Vantaggi e criticità degli Alimentatori Switching Risonanti LLC

La topologia risonante è, ad oggi, una delle soluzioni più efficienti per il progetto di un alimentatore 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.
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 piu’ semplici soluzioni circuitali, con possibilita’ di miglioramento mediante rettificazione sincrona e/o altri accorgimenti;
– utilizzando componenti magnetici correttamente dimensionati, il progetto e’ 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 piu’ imprevedibili ed ostili;
– possibilita’ di riduzione dei consumi con carico basso/nullo mediante l’utilizzo della funzione “burst mode” e “PFC stop” implementate su molti controller;
– possibilita’ 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 puo’ arrivare fino a 500-1000W di picco);

Image module

– rispetto ad altre topologie, come conseguenza dei punti precedenti, gli alimentatori LLC-LCC hanno dimensioni ridotte e problematiche EMI notevolmente ridotte.

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;
– necessita’ 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 piu’ compatto, ecc., il costo globale è ridotto per potenze superiori ai 40-50W;

Se volete visionare alcune delle piu’ 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 prossimita’, ecc., nonche’ tutti i vincoli strutturali.

Non sprecate le vostre risorse:
anche un progetto di alimentatore ben fatto risulta spesso ampiamente ottimizzabile quando rivisto con i nostri algoritmi proprietari.

Software progettazione

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.

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

Strumenti test