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. Sviluppare la 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. Favorire la capacità di esprimere giudizi autonomi sul corretto funzionamento e impiego dei convertitori elettronici di potenza e individuare il convertitore più adatto per una determinata applicazione in base alle specifiche richieste Utilizzare un linguaggio tecnico appropriato e sviluppare abilità di comunicazione utili a sostenere argomentazioni valide nella soluzione delle problematiche inerenti l’oggetto del corso. Acquisire la capacità di apprendere il funzionamento, le metodologie di analisi e i criteri di scelta progettuale di circuiti di conversione; applicare le conoscenze acquisite a contesti differenti da quelli discussi durante il corso

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. Develop the ability to design static power converters according to specific applications, with particular attention to the fields of power supply of electronic systems, electric drives and distributed generation from renewable sources. Promote the ability to express autonomous judgments on the correct operation and use of electronic power converters and identify the most suitable converter for a given application according to the required specifications Use appropriate technical language and develop communication skills useful to support valid arguments in solving the problems inherent in the subject of the course. Acquire the ability to learn the operation, the analysis methodologies and the design choice criteria of conversion circuits; apply the knowledge acquired in contexts different from those discussed during the course

Metodi didattici

Il corso, al fine di raggiungere gli obiettivi formativi previsti, si svolge prevalentemente attraverso lezioni frontali. Sono inoltre previste Esercitazioni in laboratorio, con lo scopo di stimolare l’approccio ai problemi con autonomia e senso critico. Tutte le attività sono svolte con supporto di slide delle lezioni.

Teaching Methods

The course, in order to achieve the expectedobjectives,mainly takes place through lectures. There are also practical based lessons in the laboratory, with the aim of stimulating the approach to problem solving with autonomy and a critical thinking. All activities are carried out with the support of lecture slides.

Prerequisiti

Fondamenti di Fisica, Elettrotecnica.

Prerequisites

Principles of Physics, Electrical Circuit theory.

Verifiche dell'apprendimento

La verifica dell’apprendimento è articolata su due prove scritte ed una prova orale. Essa ha lo scopo di verificare il livello di conoscenza e di comprensione dei contenuti del corso e di valutare l'autonomia di giudizio, la capacità di apprendimento, l'abilità comunicativa e proprietà di linguaggio scientifico acquisite dallo studente. La prima prova scritta comprende quesiti a risposta aperta e quesiti a risposta multipla, nei quali gli studenti sono chiamati ad illustrare i seguenti argomenti: Convertitori DC/DC. La seconda prova scritta comprende quesiti a risposta aperta e quesiti a risposta multipla, nei quali gli studenti sono chiamati ad illustrare i seguenti argomenti: Convertitori AC/DC, Convertitori DC/AC e i dispositivi elettronici di potenza. Con le stesse modalità della prova scritta, sono previste durante lo svolgimento del corso due prove in itinere, sulle parti di programma via via svolte. A ciascuna prova scritta si assegna una valutazione in trentesimi. La prova scritta è superata se entrambe le due prove di verifica hanno una valutazione pari o maggiore a 18/30. Inoltre, agli studenti viene assegnato un progetto, da elaborare in gruppo o individualmente, su cui viene stilata una relazione. Il superamento delle due prove scritte o delle due prove in itinere permette di accedere alla prova orale. Il colloquio orale è incentrato sugli argomenti trattati nel progetto. Gli studenti che non partecipano alle prove in itinere possono sostenere le prove scritte durante gli appelli previsti dal calendario degli esami. Il periodo di validità dell’esito delle prove scritte è di un anno accademico. Il voto finale è espresso in trentesimi e tiene conto della valutazione ottenuta nella prova scritta e nella prova orale relativa al progetto.

Assessment

The learning assessment is divided into two written exams and an oral exams. It has the purpose of verifying the level of knowledge and understanding of the course contents and to evaluate the autonomy of judgment, the learning ability, the communicative ability and properties of scientific language acquired by the student. The first written test includes open answer questions and multiple choice questions, in which students are asked to illustrate the following topics: DC/DC converters; The second written test includes openanswer questions and multiple-choice questions, in which the students are asked to illustrate the following topics: AC/DC converters, DC/AC converters and power electronic devices. In the same way as the written exams, two ongoing written tests are scheduled during the course, on the parts of the program that are progressively carried out. A score out of thirty is assigned to each test. The written test is passed if both the two written tests have a score not less than 18/30. In addition, students are assigned an individual or group project on which a report is drawn up. Passing the two written tests or the two ongoing written tests gives access to the oral exam. The oral exam focuses on the topics covered in the project. Students who do not take part in the ongoing written tests can take the written exam during the exam sessions scheduled. The validity period of the outcome of the written tests is one academic year.The final grade is expressed out of thirty and takes into account the evaluation obtained during the written exam, and during the oral exam on the project.

Programma del Corso

Introduzione. Elettronica di potenza ed elettronica lineare. Obiettivi e applicazioni. Classificazione dei sistemi di conversione di potenza e dei convertitori. - CONVERTITORI DC/DC: 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. Convertitori DC/DC con trasformatore di isolamento. Trasformatori HF. Convertitore Forward. Convertitore Push-Pull. Convertitori Half-Bridge. Convertitori Full Bridge. Convertitore dc-dc a corrente impressa. Convertitore Flyback. - CONVERTITORI AC/DC: 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: 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. 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. Modulazione con regolazione della corrente. - DISPOSITIVI ELETTRONICI DI POTENZA: Diodi, Tiristori, Transistor bipolari, Power MOSFET, IGBT.

Course Syllabus

Introduction. Power Electronics versus Linear Electronics. Scope and applications. Classifications of power processors and converters. - DC/DC CONVERTERS: 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. DC-DC converters with electrical isolation. HF transformer. Forward converter. Push-Pull converter. Half-Bridge converter. Full Bridge converter. Current source dc-dc converters. Flyback converter. - AC/DC CONVERTERS: 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. - DC/AC CONVERTERS: 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. 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. Current regulated modulation. - POWER ELECTRONIC DEVICES: Diodes, Thyristors, Bipolar junction Transistors, PowerMOSFET, IGBT.