Come scegliere l’alimentatore migliore per ogni applicazione

La scelta di un alimentatore è un passaggio estremamente delicato che deve essere attentamente valutato, sia in funzione dei dati di targa del componente, sia in relazione al tipo di applicazione per il quale è richiesto. È quindi fondamentale conoscere quali sono i parametri da considerare per sapere come scegliere l’alimentatore più adatto per ciascuna specifica applicazione.

Spesso si pensa che sia sufficiente selezionare l’alimentatore più potente sul mercato per essere sicuri della sua bontà, ma sarebbe un grosso errore. Non sempre, infatti, sono richieste grandi potenze – in genere, all’aumentare della potenza aumenta anche il costo dell’alimentatore – ma possono esser ben altre le specifiche da valutare in fase di selezione del componente, per evitare di realizzazione di un sistema instabile e con prestazioni scadenti, ad esempio l’efficienza e i sistemi di protezione.

  1. Scegliere la giusta potenza per l’alimentatore
  2. Come scegliere il giusto alimentatore per uso medicale
  3. Come scegliere il gisuto alimentatore per uso ferroviario
  4. Come scegliere il giusto alimentatore per uso automobilistico


Scegliere la giusta potenza per l’alimentatore

Una potenza nominale elevata non è sinonimo di alta qualità: l’alimentatore deve, innanzitutto, garantire l’erogazione di una potenza sufficiente per tutti i componenti che compongono il sistema.

Un occhio all’efficienza dell’alimentatore

L’efficienza di un alimentatore identifica quanta potenza viene inviata al carico e quanta ne viene “persa per strada”, sottoforma di calore, appunto. Maggiore è l’efficienza di un alimentatore, minore sarà il suo consumo di energia e, quindi, la quantità di calore generato da dissipare. Un buon alimentatore dovrebbe essere caratterizzato dalla più alta efficienza possibile, in generale maggiore dell’80%.

Massima attenzione ai sistemi di protezione

In qualsiasi dispositivo elettronico, l’alimentazione è una delle sezioni più delicate. In genere, un alimentatore di buona qualità è provvisto di sistemi di protezione utili a salvaguardare l’integrità sia dei componenti dell’alimentatore stesso, sia del carico a esso collegato. Ad esempio, la protezione da sovratensioni spegne in automatico l’alimentatore nel caso la tensione d’uscita dovesse superare i valori di targa dichiarati.

Altro parametro fondamentale è l’isolamento, che impedisce che un flusso di corrente indesiderata possa transitare tra due o più parti di un sistema, ad esempio a causa di una differenza di potenziale tra le masse delle linee di alimentazione o per la presenza accidentale di una tensione esterna. La corrente indesiderata può infatti causare danni alle apparecchiature, generare disturbi elettrici, ma ancora più grave, rappresentare un pericolo per l’uomo.

Proprio per questi motivi, per ogni campo di applicazione esistono delle norme che gli alimentatori (e le apparecchiature elettriche in generale) devono rispettare per poter ricevere una certificati di conformità e funzionare in completa sicurezza.



Come scegliere il giusto alimentatore per uso medicale

La scelta di un alimentatore AC DC e DC DC è un passaggio estremamente critico che deve essere attentamente valutato e soppesato. Ecco alcune linee guida su come scegliere l’alimentatore giusto per le applicazioni medicali.

Quello medicale è un settore particolarmente critico, i dispositivi in esso impiegati devono possedere requisiti che rispettino rigorosamente le normative, sia per l’utilizzo ospedaliero sia casalingo. Quando si tratta di dispositivi salvavita da collegare direttamente al corpo umano, occorre considerata che eventuali guasti e malfunzionamenti potrebbero essere dannosi per la salute dell’utilizzatore o addirittura fatali. La bontà di un’applicazione medicale nasce proprio dal sistema di alimentazione (praticamente il power supply per ambito medicale). Proprio per questo campo applicativo, RECOM progetta sofisticati alimentatori CC/CC e CA/CC per garantire le massime sicurezza ed efficienza.

Le applicazioni medicali sono sempre ad alto rischio

Gli alimentatori progettati per apparecchiature mediche e sanitarie devono essere conformi allo standard di sicurezza previsto dalla normativa vigente. In particolare, lo standard si riferisce a quelle applicazioni in cui il paziente è fisicamente a contatto con l’apparecchiatura: le apparecchiature elettriche medicali non devono, in alcun modo, mettere in pericolo i pazienti e il personale medico. La loro progettazione inizia proprio dalla sezione di alimentazione. Per la protezione di operatori e pazienti è necessario, in fase di studio, prestare particolare attenzione a sopprimere efficacemente i transitori sulle linee conduttive. La maggior parte dei dispositivi standard oggi sono alimentati da alimentatori switching (switching power supply per settore medicale), adatti per essere utilizzati con le tensioni di rete più diffuse in tutto il mondo. Grazie alla capacità di commutazione rapida dei circuiti integrati, questo tipo di alimentatori offre un’elevata efficienza, ma provoca, per contro, grandi interferenze, condotte e irradiate, sulla rete elettrica, il cui livello massimo è stabilito dagli standard EMC.

È importante notare che le specifiche riguardano non solo l’alimentatore stesso, ma anche l’apparecchiatura alimentata nella sua globalità. Occorre scongiurare, infatti, qualsiasi possibile problema derivante da mancanza di isolamento, dispersione, interferenza elettromagnetica o altro che possa mettere a rischio la vita e la salute del paziente.

I device elettronici utilizzati in medicina spesso funzionano a diretto contatto con il paziente. Proprio per questo motivo è fondamentale isolarne la sezione di alimentazione, che preleva energia dalla rete elettrica, dalla parte in bassa tensione, che entra in contatto con la persona da trattare.

Parliamo, ad esempio di:

  • apparecchiature mediche cliniche, nei campi della diagnostica, del monitoraggio e di laboratorio;
  • apparecchiature per la salute domestica e la cura del paziente;
  • sistemi di monitoraggio ad alta tensione;
  • settore dentale.

Gli standard delle apparecchiature elettroniche a uso medicale sono molto stringenti, soprattutto per quanto riguarda la sicurezza e l’affidabilità (vedi figura 1). Essi devono assicurare un alto isolamento, bassa dispersione e alte distanze di dispersione e di sicurezza. La sicurezza non riguarda solo quella del paziente in cura, ma anche degli operatori che utilizzano le strumentazioni. L’isolamento rinforzato fornisce un livello di sicurezza aggiuntivo rispetto all’isolamento funzionale standard, necessario per essere la conformità alla norma medicale ES/IEC/EN 60601-1.

Alimentatore medicale
Figura 1: la sicurezza e l’isolamento negli alimentatori medicali sono di primaria importanza

H3 Protezioni MOOP e MOPP

A seconda dell’impiego del dispositivo, quindi di come andrà fisicamente in contatto con il paziente e l’operatore, le normative prevedono due tipologie di protezione:

  • MOOP (“Means of Operator Protection”, ossia “Mezzi di protezione dell’operatore”), adottata quando i dispositivi elettronici non entrano in contatto diretto con il paziente e sono gestiti solo da operatori addestrati. Essi devono soddisfare solo gli standard ITE 60950-1 e 62368-1 per la conformità dell’ambiente di laboratorio;
  • MOPP (“Means of Patient Protection”, ossia “Mezzi di protezione del paziente”), adottata quando esiste un contatto fisico diretto tra il dispositivo e il paziente. In questo caso gli standart da seguire sono molto spinti, specialmente quelli che riguardano l’isolamento – la corrente elettrica che attraversa il corpo umano può essere letale, per una persona sana, già oltre i 40 mA!

Come detto, dunque, è l’isolamento il fulcro del problema. La protezione dei pazienti dalle scosse elettriche deve essere garantita implementando almeno due barriere isolanti: sia sul primario dell’alimentatore di rete, sia sul secondario a bassa tensione.

A seconda della tipologia e della destinazione d’uso, i dispositivi elettronici medici vengono classificati a seconda del grado di protezione che devono avere:

  • tipo B: non vi è alcun contatto fisico diretto con il paziente. Si tratta, per lo più, di dispositivi e apparecchiature atte all’illuminazione a LED delle sale operatorie, unità laser medicali, ecc.;
  • tipo BF: esiste un contatto fisico con il paziente come per gli incubatori, dispositivi a ultrasuoni, apparecchiature diagnostiche, ecc.;
  • tipo CF: vi è un contatto diretto con il cuore del paziente, e se il dispositivo si guasta i rischi di lesioni o di morte sono altissimi. I defibrillatori e le macchine per cuore e polmone rientrano in questa categoria.

Per quanto riguarda la compatibilità elettromagnetica, le apparecchiature medicali devono risultare immuni ai campi HF fino a 2,7 GHz. Del resto le alte frequenze, per via dell’utilizzo comune di smartphone, router WiFi e altri dispositivi wireless, sono ormai una presenza costante quasi ovunque.

Anche le scariche elettrostatiche possono causare danni agli apparecchi e problemi ai pazienti, e per tale ragione i relativi limiti imposti sono elevati: 8 kV per la scarica per contatto e 15 kV per la scarica in aria.

Diverse tipologie di prodotti

La RECOM riesce a soddisfare qualsiasi esigenza per quanto riguarda la richiesta di alimentatori per uso medicale. L’azienda mette a fuoco la problematica dell’isolamento e della dispersione, producendo alimentatori di alta qualità e convertitori AC DC estremamente efficienti, caratterizzati da diverse certificazioni.

Convertitori DC/DC

La serie RxxPxx/R e RxxP2xx/R comprende efficienti convertitori DC/DC ad uso medicale, caratterizzati da isolamento rinforzato, esteso fino a 8kVDC, particolarmente adatti per applicazioni ad alta tensione.

Le serie REM1, REM2, REM3.5E, REM5E e REM6E hanno un isolamento continuo rinforzato da 250 V CA con una dispersione di distanza maggiore di 8 mm. I convertitori di questa serie prevedono soluzioni modulari e offrono tutte le funzionalità richieste per applicazioni mediche critiche, mantenendo bassi i costi. In figura 2 si può osservare un convertitore della serie REM30-W.

serie REM30-W.
Figura 2: il convertitore della serie REM30-W di RECOM

Le specifiche, misurate alla temperatura di 25° C, alla tensione di ingresso nominale, a pieno carico e dopo il riscaldamento, sono di tutto rispetto:

  • filtro interno all’ingresso: tipologia a Pi;
  • intervallo di tensione all’ingresso: a 24 VDC: 9-24 VDC, a 48 VDC: 18-48 VDC;
  • tensione di picco in ingresso: max 3 secondi;
  • corrente in Standby: 2.5 mA;

La tensione di uscita del modulo può essere regolata secondo esigenza attraverso un trimmer. Con una resistenza esterna tra il pin Trim e -Vout, la tensione di uscita aumenta. Con una resistenza esterna tra i pin Trim e +Vout, la tensione di uscita diminuisce. Il resistore esterno deve essere almeno da 1/16 Watt. Il convertitore è dotato di isolamento rinforzato per una tensione di lavoro di 250 VAC, distanza di dispersione maggiore di 8,0 mm e corrente di dispersione del paziente di 2 uA. Per quanto riguarda il filtraggio EMC secondo la EN5501, sono suggeriti i seguenti valori dei componenti di filtro:

  • Vin nominale di 24 VDC
    • C1: n/a
    • C2: 10 uF / 50 V
    • C3: 100pF / 3kV
    • C4: 100pF / 3kV
    • L1: 145 uH 5.2A
  • Vin nominale di 48 VDC
    • C1: 2.2µF / 100 V
    • C2: 2.2µF / 100V
    • C3: 100pF / 3kV
    • C4: 100pF / 3kV
    • L1: 373 uH 3A

Il convertitore è racchiuso in un box di plastica nera non conduttiva di dimensioni pari a 50,8mm x 25,4mm x 10,2mm, per un peso totale di 32 g.

I modelli della suddetta serie possono soddisfare qualsiasi tipologia di esigenza di voltaggio e di potenza, come attesta la seguente tabella:

Modello Intervallo tensione d’ingresso Tensione di uscita (VDC) Corrente di uscita (mA) Efficienza Max carico capacitivo (uF)
REM30-2405SW 9-36 5 6000 88 7200
REM30-2412SW 9-36 12 2500 89 1200
REM30-2415SW 9-36 15 2000 89 1000
REM30-2424SW 9-36 24 1250 89 375
REM30-2405DW 9-36 +/- 5 3000 86 3600
REM30-2412DW 9-36 +/- 12 1250 89 750
REM30-2415DW 9-36 +/- 15 1000 89 500
REM30-4805SW 18-75 5 6000 89 7200
REM30-4812SW 18-75 12 2500 89 1200
REM30-4815SW 18-75 15 2000 89 1000
REM30-4824SW 18-75 24 1250 89 375
REM30-4805DW 18-75 +/- 5 3000 86.5 3600
REM30-4812DW 18-75 +/- 12 1250 90 750
REM30-4815DW 18-75 +/- 15 1000 89.5 500

Alimentatori medicali AC/DC compatti

Accanto alla precedente categoria è presente anche la serie RACM, costituita da alimentatori AC/DC ad alta efficienza, di potenze comprese tra 18 W e 1200 W (si vedano i relativi modelli in figura 3). Sono dotate di due certificazioni di sicurezza MOPP per applicazioni medicali alimentate dalla rete. Questi alimentatori possono funzionare con una tensione di ingresso CA universale, adatta a qualsiasi paese, sono caratterizzati da un isolamento di 4 kVAC, basso consumo energetico in standby, PFC attivo (> 0,95) e non richiedono un carico minimo collegato.

Figura 2: il convertitore della serie REM30-W di RECOM

Di notevole interesse risulta la linea RACM230-G, visibile in figura 4.

Questa linea è progettata per sopportare fino a 160 watt di potenza continua in uscita senza necessità di integrare una ventola di raffreddamento. Il design compatto della piastra base di 2″x4″ consente la dissipazione diretta del calore attraverso gli alloggiamenti in metallo. Sono disponibili i modelli fino a 230 watt per pilotare carichi dinamici per diversi secondi di potenza di picco o con aria forzata per periodi di tempo ancora più lunghi. Di serie è presente un’uscita a ventola intelligente.

Con un ampio intervallo di ingresso, compreso tra 80 VAC a 264 VAC, è possibile l’utilizzo fino a 5000 m di altitudine, con un isolamento di 4 kVAC. Vanta diverse certificazioni internazionali per la sicurezza, che lo rendono conforme in tutto il mondo all’utilizzo in applicazioni medicali 2 MOPP, domestiche e industriali ITE.

Figura 4: l’alimentatore RACM230-G

Come scegliere il giusto alimentatore per uso ferroviario

Il ferroviario, comprese le applicazioni tranviarie, filoviarie e metropolitane, è uno dei settori in cui è coinvolta l’elettronica di potenza per il quale l’affidabilità delle tecnologie impiegate, è di primaria importanza, per il legame stretto che si crea tra uomo e macchina.

Nel settore ferroviario, e rotabile in generale, i convertitori CC/CC sono utilizzati frequentemente per la conversione di tensioni CC a valori inferiori e per l’utilizzo in una varietà di circuiti di controllo dell’energia. Il sistema di distribuzione dell’alimentazione CC si basa, infatti, sulla gestione delle batterie, occorre fare in modo che possano garantire la normale erogazione in caso di guasto del generatore primario.

Alcune delle principali applicazioni sono:

  • materiale rotabile ferroviario;
  • applicazione di bordo e di terra;
  • applicazioni industriali;
  • applicazioni alimentate a batteria ad alta tensione;
  • architetture di alimentazione distribuite.

EN 50155 railway: la normativa per il settore ferroviario

Le apparecchiature elettroniche utilizzate per la realizzazione di materiale rotabile e, più in generale, di tutti i veicoli ferroviari in movimento devono rispettare le linee guida indicate dallo standard EN 50155. La norma stabilisce i requisiti attentamente definiti per i sistemi d’informazione e componenti elettronici utilizzati nell’ingegneria ferroviaria.

Lo standard EN50155 stabilisce i requisiti minimi in termini di tensioni d’ingresso, isolamento elettrico, temperature e grado di umidità di esercizio, resistenza a urti e le vibrazioni e la compatibilità elettromagnetica.

Le apparecchiature elettroniche utilizzate su materiale rotabile devono garantire una durata operativa molto lunga, anche fino a 20 anni, pertanto i test ambientali condotti dovrebbero essere estremamente accurati. Oltre ai normali test della temperatura di funzionamento (tra -30° C e +60° C), ne vengono eseguiti ulteriori di ciclo termico, calore secco e calore umido, e queste prove possono essere superate solo da convertitori CC/CC ermeticamente sigillati.

La EN50155 impone una variazione della tensione d’ingresso compresa tra 0,7 e 1,25 volte del valore di tensione nominale e variazioni istantanee comprese tra 0,6 e 1,4 volte.

Ad esempio, un convertitore CC/CC di 48 V deve poter funzionare correttamente a fronte di un range di tensione compreso tra 28,8V e 67,2V.

Criteri di selezione dei convertitori cc/cc ferroviari

Uno dei parametri più rilevanti per la scelta di un convertitore CC/CC è la tensione d’ingresso. Nel settore ferroviario i valori di tensioni più comuni sono 24 V CC, 48 V CC, 72 V CC, 96 V CC e 110 V CC, di cui l’ultima è la più comunemente usata sui treni, mentre i 24 V e i 48 V sono utilizzati su ferrovie leggere, tram e filobus.

Solitamente gli sviluppatori di applicazioni ferroviarie scelgono convertitori con rapporto di 4:1 come, ad esempio, le serie RP20-FR e RP40-FR di RECOM, in quanto coprono l’intera gamma di tensioni nominali d’ingresso utilizzando solo 3 diversi modelli di convertitore.

Railway CC/CC converter output range

La trasformazione della tensione d’ingresso può avvenire in modalità diverse:

  • Uscita Singola: output pin Vout(+) e Vout(-)
  • Tensione Duale: pin Vout(+), Com e Vout(-), spesso utilizzati per alimentare un amplificatore operazionale
  • Doppia Uscita Asimmetrica: output pin Vout(+), Com e Vout(-) con diverse tensioni di uscita, ad esempio +18/9volt. Utilizzati per i driver di pilotaggio degli IGBT gate driver che necessitano due tensioni di alimentazione asimmetriche
  • Doppie Uscite Indipendenti: output pin Vout1(+), Vout1(-), Vout2(+) e Vout2(-), in cui le uscite sono isolate da tutti gli ingressi. Utile per alimentare un’applicazione a due canali usando un solo convertitore
  • Tripla Uscita: output pin Vout(+), Aux(+), Com e Aux, ad es. +5 V e +/-12 V. Utile per applicazioni in cui è richiesta un’unica alimentazione ad alta corrente e un’alimentazione ausiliaria per le periferiche

Alcuni prodotti

La serie di alimentatori certificati per il settore ferroviario di Recom può gestire fino a 240 W in dimensioni molto compatte, per una densità di potenza fino a 4,5 W/cm³, una delle più alte attualmente disponibili sul mercato. Per prestazioni termiche superiori, RECOM offre anche le serie 12W RP12-AR, 20W RPA20-AW e 30W RPA30-AW, in contenitore da 1″x1″ e la serie 60W RPA60-FW in contenitore da 2″x1″.

La serie RP240H-RW

I convertitori CC/CC della serie RP240H sono progettati per materiale rotabile ferroviario e applicazioni per batterie ad alta tensione. Ogni serie ha tre opzioni d’intervallo di tensione d’ingresso, con rapporto 4:1, per coprire tutte le tensioni d’ingresso da 9 V CC a 160 V CC, con uscite isolate e regolate da 5 V a 48 V CC. I convertitori hanno elevata efficienza e, se montati su un dissipatore idoneo, garantiscono il corretto funzionamento in un range di temperatura compreso tra -40° C a +85° C. Il case è dotato d’inserti filettati per il montaggio su PCB o sulla paratia per l’uso in ambienti con forti urti e vibrazioni. I convertitori della serie RP240H-RW sono certificati EN50155, UL60950 e IEC/EN60950 e godono di tre anni di garanzia.

Alcune specifiche della serie RP240H-RW:

  • tipologia: DC/DC
  • isolamento
  • uscite singole
  • montaggio THT
  • stile contenitore “Half Brick”
  • lunghezza 61,0 mm
  • larghezza 57,9 mm
  • minima temperatura operativa di -40,0° C
  • massima temperatura operativa di 115,0° C
  • regolazione con rapporto 4:1
  • protezioni SCP
  • regolazione della tensione di uscita dal -20% al +10%
  • direttive RoHS 2+ (10/10)

I diversi modelli coprono, in pratica, qualsiasi esigenza di utilizzo, come mostrato nella tabella seguente.

Come scegliere il giusto alimentatore per uso automobilistico

Anche nel campo automobilistico la scelta di un ottimo alimentatore è uno dei passi fondamentali. In questo settore la sicurezza è uno degli aspetti più importanti e come tale devono essere seguiti i migliori criteri per le implementazioni dei sistemi di alimentazione, per i quali sono previste, inoltre, diverse direttive e certificazioni a livello europeo e mondiale. La validità delle applicazioni automobilistiche prende vita proprio dagli alimentatori, per i quali RECOM progetta i più sofisticati modelli rivolti alla massima sicurezza ed efficienza. Come detto diverse volte in altre nostre pubblicazioni, RECOM basa il proprio successo su tre solide colonne: prodotti innovativi, assistenza clienti estremamente affidabile e ampia rete di distribuzione globale, che consente ai clienti in tutto il mondo di disporre dei convertitori di potenza in meno di 48 ore dall’ordine.

Mobilità elettrica e auto elettriche: un futuro segnato?

Perché è necessario un convertitore DC/DC? Si può parlare di convertitore step-up quando si trasforma un ingresso a bassa tensione in un’uscita ad alta tensione, o un convertitore step-down, che opera in maniera opposta. Le batterie di un veicolo elettrico emettono una certa tensione, che in futuro è destinata a salire decisamente. I componenti elettrici all’interno del veicolo hanno diverse esigenze di alimentazione ma la maggior parte funziona con una bassa tensione. Per esempio la radio, l’aria condizionata e i display necessitano di un opportuno livello di tensione. Con l’utilizzo dei convertitori è possibile alimentare tutti i carichi senza dover ricorrere a batterie più grandi e più pesanti. I convertitori DC/DC costituiscono un’intera sottocategoria dell’ingegneria elettrica.

Un modello semplificato di convertitore step-down genera una serie di impulsi ON e OFF che si trasforma in segnale continuo con una combinazione di induttori e di condensatori. Il numero di veicoli dotati di dispositivi avanzati continua ad aumentare, per cui i convertitori DC/DC saranno sempre più utilizzati nelle vetture.

È ovvio che in questi ultimi anni il mercato delle automobili è radicalmente cambiato. Qualche decennio fa le uniche alternative di carburante erano i combustibili fossili, il diesel o la benzina. Oggi si stanno sempre più diffondendo, invece, veicoli elettrici ibridi e veicoli elettrici a batteria che, nel prossimo futuro, rimpiazzeranno le vecchie scelte.

Nei prossimi anni i maggiori cambiamenti del settore non saranno visibili all’occhio dell’osservatore, in quanto riguarderanno modifiche interne al motore e a tutti i circuiti di gestione della potenza elettrica e avranno un impatto significativo sull’intero progetto del veicolo. Il cambiamento delle architetture riguarda le diverse alimentazioni elettriche e, a differenza del motore a scoppio, tutti i dispositivi di un’automobile saranno gestiti dall’elettricità, così come gli azionamenti elettromeccanici saranno tutti di tipo elettronico.

L’energia elettrica sarà massivamente utilizzata, non solo per pilotare gli organi di locomozione ma anche per alimentare accessori quali aria condizionata, sedili riscaldabili e inclinabili, ecc.: tutti utilizzatori elettrici a monte che saranno azionati elettricamente per una maggiore efficienza. Spesso questi strumenti richiedono tensioni molto più importanti dei canonici 12 V, il che si traduce in elevate correnti di transito, le quali, a loro volta, richiedono un sistema di cavi estremamente robusti, costosi e pesanti che avrebbero un impatto negativo sull’efficienza del veicolo.

Per risolvere questi problemi, le case automobilistiche stanno gradualmente migrando su sistemi a 48 V per azionare diversi accessori. La tensione si quadruplica ma la corrente è ridotta di un quarto. Per rendere fattibile tale innalzamento si usano i convertitori di potenza, nella fattispecie di tipo 12-48 boost o step-up. Il passaggio a tensioni più elevate avverrà gradualmente e, almeno inizialmente, sul lato 12 V restano collegate le applicazioni di minore potenza mentre sul lato 48 V sono collegate quelle che richiedono l’utilizzo di motori o elementi riscaldanti (vedi figura 1).

alimentatori dc-dc automotive
Figura 1: carichi alimentati a differenti tensioni

Più domande iniziali è meglio

I progettisti che si pongono inizialmente diverse tipologie di questioni tecniche e applicative non avranno problemi circa i tipi di alimentazione da implementare. Un’attenta analisi, infatti, implica lo studio di tutte le possibili casistiche cui il sistema finale dovrà operare. A grandi linee, le domande a cui rispondere saranno simili alle seguenti:

  • è necessario un isolamento galvanico? RECOM distribuisce diverse tipologie di prodotti suddivisi proprio per tale aspetto molto importante;
  • quale tensione di uscita e quante uscite sono necessarie? Devono essere singole o duali? Regolate o meno? Alcuni alimentatori a doppia uscita possono essere utilizzati come singola uscita lasciando il terminale comune scollegato. Ad esempio è possibile ottenere 24 V utilizzando le due uscite +/-12 V, eccetera;
  • quanta corrente deve erogare l’alimentatore? Essa è un parametro fondamentale che consente di determinare anche la potenza massima erogata (P=V*I). I convertitori sono progettati per funzionare a pieno carico. In altre parole si può utilizzare un dispositivo di una certa potenza senza la necessità di arrotondamenti per eccesso della stessa. Per esempio, se occorre una tensione di +/-15 V con corrente di 1 A si può usare tranquillamente il modello di alimentatore da 30 W;
  • quale tensione di ingresso è necessaria? Gli intervalli di tensione standard sono 3.3 V, 5 V, 9 V, 12 V, 15 V e 24 V. Gli intervalli con rapporto 2:1 sono 4.5 V ~ 9 V, 9 V ~ 18 V, 18 V ~ 36 V e 36 V~ 72 V: Gli intervalli con rapporto 4:1 sono 9 V ~ 36 V e 18 ~ 72 V;
  • quale tipologia di contenitore e quale pin-out deve avere l’alimentatore? Deve essere di tipo a foro passante o a montaggio superficiale?

Le risposte a queste domande preliminari consentono di ottenere una visione molto chiara di ciò che poi costituirà il cuore vero e proprio del sistema di alimentazione finale. Un sofisticato motore di ricerca aiuta l’utente finale fino alla scelta definitiva del modello adatto alle proprie esigenze.

Condizioni operative critiche

Le applicazioni automobilistiche sono quelle che operano in circostanze critiche poiché avvengono in regime di alta potenza, condizioni ambientali estreme e ampio ventaglio di casistiche. Che si tratti di soluzioni per piccoli mezzi di trasporto, per veicoli robusti o per sistemi di ricarica, le soluzioni devono prevedere l’utilizzo della migliore tecnologia possibile. Le soluzioni di RECOM prevedono alte densità di potenza (fino a 4 kW) con tensioni di alimentazione molto ampie e utilizzano il filtro EMI integrato. Risultano estremamente robuste dal punto di vista meccanico e hanno una ottima resistenza all’acqua. I convertitori per il settore automobilistico devono soddisfare i crescenti requisiti di alte prestazioni, in termini di potenza ed efficienza termica in tutti i sistemi elettronici dell’abitacolo. Tali dispositivi sono integrati e occupano meno spazio rispetto ad altre soluzioni simili, consentendo di ridurre i costi finali del sistema.

Moduli per la ricarica delle batterie

I veicoli elettrici sono la promessa per il futuro e con essi l’ambiente sarà meno inquinato. Per migliorare ulteriormente questo aspetto i relativi caricabatterie devono risultare il più efficienti ed economici possibile. A questo scopo RECOM fornisce una gamma di moduli AC/DC a bassa potenza, convertitori DC/DC e regolatori di commutazione che soddisfano i requisiti dell’applicazione di carica delle batterie. Per quanto riguarda i moduli di conversione AC/DC essi hanno un ingresso da 85 a 305 VAC per le connessioni linea-neutro in sistemi monofase 100/115/230/277/400/480 VAC o una connessione linea-linea in un sistema di 120 VAC. Essi possono operare in un’ampia gamma di temperature di esercizio da -40 a +85°C in ambienti difficili e sono ideali per le alimentazioni ausiliarie nei sistemi di carica e monitoraggio delle batterie. Queste serie sono conformi agli standard EMC senza filtri esterni e hanno un consumo ridotto, a vuoto e in standby. Una selezione dei prodotti RACxx è adatta per il collegamento diretto ai sistemi OVC III. Per connessioni line-to-line in sistemi 220/480 VAC risulta interessante il modulo convertitore RAC05-K/480 (vedi figura 2), completamente certificato che fornisce un’uscita isolata da 5 W a 5, 12 o 15 VDC da una tensione di alimentazione compresa tra 85 e 528 VAC. Le parti sono conformi EMC (Classe B) senza componenti esterni e l’intervallo di temperatura di esercizio è compreso tra -40 e +80°C.

Figura 2: la serie RAC05-K/480 dei convertitori AC/DC di RECOM

Per quanto riguarda, invece, la conversione in corrente continua, i circuiti nelle applicazioni di ricarica delle batterie spesso richiedono convertitori CC-CC per gestire linee ausiliarie e alimentazione isolata per le interfacce di comunicazione. I prodotti montati su scheda ad alta efficienza come la serie 40W RP40 e la serie 20W REC20 sono dotati di schermatura su sei lati in contenitori 2″x1″, ideali per fornire alimentazione ai circuiti di controllo nelle stazioni di ricarica e nei sistemi di gestione della batteria (vedi in figura 3). Per le applicazioni di gestione della batteria a basso consumo, è disponibile la serie RP08 da 8 watt con ingresso 4:1, che include parti con un intervallo di ingresso di 160 V ed è adatta per stringhe di batterie. Quando è richiesta una linea isolata da 5 V a bassa potenza o per fornire un’alimentazione a -5 V per circuiti analogici o per un’interfaccia isolata in un caricatore EV intelligente, sono adatti i convertitori della serie RFMM-0505 o RKE. Essi sono dotati di uscita 1 W, isolamento 4 kV e certificazioni di sicurezza. Ancora una volta è l’efficienza a far da padrona su tutti i prodotti RECOM.

Figura 3: la serie RP40Q-RUW dei convertitori DC/DC di RECOM

Sicurezza massima richiesta

In condizioni di carico pesante la potenza del sistema può anche raggiungere i 3 kW con un’efficienza del 95%. Dal momento che la massa comune dei circuiti è collegata direttamente al telaio del veicolo, è richiesto un isolamento galvanico tra le varie parti del convertitore e lo si ottiene utilizzando un trasformatore. Le frequenze di commutazione possono essere relativamente alte (ad esempio 100 kHz) per mantenere minime le sue dimensioni fisiche magnetiche.

Giovanni Di Maria
Appassionato fin da piccolo di elettronica, matematica e fai da te, Giovanni è programmatore, insegnante di informatica e matematica. Ama i numeri ed è sempre alla ricerca di grandi numeri primi. Giovanni è autore di un libro sulla programmazione del microcontrollore PIC 16F84 con mikroBasic. Giovanni è il titolare dell’azienda di elettronica e informatica ElektroSoft, si occupa di formazione, insegnamento e redazione di articoli tecnici a tempo pieno.