Vantaggi e criticità degli Alimentatori Switching Risonanti LLC e LCC

Le topologie risonanti sono, ad oggi, tra le soluzioni più efficienti per la progettazione di alimentatori switching.

La richiesta del mercato di maggiori efficienze nei settori LED lighting, server farm, gate automation, caricabatterie, vending machines, ecc., è un fatto ormai ampiamente conosciuto.

Oltre ai requisiti guidati dal marketing, varie normative impongono obiettivi di efficienza sempre crescenti.

Questo ha comportato negli ultimi anni una forte rivalutazione della topologia risonante LLC e, in alcuni casi, LCC.
Clicca qui per scoprire le differenze tra LLC e LCC.

Tutti i maggiori produttori di componenti attivi presenti nel mercato degli SMPS hanno quindi sviluppato controllori che consentono, con un grado di complessità circuitale particolarmente contenuto, la realizzazione di convertitori ad alta efficienza e basse emissioni EMI.

Vantaggi

– efficienza intorno al 94-96% nelle più semplici soluzioni circuitali, con possibilità di miglioramento mediante rettificazione sincrona e/o altri accorgimenti;
– utilizzando componenti magnetici correttamente dimensionati, il progetto è estremamente rapido e semplificato;
– forme d’onda delle correnti in alta frequenza sostanzialmente sinusoidali, con contenuto armonico molto ridotto rispetto ad altre topologie;
– commutazione dei Mosfet “ZVS” (zero voltage switching) che comporta una drastica riduzione delle perdite, riduzione/eliminazione del dissipatore e riduzione di stress e disturbi generati, i quali sono spesso la causa dei problemi progettuali più imprevedibili ed ostili;
– possibilità di riduzione dei consumi con carico basso/nullo mediante l’utilizzo della funzione “burst mode” e “PFC stop” implementate su molti controller;
– possibilità di dimensionamento ottimale per potenze continuative e temporanee anche molto distanti tra loro (es: un nostro trasformatore con ingombro pari a quello di un classico EF25 può arrivare fino a 500-1000W di picco);
– rispetto ad altre topologie, come conseguenza dei punti precedenti, gli alimentatori LLC-LCC hanno dimensioni ridotte e problematiche EMI notevolmente ridotte;
– nelle applicazioni sensibili alle correnti di modo comune iniettate attraverso il trasformatore (es.: alimentazione di driver per IGBT e SiC), si ottengono le minori capacità possibili tra avvolgimento primario e avvolgimento secondario.

Image module

Criticità

– la progettazione ottimale dell’alimentatore deve necessariamente considerare anche i vincoli legati ai componenti magnetici, pena la rinuncia ad una parte anche consistente dell’efficienza;
– la definizione del trasformatore integrato ottimizzato richiede competenze specifiche;
– necessità di 2 mosfet (mezzo ponte) rispetto al singolo mosfet dei flyback;
– controller lievemente più costoso di un flyback ma grazie alla minor spesa su dissipatori, filtro EMC, trasformatore più compatto, ecc., il costo globale è ridotto per potenze superiori ai 40-50W.

Se volete visionare alcune delle più semplici soluzioni circuitali e i relativi test comparativi aprite il link sotto:

Demo boards originali

Demo boards ottimizzate

 

Le nostre competenze

Siamo in grado di fornire trasformatori standard con tank risonanti già correttamente dimensionati, studiare varianti ottimizzate di tali tank e di collaborare con il progettista elettronico alla definizione di tank risonanti custom per risolvere ogni esigenza specifica.

Abbiamo molto investito per poter dare un supporto tecnico rapido e competente.

Con l’esperienza acquisita e l’ausilio dei software proprietari sviluppati internamente siamo in grado di progettare tenendo in considerazione effetto pelle, effetto prossimità, ecc., nonché tutti i vincoli strutturali.

Software progettazione

Non sprecate le vostre risorse:

anche un progetto di alimentatore ben fatto risulta spesso ampiamente ottimizzabile quando rivisto con i nostri algoritmi proprietari.

Essi tengono in considerazione contemporaneamente le relazioni tra i vari parametri, tutti i vincoli strutturali e le perdite negli elementi del tank, in particolare quelli magnetici consentendo, come largamente dimostrato, il più elevato livello di ottimizzazione.

Il nostro supporto al progettista elettronico nelle fasi iniziali consente, oltre a una drastica riduzione dei tempi di sviluppo, i migliori risultati in termini di efficienza, temperature, costi e dimensioni.

Itacoil strumento lab esempio

Il trasformatore integrato

Questa definizione si riferisce ad un trasformatore che integra al proprio interno l’induttanza di risonanza mediante l’esaltazione calibrata dell’induttanza dispersa (vedi il nostro articolo tecnico pubblicato su varie riviste di settore europee).

La nostra serie di trasformatori standard copre le esigenze di tensione e potenza più comuni.

Ad oggi sono ancora piuttosto frequenti i convertitori che per semplificazione progettuale fanno uso dell’induttanza discreta in aggiunta al trasformatore convenzionale, ma tale scelta risulta inefficiente sotto tutti gli aspetti: economici, energetici e dimensionali.

Un ulteriore vantaggio del trasformatore integrato è l’isolamento elevato e robusto tra ingresso ed uscita, effetto collaterale del fatto che, per generare una maggiore induttanza dispersa, gli avvolgimenti primari e secondari vengono disposti in sezioni separate del rocchetto.

Siamo in grado di progettare e campionare velocemente trasformatori integrati custom ottimizzati “by design”.
Necessità di reiterazioni e ricampionature sono praticamente inesistenti.

Esempi:
LLC
LCC

Confronto disposizione avvolgimenti nel trasformatore tradizionale e nel trasformatore risonante integrato