RICERCA ITALIANA     

Convertitori Integrati DC/DC a Commutazione Risonante per Alimentazione Distribuita

Università degli Studi di Cassino

Abstract

L'obiettivo generale del programma di ricerca è di sviluppare le competenze scientifiche di base necessarie alla realizzazione di innovativi "sistemi di alimentazione distribuiti" (Distributed Power Systems - DPS) destinati a soddisfare le sempre crescenti esigenze di alimentazione che derivano dai settori di Telecom/Networking/Computing. Tali sistemi, infatti, sono caratterizzati da un sempre più elevato numero di tensioni diverse di alimentazione e dalla loro progressiva riduzione (da 5V fino 1.2V che diventeranno 0,7V nei prossimi anni) dovuta alle recenti evoluzioni delle tecnologie microelettroniche. A tale riduzione è associato un forte incremento delle correnti da erogare che deve essere accompagnato dall'incremento della velocità di risposta del sistema.
Per soddisfare tali requisiti e, nel contempo, garantire anche elevata efficienza e ridotto ingombro, le unità di ricerca proponenti intendono sviluppare attività di ricerca finalizzate alla realizzazione di convertitori innovativi con topologia risonante nei quali impiegare le moderne tecniche di controllo digitali che garantiscono una notevole versatilità del convertitore ed una elevata immunità elettromagnetica. Saranno anche impiegate le nuove generazioni di MOSFET di potenza per i quali si svilupperanno circuiti di pilotaggio intelligenti capaci di adattarsi ai cambiamenti del carico e della sorgente in modo da garantire sempre le minime perdite di commutazione e la massima affidabilità del convertitore. >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Giovanni BUSATTO Università degli Studi di CASSINO

Obiettivo del Programma di Ricerca

L'obiettivo generale del programma di ricerca è di sviluppare le competenze scientifiche di base destinate alla realizzazione di innovativi "sistemi di alimentazione distribuita" destinati a soddisfare le sempre crescenti esigenze di alimentazione che derivano dai settori di Telecom/Networking/Computing, caratterizzati da una notevole diminuzione della tensione di alimentazione (fino a 0.7 V per tecnologia 65 nm), da forti assorbimenti di corrente (da 80 a 190 A), e da elevate risposte dinamiche in presenza di variazioni di carico. Le necessità di soddisfare tali stringenti specifiche e di integrare i convertitori in un unico sistema per ridurne i costi e gli ingombri configurano le principali motivazioni che hanno spinto le quattro unità di ricerca proponenti ad unire i loro impegni di ricerca e le loro competenze per favorire l'innovazione in un settore dell'Elettronica di Potenza di sicuro interesse per l'industria elettronica nazionale. La spinta innovativa che deriverebbe dai risultati attesi dal progetto, qualora questo dovesse essere approvato, coinvolgerebbe i settori chiave dell'Elettronica di Potenza, che riguardano le topologie circuitali di conversione statica, le tecniche di regolazione e di controllo, i dispositivi di potenza, il packaging, lo studio dei problemi termo-meccanici e dell'immunità elettromagnetica.

Nella ripartizione dei compiti tra le unità partecipanti al progetto si è tenuto conto del fatto che l'architettura di un DPS prevede >>>

Risultati parziali attesi

• Rapporti interni per la diffusione dei risultati tra le varie unità di ricerca e per scambiare le informazioni necessarie alla prosecuzione del progetto.

• Set-up sperimentale per la caratterizzazione non-distruttiva del comportamento dei MOSFET nelle commutazioni soft-switching.• Dettagliati rapporti interni in relazione ai comportamenti dei vari componenti dei convertitori. Tali rapporti sono finalizzati alla diffusione dei risultati tra tutte le unità operative e al trasferimento delle informazioni tra le sedi le cui attività sono correlate tra di loro.

• Modello numerico termico del MOSFET di potenza a diverse temperature e diverse condizioni operative, evidenziante le condizioni di funzionamento potenzialmente dannose dal punto di vista termico.• Dettagliati rapporti interni in relazione ai comportamenti dei vari componenti dei convertitori. Tali rapporti sono finalizzati alla diffusione dei risultati tra tutte le unità operative e al trasferimento delle informazioni tra le sedi le cui attività sono correlate tra di loro.

• Prototipo di un convertitore AC/DC dalla rete a 48V.

• Prototipo di un convertitore dc/dc da 48V a bus intermedio realizzato su stampato multistrato con il controllo realizzato attraverso FPGA.

• Prototipo di un convertitore dc/dc da 48V a bus intermedio realizzato su stampato multistrato con un controllore convenzionale analogico.

• Prototipo di un >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

L'evoluzione dei sistemi di alimentazione nei settori Telecom/Networking/Computing è attualmente determinata da due tendenze ben definite:

- la proliferazione delle tensioni di alimentazione presenti su una singola scheda, determinata dalla necessità di ottenere le migliori prestazioni o il miglior rapporto costo/prestazioni dai componenti installati (microprocessori, ASIC, FPGA, DSP, IC analogici). Nei casi più comuni vengono utilizzate fino a 5 o 6 tensioni diverse (tipicamente 5V, 3.3V, 2.5V, 1.8V, 1.5V, 1.2V), ciascuna delle quali può assorbire una corrente variabile da 2 a 60 A. Non è ormai inusuale trovare schede che utilizzino fino a 10 tensioni di alimentazione differenti;

- la continua diminuzione della tensione di alimentazione dei circuiti integrati, dovuta ai livelli di integrazione sempre più spinti, resi possibili da una tecnologia dei semiconduttori in rapida evoluzione. Secondo le previsioni del SIA [1], si passerà dagli attuali 1.2 V (tecnologia 130 nm), a 0.7 V nel 2007 (tecnologia 65 nm). Parallelamente, si assisterà ad un brusco aumento delle correnti assorbite (da 80 A a 190 A) e della velocità dei transitori di corrente (400 A/us). Occorre sottolineare che la riduzione della tensione di alimentazione comporta una corrispondente riduzione della tolleranza sul valore nominale ( ±1% per una tensione di 1V).

I sistemi di alimentazione che maggiormente si adattano a queste linee di tendenza sono i cosiddetti >>>