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Nella presente tesi verrà analizzata una particolare classe di convertitori, i cosiddetti convertitori a “commutazione”o “switching”, caratterizzati dagli elevati rendimento e frequenza di utilizzo. Il primo passo consisterà nel progettare e costruire un dispositivo elevatore di tensione (Booster). Nel capitolo 1 verrano presentati i convertitori switching mentre nei capitoli 2, 3 e 4 saranno trattati tutti gli aspetti implementativi della realizzazione del convertitore Boost.
La tensione di uscita di un convertitore a commutazione dipende dalla sua tensione di ingresso e dalla relazione che intercorre fra tempo di con- duzione e tempo di interdizione dell’ interruttore interno. Il rapporto tra il periodo in cui il tasto è in conduzione ed il periodo della forma d’onda che comanda il tasto stesso è chiamato duty-cycle ed è imposto dall’esterno tramite un segnale di controllo opportunamente modulato
La tecnica di modulazione più utilizzata è la PWM (Pulse Width Mod- ulation). Normalmente la PWM viene implementata in maniera analogica, tramite amplificatori operazionali. L’avvento dell’elettronica digitale e l’es- pansione capillare che stanno avendo i microcontrollori, hanno permesso di introdurre questi dispositivi programmabili anche nell’ambito dell’elet- tronica di potenza. Tramite un microcontrollore PIC sarà progettato e realizzato un modulatore PWM digitale, programmabile esternamente dal PC (cap. 6).
Una tecnica di modulazione meno diffusa ma non per questo meno ef- ficace della PWM è la PRM (Pulse Ratio Modulation). Nel capitolo 5 saranno riassunte le sue caratteristiche e sarà progettato e realizzato un modulatore PRM funzionante, analizzandone le differenze con le versioni precedentemente discusse. Tutti i modulatori presentati verranno testati sul convertitore Boost costruito.
Normalmente la regolazione della tensione di uscita viene effettuata uti- lizzando un sistema di controllo a ciclo chiuso dove la tensione sul carico viene comparata ad una tensione di riferimento, ed in base alla differenza tra le due viene prodotta una opportuna tensione di controllo che por- ta la tensione di uscita al valore desiderato. Il sistema di controllo viene progettato basandosi su di un modello matematico del convertitore. E’ quindi importante, dal punto di vista progettuale, riuscire ad avere model- li matematici che riproducano più fedelmente possibile il comportamento del convertitore reale, almeno in un determinato range di frequenze e in un’intorno del punto di lavoro in cui si desidera operare.
Solitamente, per poter utilizzare tecniche di controllo classiche, si cerca di modellare il sistema con un modello lineare valido per piccoli segnali. Data la natura intrinsecamente non lineare dei convertitori switching, un modello puramente lineare può risultare poco accurato per poter dimen- sionare correttamente il sistema di controllo, inoltre può essere opportuno disporre di un modello valido anche per variazioni più ampie intorno al punto di lavoro.
Un modello più accurato del sistema, che cerchi tenere conto anche della presenza di non linearità statiche, può essere ottenuto ricorrendo ad un modello di tipo Hammerstein. Tale modello è costituito da un blocco non lineare statico a cui è collegato in cascata un blocco lineare.
Una tecnica sperimentale che permette di identificare modelli di tipo Hammerstein è la tecnica delle funzioni modulanti. Si tratta di una tecnica di identificazione parametrica di tipo off-line. Per applicare tale tecnica è sufficiente disporre della risposta del sistema ad un segnale di ingresso ru- moroso. I coefficienti del modello sono ricavati mediante l’applicazione di un opportuno procedimento matematico ai segnali di ingresso e di uscita. Nel cap. 7 verrà presentata la tecnica delle funzioni modulanti, tramite la quale si procederà all’identificazione del modello del convertitore, in funzione del tipo di modulatore utilizzato (capitolo 8).
Il capitolo 9 chiude il lavoro di tesi, riportando le conclusioni dell’espe- rienza e proponendo sviluppi per il futuro.