Obiettivi Formativi

Conoscere le configurazioni e le caratteristiche di funzionamento dei convertitori statici di potenza, le modalità di controllo della conversione dell’energia elettrica, nonché le caratteristiche funzionali ed operative dei dispositivi di potenza a semiconduttore. Capacità di progettare convertitori statici di potenza in funzione delle specifiche applicazioni, con particolare attenzione ai campi dell’alimentazione di sistemi elettronici, degli azionamenti elettrici e della generazione distribuita da fonti rinnovabili.

Learning Goals

Knowledge of switching power converter configurations, operating characteristics and power control issues, as well as of the functional and operational characteristics of semiconductor power devices. Ability to design switching power converters for specific applications, with particular emphasis to the fields of power suppliers for electronic instruments, electrical drives and distributed generation from renewable sources.

Metodi didattici

Lezioni frontali Esperienze di laboratorio

Teaching Methods

Lectures Laboratory works

Prerequisiti

Elettrotecnica, Elettronica, Controlli automatici.

Prerequisites

Electrical Engineering, Electronics, Automatic controls.

Verifiche dell'apprendimento

Esame scritto ed orale

Assessment

Written and oral examination

Programma del Corso

Introduzione (Teoria: 2h) Elettronica di potenza ed elettronica lineare. Obiettivi e applicazioni. Classificazione dei sistemi di conversione di potenza e dei convertitori. Convertitori DC/DC senza isolamento (Teoria: 10h - Esercitazione: 4h) Classificazione. Modulazione P.W.M.. Convertitore Buck, modalità di conduzione continua, confine tra conduzione continua e discontinua, modalità di conduzione discontinua. Convertitore Boost, modalità di conduzione continua, confine tra conduzione continua e discontinua, modalità di conduzione discontinua. Convertitore Buck-Boost, modalità di conduzione continua, confine tra conduzione continua e discontinua, modalità di conduzione discontinua. Controllo degli alimentatori switching: linearizzazione dello stadio di potenza con filtro di uscita, con metodo state space averaging. Controllo feed forward PWM della tensione. Controllo in corrente. Convertitore dc-dc di tipo Cuk, SEPIC e Zeta. Convertitori DC/DC con trasformatore di isolamento (Teoria: 6h - Esercitazione: 2h) Trasformatori HF. Convertitore Forward . Convertitore Push-Pull. Convertitori Half-Bridge . Convertitori Full Bridge. Convertitore dc-dc a corrente impressa. Convertitore Flyback. Convertitori AC/DC (Teoria: 4h - Esercitazione: 2h) Raddrizzatori a diodi. Concetti fondamentali sui raddrizzatori. Raddrizzatore monofase a ponte di diodi, circuiti ideale con Ls=0, effetti di Ls sulla commutazione della corrente. Raddrizzatore trifase a ponte a diodi. Raddrizzatore con tiristori e loro controllo. Raddrizzatore monofase, circuito ideale con Ls=0, effetti prodotti da Ls. Raddrizzatore Trifase con controllo di fase. Convertitori DC/AC (Teoria: 8h - Esercitazione: 2h) Introduzione. Concetti fondamentali sugli inverter. Inverter monofase, inverter a mezzo ponte, inverter a ponte, PWM con tensione bipolare, PWM con tensione unipolare, funzionamento a onda quadra, controllo mediante cancellazione della tensione. Inverter trifase, PWM in un inverter a tensione impressa, modulazione in zona lineare, sovramodulazione, funzionamento a onda quadra. Effetti del tempo morto sulla tensione negli inverter PWM. Commutazione con eliminazione programmata delle armoniche. Modulazione con regolazione della corrente. Convertitori Risonanti (Teoria: 2h) Convertitori con risonanza lato carico. Convertitori con risonanza relativa all’interruttore. Convertitori con risonanza lato dc. Dispositivi Elettronici di potenza. (Teoria: 4h – Esercitazione 2h) Diodi, Tiristori, Transistor bipolari, PowerMOSFET, IGBT.

Course Syllabus

Introduction (Theory: 2 hrs) Power Electronics versus Linear Electronics. Scope and applications.Classifications of power processors and converters. DC-DC converters without electrical isolation (Theory: 10h - Practice: 4h) Classification. P.W.M. modulation. Step down (Buck) converter, continuous conduction mode, boundary between continuous and discontinuous conduction, discontinuous conduction mode. Step up (Boost) converter, continuous conduction mode, boundary between continuous and discontinuous conduction, discontinuous conduction mode. Buck-Boost converter, continuous conduction mode, boundary between continuous and discontinuous conduction, discontinuous conduction mode. Control of dc –dc converter: linearization of the power stage including the output filter using state space averaging. Voltage feed forward PWM control. Current mode control. Cuk dc-dc converter. SEPIC dc-dc converter. Zeta dc-dc converter. DC-DC converters with electrical isolation (Theory: 6h - Practice: 2h) HF transformer. Forward converter. Push-Pull converter. Half-Bridge converter. Full Bridge converter. Current source dc-dc converters. Flyback converter. AC/DC converters (Theory: 4h - Practice: 2h) Diode rectifier. Basic rectifier concepts. Single phase diode bridge rectifiers, ideal circuit with Ls=0, effect of Ls on current commutation. Three phase full bridge rectifiers. Thyristor rectifier and their control. Single phase converters, ideal circuit with Ls=0, effect of Ls. Three phase thyristor converters. Switch mode dc-ac inverters (Theory: 8h - Practice: 2h) Introduction. Basic concepts of switch mode inverters. Single phase inverters, half bridge inverters, full bridge inverters, PWM with bipolar voltage switching, PWM with unipolar voltage switching, square wave operation, output control by voltage cancellation. Three phase inverters, PWM in three phase voltage source inverters, linear modulation, overmodulation, square wave modulation in three phase inverters. Effect of blanking time on voltage in PWM inverters. Programmed harmonic elimination switching. Current regulated modulation. Resonant converters (Theory: 2h) Load resonant converters. Resonant switch converters. Resonant dc link. Power semiconductor switches. (Theory: 4h – Practice 2h) Diodes, Thyristors, Bipolar junction Transistors, PowerMOSFET, IGBT.