV divisa per il rapporto di trasformazione N, i diodi D1, DS2 sono polarizzati inversamente, i diodi D2, DS3 sono polarizzati direttamente; Figures 7A-7D show a period ∆Tb comprising the following six successive time intervals ∆T1l, ∆T2l, ∆T3l, ∆T4l, ∆T5l, ∆T6l, in which: - during the first time interval ∆T1l (including between the initial instant t50 and the instant t52) the control signal SINC2 has a high logic value which keeps the switch S5 closed, the control signal SINC1 has a low logic value which keeps the switch S6 open, the signal control S_sf has a low logic value which opens the partialisation switch S10, the current flowing through the first inductor L1 recirculates through the closed switch S5 and the recirculation diode D3 directly biased, while the current through the second inductor L2 flows through the secondary winding 10.2 of the transformer 10 transferring energy from the secondary winding 10.2 to the primary winding 10.1, the secondary voltage Vsec across the secondary winding 10.2 is equal to the voltage -∆HV divided for the transformation ratio N, the diodes D1, DS2 are reverse biased, the diodes D2, DS3 are directly biased;
- durante il secondo intervallo di tempo ∆T2l (compreso fra l’istante t52 e l’istante t54) il segnale di controllo SINC2 ha una transizione da un valore logico alto ad un valore logico basso che apre l’interruttore S5, il segnale di controllo SINC1 ha una transizione da un valore logico basso ad un valore logico alto che chiude l’interruttore S6, il segnale di controllo S_sf ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore di parzializzazione S10, la corrente che scorre attraverso il secondo induttore L2 ricircola tramite l’interruttore S6 chiuso ed il diodo D3 polarizzato direttamente, mentre la corrente attraverso il primo induttore L1 scorre attraverso l’avvolgimento secondario 10.2 del trasformatore 10, trasferendo energia dall’avvolgimento secondario 10.2 all’avvolgimento primario 10.1, la tensione secondaria Vsec ai capi dell’avvolgimento secondario 10.2 ha un impulso positivo per poi assestarsi alla tensione ∆HV divisa per il rapporto di trasformazione N, la corrente secondaria Isec attraverso l’avvolgimento secondario 10.2 diventa positiva, la tensione primaria Vpr ai capi dell’avvolgimento primario 10.1 diventa pari a ∆HV dopo un breve tempo morto, i diodi D1 e DS2 commutano nello stato di polarizzazione diretta dopo un breve tempo morto ed effettuano il raddrizzamento della tensione primaria Vpr, mentre i diodi DS3 e D2 commutano nello stato di polarizzazione inversa dopo un breve tempo morto; - during the second time interval ∆T2l (between the instant t52 and the instant t54) the control signal SINC2 has a transition from a high logic value to a low logic value which opens the switch S5, the control SINC1 has a transition from a low logic value to a high logic value which closes the switch S6, the control signal S_sf has a low logic value which keeps the capacity switch S10 open, the current flowing through the second inductor L2 recirculates through the closed switch S6 and the diode D3 directly biased, while the current through the first inductor L1 flows through the secondary winding 10.2 of the transformer 10, transferring energy from the secondary winding 10.2 to the primary winding 10.1, the secondary voltage Vsec at the ends of the secondary winding 10.2 has a positive pulse and then settles at the voltage ∆HV divided by the transformation ratio N, the current secondary Isec through the secondary winding 10.2 becomes positive, the primary voltage Vpr across the primary winding 10.1 becomes equal to ∆HV after a short dead time, the diodes D1 and DS2 switch to the state of forward bias after a short dead time and they carry out the rectification of the primary voltage Vpr, while the diodes DS3 and D2 switch to the state of reverse bias after a short dead time;
- durante il terzo intervallo di tempo ∆T3l (compreso fra l’istante t54 e l’istante t56) il segnale di controllo SINC2 ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S5, il segnale di controllo SINC1 ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore S6, il segnale di controllo S_sf ha una transizione dal valore logico basso ad un valore logico alto che chiude l’interruttore di parzializzazione S10, scorre corrente con andamento crescente attraverso il secondo induttore L2 che si carica per mezzo di una corrente che scorre dal terzo terminale LV+ verso il quarto terminale LV-attraversando l’interruttore di parzializzazione S10, il secondo induttore L2 e l’interruttore S6 , il diodo di ricircolo D3 commuta dallo stato di polarizzazione diretta ad inversa, la tensione secondaria Vsec ai capi dell’avvolgimento secondario 10.2 mantiene il valore costante, la corrente secondaria Isec è positiva, la tensione primaria Vpr ai capi dell’avvolgimento primario 10.2 è costante e positiva, i diodi D2, DS3 sono polarizzati inversamente, i diodi D1, DS2 sono polarizzati direttamente; - during the third time interval ∆T3l (between the instant t54 and the instant t56) the control signal SINC2 has a low logic value which keeps the switch S5 open, the control signal SINC1 has a high logic value which keeps the switch S6 closed, the control signal S_sf has a transition from the low logic value to a high logic value which closes the capacity switch S10, current flows with increasing trend through the second inductor L2 which is charged by means of a current flowing from the third terminal LV + to the fourth terminal LV - passing through the capacity switch S10, the second inductor L2 and the switch S6, the recirculation diode D3 switches from the state of forward to reverse bias, the secondary voltage Vsec at the ends of the secondary winding 10.2 maintains the constant value, the secondary current Isec is positive, the primary voltage Vpr at the ends of the primary winding 10.2 is constant te and positive, the diodes D2, DS3 are reverse biased, the diodes D1, DS2 are directly biased;
- durante il quarto intervallo di tempo ∆T4l (compreso fra l’istante t56 e l’istante t58) il segnale di controllo SINC2 ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S5, il segnale di controllo SINC1 ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore S6, il segnale di controllo S_sf ha una transizione dal valore logico alto al valore logico basso che apre l’interruttore di parzializzazione S10, la corrente che scorre attraverso il secondo induttore L2 ricircola tramite l’interruttore chiuso S6 ed il diodo di ricircolo D3 polarizzato direttamente, mentre la corrente attraverso il primo induttore L1 scorre attraverso l’avvolgimento secondario 10.2 del trasformatore 10 trasferendo energia dall’avvolgimento secondario 10.2 all’avvolgimento primario 10.1, la tensione secondaria Vsec ai capi dell’avvolgimento secondario 10.2 si mantiene positiva, la tensione primaria Vpr ai capi dell’avvolgimento primario 10.1 è anch’essa positiva e costante, i diodi D2, DS3 sono polarizzati inversamente, i diodi D1, DS2 sono polarizzati direttamente; - during the fourth time interval ∆T4l (between the instant t56 and the instant t58) the control signal SINC2 has a low logic value which keeps the switch S5 open, the control signal SINC1 has a high logic value which keeps the switch S6 closed, the control signal S_sf has a transition from the high logic value to the low logic value which opens the capacity switch S10, the current flowing through the second inductor L2 recirculates through the closed switch S6 and the recirculation diode D3 directly biased, while the current through the first inductor L1 flows through the secondary winding 10.2 of the transformer 10, transferring energy from the secondary winding 10.2 to the primary winding 10.1, the secondary voltage Vsec across the secondary winding 10.2 remains positive, the primary voltage Vpr across the primary winding 10.1 is also positive and constant, the diodes D2, DS3 are poles inverted, the diodes D1, DS2 are directly biased;
- durante il quinto intervallo di tempo ∆T5l (compreso fra l’istante t58 e l’istante t60), il segnale di controllo SINC2 ha una transizione da un valore logico basso ad un valore logico alto che chiude l’interruttore S5, il segnale di controllo SINC1 ha una transizione da un valore logico alto ad un valore logico basso che apre l’interruttore S6, il segnale di controllo S_sf ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore di parzializzazione S10, la corrente nel primo induttore L1 ricircola tramite l’interruttore chiuso S5 ed il diodo di ricircolo D3, mentre la corrente attraverso il secondo induttore L2 scorre attraverso l’avvolgimento secondario 10.2 del trasformatore 10, trasferendo energia all’avvolgimento primario 10.1, la tensione secondaria Vsec ai capi dell’avvolgimento secondario 10.2 ha un impulso negativo per poi assestarsi alla tensione -∆HV divisa per il rapporto di trasformazione, la corrente secondaria Isec attraverso l’avvolgimento secondario 10.2 diventa negativa, la tensione primaria Vpr ai capi dell’avvolgimento primario 10.2 diventa pari a -∆HV dopo un breve tempo morto, i diodi DS3 e D2 commutano nello stato di polarizzazione diretta dopo un breve tempo morto ed effettuano il raddrizzamento della tensione primaria Vpr, i diodi D1 e DS2 commutano nello stato di polarizzazione inversa dopo un breve tempo morto; - during the fifth time interval ∆T5l (between the instant t58 and the instant t60), the control signal SINC2 has a transition from a low logic value to a high logic value which closes the switch S5, the signal control signal SINC1 has a transition from a high logic value to a low logic value which opens the switch S6, the control signal S_sf has a low logic value which keeps the capacity switch S10 open, the current in the first inductor L1 recirculates through the closed switch S5 and the recirculation diode D3, while the current through the second inductor L2 flows through the secondary winding 10.2 of the transformer 10, transferring energy to the primary winding 10.1, the secondary voltage Vsec across the secondary winding 10.2 has a negative pulse and then settles at the voltage -∆HV divided by the transformation ratio, the secondary current Isec through the secondary winding 10.2 becomes n egative, the primary voltage Vpr across the primary winding 10.2 becomes equal to -∆HV after a short dead time, the diodes DS3 and D2 switch to the state of forward bias after a short dead time and rectify the primary voltage Vpr, diodes D1 and DS2 switch to the reverse bias state after a short dead time;
- durante il sesto intervallo di tempo ∆T6l (compreso fra l’istante t60 e l’istante t62), il segnale di controllo SINC2 ha un valore logico alto che mantiene chiuso l’interruttore S5, il segnale di controllo SINC1 ha un valore logico basso che mantiene aperto l’interruttore S6, il segnale di controllo S_sf ha una transizione da un valore logico basso ad un valore logico alto che chiude l’interruttore di parzializzazione S10, scorre corrente con andamento crescente attraverso il primo induttore L1 che si carica per mezzo di una corrente che scorre dal terzo terminale LV+ verso il quarto terminale LV- attraversando l’interruttore di parzializzazione S10, il primo induttore L1 e l’interruttore S5, il diodo di ricircolo D3 commuta dallo stato di polarizzazione diretta ad inversa, la tensione secondaria Vsec ai capi dell’avvolgimento secondario 10.2 si mantiene negativa e costante, la corrente secondaria Isec è negativa, la tensione primaria Vpr ai capi dell’avvolgimento primario 10.2 si mantiene negativa e costante, i diodi D1, DS2 sono polarizzati inversamente, i diodi D2, DS3 sono polarizzati direttamente. - during the sixth time interval ∆T6l (between the instant t60 and the instant t62), the control signal SINC2 has a high logic value which keeps the switch S5 closed, the control signal SINC1 has a logic value low which keeps the switch S6 open, the control signal S_sf has a transition from a low logic value to a high logic value which closes the partialisation switch S10, current flows with increasing trend through the first inductor L1 which charges for by means of a current flowing from the third terminal LV + towards the fourth terminal LV- crossing the capacity switch S10, the first inductor L1 and the switch S5, the recirculation diode D3 switches from the state of forward to reverse bias, the voltage secondary Vsec at the ends of the secondary winding 10.2 remains negative and constant, the secondary current Isec is negative, the primary voltage Vpr at the ends of the primary winding 10.2 yes but It contains negative and constant, diodes D1, DS2 are reverse biased, diodes D2, DS3 are directly biased.
Si osservi che nella modalità di funzionamento boost-limit i diodi DS1, DS4 e gli interruttori S1, S4 sostanzialmente non partecipano alla conversione continua-continua a causa dell’elevata impedenza presentata dall’induttore di risonanza L_res. It should be noted that in the boost-limit operating mode the diodes DS1, DS4 and switches S1, S4 substantially do not participate in the continuous-continuous conversion due to the high impedance presented by the resonance inductor L_res.
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