Ingegneria Elettronica | CIRCUITI ELETTRONICI DI POTENZA

cod. 0622400004

CIRCUITI ELETTRONICI DI POTENZA

	0622400004
	DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE
	CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
	INGEGNERIA ELETTRONICA
	2018/2019

PERCORSO COMUNE

	OBBLIGATORIO
	ANNO CORSO 1
	ANNO ORDINAMENTO 2018
	SECONDO SEMESTRE

MODULI

	SSD	CFU	ORE	ATTIVITÀ	TIPO DI ATTIVITÁ FORMATIVA
	ING-IND/31	9	90	LEZIONE	AFFINE/INTEGRATIVA

DOCENTI

	NICOLA FEMIA T Curriculum
	GIULIA DI CAPUA Curriculum

	Obiettivi
	OBIETTIVI FORMATIVI, RISULTATI DI APPRENDIMENTO PREVISTI E COMPETENZA DA ACQUISIRE. L'insegnamento tratta le topologie, le tecniche di controllo ed i metodi di progetto dei regolatori switching di tensione e di corrente dc-dc impiegati come sistemi di alimentazione nei settori dell’informatica, delle telecomunicazioni, dell’elettronica industriale e delle fonti rinnovabili. Al termine del corso gli allievi acquisiscono le competenze necessarie per la progettazione di regolatori switching dc-dc low-power. CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE. Comprensione delle caratteristiche statiche e dinamiche e delle prestazioni dei regolatori switching dc-dc in relazione alla topologia ed alla tecnica di controllo utilizzate; definizione, interpretazione ed utilizzo di figure di merito per l’analisi delle prestazioni. CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE. Capacità di individuare ed interpretare la correlazione fra le specifiche di un regolatore switching, dettate dalla specifica applicazione di power management cui esso è destinato, e la tipologia di soluzione progettuale più idonea per il conseguimento delle prestazioni attese; capacità di utilizzo di strumenti software di rappresentazione e calcolo simbolico, sviluppo ed ottimizzazione di programmi di calcolo per il progetto automatico. AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Saper individuare i metodi più appropriati per progettare e realizzare un regolatore switching, ed ottimizzare sia il processo di progettazione che il processo realizzativo in base al contesto applicativo. ABILITÀ COMUNICATIVE. Saper lavorare in gruppo ed interagire con specialisti del settore power management con argomentazioni tecniche di complessità medio-alta su problematiche di analisi e progetto di circuiti di power management. CAPACITÀ DI APPRENDERE Saper estendere ed applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli discussi durante il corso; approfondire gli argomenti trattati usando fonti e materiali diversi da quelli proposti

OBIETTIVI FORMATIVI, RISULTATI DI APPRENDIMENTO PREVISTI E COMPETENZA DA ACQUISIRE.
L'insegnamento tratta le topologie, le tecniche di controllo ed i metodi di progetto dei regolatori switching di tensione e di corrente dc-dc impiegati come sistemi di alimentazione nei settori dell’informatica, delle telecomunicazioni, dell’elettronica industriale e delle fonti rinnovabili. Al termine del corso gli allievi acquisiscono le competenze necessarie per la progettazione di regolatori switching dc-dc low-power.
CONOSCENZE E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE.
Comprensione delle caratteristiche statiche e dinamiche e delle prestazioni dei regolatori switching dc-dc in relazione alla topologia ed alla tecnica di controllo utilizzate; definizione, interpretazione ed utilizzo di figure di merito per l’analisi delle prestazioni.
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE.
Capacità di individuare ed interpretare la correlazione fra le specifiche di un regolatore switching, dettate dalla specifica applicazione di power management cui esso è destinato, e la tipologia di soluzione progettuale più idonea per il conseguimento delle prestazioni attese; capacità di utilizzo di strumenti software di rappresentazione e calcolo simbolico, sviluppo ed ottimizzazione di programmi di calcolo per il progetto automatico.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO.
Saper individuare i metodi più appropriati per progettare e realizzare un regolatore switching, ed ottimizzare sia il processo di progettazione che il processo realizzativo in base al contesto applicativo.
ABILITÀ COMUNICATIVE.
Saper lavorare in gruppo ed interagire con specialisti del settore power management con argomentazioni tecniche di complessità medio-alta su problematiche di analisi e progetto di circuiti di power management.
CAPACITÀ DI APPRENDERE
Saper estendere ed applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli discussi durante il corso; approfondire gli argomenti trattati usando fonti e materiali diversi da quelli proposti

	Prerequisiti
	Per il proficuo raggiungimento degli obiettivi prefissati sono richieste conoscenze di matematica, fisica, teoria dei circuiti, controlli automatici, elettronica analogica, dispositivi di potenza a semiconduttore

	Contenuti
	- ESIGENZE E PROBLEMATICHE DI ALIMENTAZIONE E REGOLAZIONE NEI SETTORI ICT, INDUSTRIALE, LED LIGHTING, AUTOMOTIVE, FONTI RINNOVABILI (ORE 2: 2/0/0). - CONVERTITORI DC-DC NON ISOLATI: ARCHITETTURE DEI POWER SUPPLIES, ELEMENTI DELLA CATENA DI POTENZA E DELLA CATENA DI CONTROLLO E LORO CARATTERISTICHE FISICHE E FUNZIONALI, TOPOLOGIE DI CONVERSIONE, CELLE SWITCHING INDUTTIVE N-FET E P-FET. TOPOLOGIE DC-DC NON ISOLATE: BUCK, BOOST, INVERTING BUCK-BOOST, FLOATING BUCK-BOOST, TWO-SWITCH BUCK-BOOST, SEPIC. (ORE 3: 3/0/0) - PROGETTO DELLO STADIO DI POTENZA DI UN POWER SUPPLY: MODELLI DI PERDITA FISICI E COMPORTAMENTALI DEI MOSFETS DI POTENZA, DRIVERS, CALCOLO DELLE PERDITE, MASSIMIZZAZIONE DELLA FREQUENZA DI SWITCHING. TIPOLOGIE, CARATTERISTICHE, PERDITE NEI DISPOSITIVI DI POTENZA PASSIVI, SELEZIONE DEI DISPOSITIVI E MINIMIZZAZIONE DELLO STADIO DI FILTRO DI UN POWER SUPPLY. MODELLI E METODI PER L'ANALISI STATICA DELLO STADIO DI POTENZA DI REGOLATORI DC-DC, CALCOLO DELLA SOLUZIONE STAZIONARIA IN MATLAB. PROGETTAZIONE DI POWER SUPPLIES AD ALTA DENSITA' DI POTENZA (ORE 42: 22/20/0). - TECNICHE DI CONTROLLO E RELATIVE METODOLOGIE DI PROGETTO: MODELLI E METODI PER L'ANALISI DINAMICA DELLO STADIO DI POTENZA DI REGOLATORI DC-DC, CALCOLO DELLE FUNZIONI DI TRASFERIMENTO IN MATLAB. VOLTAGE-MODE, CURRENT MODE, PREDICTIVE OFF TIME (CENNI), CONTROLLO DIGITALE (CENNI) E RELATIVE APPLICAZIONI A REGOLATORI DC-DC. (ORE 35: 14/21/0). - CURRENT LIMITING, PROBLEMATICHE EMI E PROGETTO DEL PCB LAYOUT (ORE 5: 5/0/0) - PROVE SPERIMENTALI SU UN REGOLATORE BUCK CON CONTROLLO IN CORRENTE DI PICCO MEDIANTE PIATTAFORMA TI-PMLK BUCK TPS54160 (ORE 3: 0/0/3). LEGENDA ORE: LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO

Contenuti

- ESIGENZE E PROBLEMATICHE DI ALIMENTAZIONE E REGOLAZIONE NEI SETTORI ICT, INDUSTRIALE, LED LIGHTING, AUTOMOTIVE, FONTI RINNOVABILI (ORE 2: 2/0/0).
- CONVERTITORI DC-DC NON ISOLATI: ARCHITETTURE DEI POWER SUPPLIES, ELEMENTI DELLA CATENA DI POTENZA E DELLA CATENA DI CONTROLLO E LORO CARATTERISTICHE FISICHE E FUNZIONALI, TOPOLOGIE DI CONVERSIONE, CELLE SWITCHING INDUTTIVE N-FET E P-FET. TOPOLOGIE DC-DC NON ISOLATE: BUCK, BOOST, INVERTING BUCK-BOOST, FLOATING BUCK-BOOST, TWO-SWITCH BUCK-BOOST, SEPIC. (ORE 3: 3/0/0)
- PROGETTO DELLO STADIO DI POTENZA DI UN POWER SUPPLY: MODELLI DI PERDITA FISICI E COMPORTAMENTALI DEI MOSFETS DI POTENZA, DRIVERS, CALCOLO DELLE PERDITE, MASSIMIZZAZIONE DELLA FREQUENZA DI SWITCHING. TIPOLOGIE, CARATTERISTICHE, PERDITE NEI DISPOSITIVI DI POTENZA PASSIVI, SELEZIONE DEI DISPOSITIVI E MINIMIZZAZIONE DELLO STADIO DI FILTRO DI UN POWER SUPPLY. MODELLI E METODI PER L'ANALISI STATICA DELLO STADIO DI POTENZA DI REGOLATORI DC-DC, CALCOLO DELLA SOLUZIONE STAZIONARIA IN MATLAB. PROGETTAZIONE DI POWER SUPPLIES AD ALTA DENSITA' DI POTENZA (ORE 42: 22/20/0).
- TECNICHE DI CONTROLLO E RELATIVE METODOLOGIE DI PROGETTO: MODELLI E METODI PER L'ANALISI DINAMICA DELLO STADIO DI POTENZA DI REGOLATORI DC-DC, CALCOLO DELLE FUNZIONI DI TRASFERIMENTO IN MATLAB. VOLTAGE-MODE, CURRENT MODE, PREDICTIVE OFF TIME (CENNI), CONTROLLO DIGITALE (CENNI) E RELATIVE APPLICAZIONI A REGOLATORI DC-DC. (ORE 35: 14/21/0).
- CURRENT LIMITING, PROBLEMATICHE EMI E PROGETTO DEL PCB LAYOUT (ORE 5: 5/0/0)
- PROVE SPERIMENTALI SU UN REGOLATORE BUCK CON CONTROLLO IN CORRENTE DI PICCO MEDIANTE PIATTAFORMA TI-PMLK BUCK TPS54160 (ORE 3: 0/0/3).

LEGENDA ORE: LEZIONE/ESERCITAZIONE/LABORATORIO

	Metodi Didattici
	L’INSEGNAMENTO PREVEDE LEZIONI TEORICHE, ESERCITAZIONI IN AULA ED ESERCITAZIONI PRATICHE DI LABORATORIO. NELLE ESERCITAZIONI IN AULA VIENE ASSEGNATO AGLI STUDENTI UN PROGETTO DA SVILUPPARE DURANTE LO SVOLGIMENTO DEL CORSO. LE ESERCITAZIONI DI LABORATORIO VENGONO SVOLTE MEDIANTE LE PIATTAFORME EDUCATIONAL PMLK DI TEXAS INSTRUMENTS PER L'ANALISI SPERIMENTALE STATICA E DINAMICA DI REGOLATORI DC-DC.

Metodi Didattici

L’INSEGNAMENTO PREVEDE LEZIONI TEORICHE, ESERCITAZIONI IN AULA ED ESERCITAZIONI PRATICHE DI LABORATORIO. NELLE ESERCITAZIONI IN AULA VIENE ASSEGNATO AGLI STUDENTI UN PROGETTO DA SVILUPPARE DURANTE LO SVOLGIMENTO DEL CORSO. LE ESERCITAZIONI DI LABORATORIO VENGONO SVOLTE MEDIANTE LE PIATTAFORME EDUCATIONAL PMLK DI TEXAS INSTRUMENTS PER L'ANALISI SPERIMENTALE STATICA E DINAMICA DI REGOLATORI DC-DC.

	Verifica dell'apprendimento
	LA PROVA DI ESAME È FINALIZZATA A VALUTARE NEL SUO COMPLESSO LA CONOSCENZA E LA CAPACITÀ DI COMPRENSIONE DEI CONCETTI PRESENTATI AL CORSO, LA CAPACITÀ DI APPLICARE TALI CONOSCENZE PER LA RISOLUZIONE DI PROBLEMI DI PROGETTAZIONE DI POWER SUPPLIES, L’AUTONOMIA DI GIUDIZIO, LE ABILITÀ COMUNICATIVE E LA CAPACITÀ DI APPRENDERE. LA PROVA CONSISTE IN UN ELABORATO DI PROGETTO ED UN COLLOQUIO ORALE. L'ELABORATO RIGUARDA UN PROBLEMA DI PROGETTO DI UN POWER SUPPLY - QUALE LA SCELTA E PROGETTAZIONE DI UN'ARCHITETTURA DI POTENZA E IL PROGETTO DI UN CONTROLLORE ADEGUATI AL RAGGIUNGIMENTO DELLE PRESTAZIONI STATICHE E DINAMICHE RICHIESTE DALL'APPLICAZIONE - E INCLUDE LA DEFINIZIONE DEGLI OBIETTIVI, LA DESCRIZIONE DELL'APPROCCIO ADOTTATO E DEI RISULTATI OTTENUTI E LA LORO DISCUSSIONE CRITICA. L'ELABORATO VIENE VALUTATO IN BASE ALLA CORRETTEZZA DELL'IMPOSTAZIONE E DEI RISULTATI CONSEGUITI. IL COLLOQUIO ORALE HA LO SCOPO DI VALUTARE LA CAPACITÀ DI ESPORRE E DISCUTERE I CONTENUTI DELL'ELABORATO E DI ARGOMENTARE LE SCELTE EFFETTUATE E LA CONOSCENZA DEGLI ARGOMENTI DEL CORSO. NELLA VALUTAZIONE COMPLESSIVA, ESPRESSA IN TRENTESIMI, LE VALUTAZIONI DELL'ELABORATO E DELLA PROVA ORALE PESERANNO CIASCUNA PER IL 50%.

Verifica dell'apprendimento

LA PROVA DI ESAME È FINALIZZATA A VALUTARE NEL SUO COMPLESSO LA CONOSCENZA E LA CAPACITÀ DI COMPRENSIONE DEI CONCETTI PRESENTATI AL CORSO, LA CAPACITÀ DI APPLICARE TALI CONOSCENZE PER LA RISOLUZIONE DI PROBLEMI DI PROGETTAZIONE DI POWER SUPPLIES, L’AUTONOMIA DI GIUDIZIO, LE ABILITÀ COMUNICATIVE E LA CAPACITÀ DI APPRENDERE.
LA PROVA CONSISTE IN UN ELABORATO DI PROGETTO ED UN COLLOQUIO ORALE. L'ELABORATO RIGUARDA UN PROBLEMA DI PROGETTO DI UN POWER SUPPLY - QUALE LA SCELTA E PROGETTAZIONE DI UN'ARCHITETTURA DI POTENZA E IL PROGETTO DI UN CONTROLLORE ADEGUATI AL RAGGIUNGIMENTO DELLE PRESTAZIONI STATICHE E DINAMICHE RICHIESTE DALL'APPLICAZIONE - E INCLUDE LA DEFINIZIONE DEGLI OBIETTIVI, LA DESCRIZIONE DELL'APPROCCIO ADOTTATO E DEI RISULTATI OTTENUTI E LA LORO DISCUSSIONE CRITICA. L'ELABORATO VIENE VALUTATO IN BASE ALLA CORRETTEZZA DELL'IMPOSTAZIONE E DEI RISULTATI CONSEGUITI. IL COLLOQUIO ORALE HA LO SCOPO DI VALUTARE LA CAPACITÀ DI ESPORRE E DISCUTERE I CONTENUTI DELL'ELABORATO E DI ARGOMENTARE LE SCELTE EFFETTUATE E LA CONOSCENZA DEGLI ARGOMENTI DEL CORSO. NELLA VALUTAZIONE COMPLESSIVA, ESPRESSA IN TRENTESIMI, LE VALUTAZIONI DELL'ELABORATO E DELLA PROVA ORALE PESERANNO CIASCUNA PER IL 50%.

	Testi
	- R.W.Erickson, D.Maksimovic, Fundamentals of Power Electronics, Kluwer Publ. - S.Maniktala, Switching Power Supplies From A to Z, Elsevier - S.Maniktala, Switching Power Supply Design & Optimization, Mcgraw-Hill - S.Maniktala, Troubleshooting Switching Power Converters, Elsevier - Dispense fornite dal docente.

BETA VERSION Fonte dati ESSE3 [Ultima Sincronizzazione: 2019-10-21]