 Estimaker Electronics è lieta di presentare la sua soluzione per un alimentatore ausiliario da 100W per applicazioni industriali, capace di sostenere tensioni di ingresso fino a mille volte DC. Ci sono diversi mercati che necessitano di tensioni operative molto elevate, come motori industriali, gruppi di continuità di alta potenza, i cosiddetti online UPS, an interuptable power supply ed anche inverter solari. In tutte queste applicazioni si lavora con tensioni di ingresso ben più elevate dei classici 230V AC delle prese di casa. Ciò implica ovviamente anche la necessità di un design dedicato per l'SNPS, cioè per l'alimentatore. L'alimentatore ausiliario è un blocco piccolo ma critico delle applicazioni ampenelencate. In generale, il suo scopo è quello di fornire la tensione di alimentazione per l'elettronica principale. Ciò significa, ad esempio, 10-20V per gli squish di potenza e 5V o 3V3 per i microcontrollori. L'alimentatore ausiliario è connesso a base di tensioni differenti a seconda dell'applicazione. Se consideriamo ad esempio gli inverter solari, l'alimentatore ausiliario può essere connesso davanti al convertitore principale dopo il pannello fotovoltaico per non consumare durante la notte e garantire allo stesso tempo sicurezza di alimentare il convertitore nel caso in cui la rete venga disconnessa per motivi di sicurezza. Allo stesso modo, negli UPS online, l'alimentatore è connesso al base DC intermedio perché deve continuare a lavorare anche quando la tensione di rete viene a mancare. In entrambi questi esempi, l'alimentatore ausiliario deve lavorare con tensioni di ingresso molto elevate. Per soddisfare le richieste di questi mercati, ST ha sviluppato il reference design ST-Eval-ISA211V1. Questo alimentatore ausiliario da 100W è un convertitore flyback isolato, capace di lavorare con tensioni alternate da 230V AC a 690V AC o con tensioni continue da 150V a 1000V. La tensione di uscita è 24V, in modo da poter essere collegata ad un convertitore standard a valle e derivare una tensione più bassa necessaria nell'applicazione. La board è molto flessibile ed il progettista può selezionare sia la modalità di funzionamento quasi risonante, sia la modalità frequenza fissa e abilitare o disabilitare la protezione di brand out. Questa board sarà ordinabile a partire da dicembre 2020. Questo reference design è basato completamente su prodotti ST. Innanzitutto il MOSFET ha supergiunzione da 1.700V della famiglia K5, il controllore flyback L65S6BH, il diode di uscita Schottky, il MOSFET da 600V usato nel blocco 10V startup, il riferimento di tensione TL431 e il soppressore di tensione che viene utilizzato insieme ad un diode ultrafast per limitare il picco sul drain del MOSFET principale. Un punto chiave di questa soluzione è la capacità di gestire una così alta tensione di ingresso e a tal proposito spiegheremo perché è necessario uno switch da 1.700V. La tensione di breakdown del MOSFET principale deve essere più elevata della massima tensione che può cadere tra drain e source. A causa della topologia flyback essa consiste di vari elementi. Innanzitutto la massima tensione di ingresso che, come abbiamo detto, in alcune applicazioni industriali può arrivare fino a mille volt, più la tensione di inflessa che dipende dal rapporto spire tra primario e secondario, in genere tra i 50 e 200V. A ciò si deve aggiungere lo spike di tensione causato dall'induttanza di leakage, ossia di perdita, anche in questo caso tipicamente tra i 50 e 200V. Ed è un margine di sicurezza, in genere si raccomanda tra il 10 e il 30%. La somma di questi elementi porta ad un valore consigliato di 1.700V per lavorare in maniera sicura. È importante evidenziare la soluzione adottata in questo reference design per lo startup. Nonostante il controllore L65S6BH abbia un blocco di ai voltaggio startup integrato con breakdown molto elevato, 840V, questo valore non è ancora sufficiente. Ecco perché è stata realizzata una particolare circuiteria. Il MOSFET Q1 da 600V viene usato insieme ad un diodo zener di piccolo segnale per estendere la tensione di startup fino a 1200V. Ognuno dei capacitori C1, C2 e C3 con la propria resistenza di bilanciamento sostiene un terzo della tensione totale d'ingresso. La board è stata ampiamente testata in modo da verificare il comportamento in tutte le condizioni più critiche. Viene qui mostrato il dato più rappresentativo, cioè l'efficienza rispetto a carico a varie tensioni di ingresso. 230V a C linea blu, 400V a C linea verde, 600V a C linea magenta e 1000V di C linea giallo. Si può vedere che l'efficienza a pieno carico, cioè a 100W, è sopra all'86% a tutte le condizioni. Vale la pena di menzionare che l'efficienza massima viene raggiunta a 400V a C ed è superiore all'88%. Estimecra Electronics offre diverse tecnologie per il MOSFET ad alta tensione. Questo reference design è un mezzo ideale per confrontare diversi switch con tensione di breakdown da 1700V. Sono stati testati un MOSFET in tecnologia planare, un MOSFET a supergiunzione della famiglia K5, ottenendo in questo caso il 4% in più di efficienza rispetto al MOSFET planare ed un MOSFET SICK a carburo di silicio, la tecnologia più avanzata, ottenendo un altro punto percentuale in più di efficienza. Diamo ora uno sguardo alle famiglie chiave di prodotti ST che possono aiutare gli ingegneri a progettare un SMPS c'è un alimentatore robusto ed efficiente. LLS566BH è un controllore flyback che può lavorare sia a frequenza di switching fissa sia in modalità quasi risonante. Integra un blocco di A-Voltage Startup che può sostenere fino ad 840V e da una gestione avanzata del basso carico e consente di ottimizzare lo standby. Questo controllore è particolarmente adatto nelle applicazioni che richiedono robustezza, perché è dotato di molte protezioni, come l'UBLO, A-Voltage Lockout, adattativo, la Line Fit Forward, cioè la retrazione positiva alle variazioni della linea che consente di mantenere la potenza in uscita costante anche in caso di cambiamenti della tensione di rete, la protezione di sovraccorrente in ogni ciclo, le protezioni di sovratensione e di sovraccarico, la protezione di brownout e quella relativa alla saturazione del trasformatore. Inoltre è presente una modulazione di frequenza programmabile per ridurre l'interferenza elettromagnetica, la cosiddetta EMI. L'L65666 BH è disponibile nel package SO16 Arrow. La serie di MOSFET a supergiunzione a tensione molto alta MDMesh K5 offre un portafoglio completo da 800V fino a 1700V dedicato soprattutto alla topologia Flyback. L'elevato attenzione di breakdown permette una grande flessibilità di design e ampio margine, oltre alla più bassa RDS on per gli switch da più di 1000V, il che permette di gestire maggiore potenza con più efficienza. La bassa carica totale di gate QG consente uno switching più veloce e più efficiente. Inoltre le ridotte capacità di uscita C, I, SS e COSS riducono in maniera significativa le perdite di switching. ESETI Microelectronics ha anche un ampio portafoglio di diodi. Nell'ambito delle famiglie di diodi di bassa tensione fino a 200V, le famiglie Ferd e Schottky sono garantite all'Avalanche, hanno un rating di temperatura di 175° e presentano una bassa caduta di tensione diretta. I diodi di silicio di alta tensione, da 200V a 1200V, hanno un drogaggio di platino per garantire basse corrente di perdita ed elevata affidabilità. Anche in questo caso la massima temperatura sostenibile è di 175°. ESETI produce già da 10 anni di diodi SICK a carburo di silicio, da 350V a 1200V, che offrono elevata robustezza e bassa caduta di tensione diretta. Grazie per aver ascoltato questa presentazione con ESETI Microelectronics. Buon appetito!