Elettronica di Potenza e Controllo (310II) – Primavera 2016

Docenti: Giuseppe Iannaccone, Paolo Emilio Bagnoli

Prerequisiti: Elettrotecnica, Dispositivi Elettronici, Elettronica

Obiettivi: Il corso ha lo scopo di fornire allo studente i principali concetti dell’elettronica di potenza e di controllo.

Link veloci:

Link relativi al corso degli anni precedenti

Programma 2016

Introduzione (G. Iannaccone – P.E. Bagnoli)

Introduzione all’elettronica di potenza, commutazione e commutatori, modello dell’interruttore e dissipazione di potenza. Struttura del corso.

  • Sezioni da studiare sul libro di testo Rif. [1]: Cap 1, sezioni 1.1, 1.2, 1.3.
  • Lez. Iannaccone [video]

Dispositivi e tecnologie per l’elettronica di potenza (G. Iannaccone)

Caratteristiche distintive dei dispositivi di potenza e funzionamento semplificato. Funzionamento in dettaglio di diodo di potenza, transistore bipolare di potenza, MOSFET di potenza, tiristore, GTO, IGBT, MCT. Semiconduttori alternativi per dispositivi di potenza (nitruro di gallio e carburo di silicio). Processi tecnologici per circuiti integrati di potenza.

Sezioni da studiare sul libro di testo (Rif. [1]): Cap 2, tutte le sezioni da 2.1 a 2.10. Cap. 20: Sezioni: 20.1, 20.2, 20.3, 20.4 tutto tranne i calcoli dalla eq. (20-14) alla (20-16), 20.5 tutto tranne la sez. 20.5.4, 20.6. Cap 21: Sezioni 21.1, 21.2, 21.3, 21.4, 21.5, 21.6, 21.7, 21.8, 21.9. Cap 22: Sezioni 22.1, 22.2, 22.3, 22.4, 22.5, 22.6 parte (22.6.1, 22.6.2, 22.6.3, 22.6.5). Cap 23: Sezioni 23.1, 23.2, 23.3, 23.4, 23.5, 23.6. Cap 24: Sezioni 24.1, 24.2, 24.3, 24.4. Cap 25: Sezioni 25.1, 25.2, 25.3, 25.4, 25.5, 25.6, 25.7. Cap 26: Sezioni 26.1, 26.5, 26.6, 26.7.

Convertitori DC-DC a componenti discreti e integrati (G. Iannaccone)

Convertitore DC-DC. Convertitore step down, step up, buck-buck, Cuk. Circuiti integrati per la gestione della potenza. Convertitori con switched cap. Alimentatori.

  • Sezioni da studiare sul libro di testo: Cap. 7 – tutto (Rif. [1]) + lucidi del corso sui convertitori senza induttanza.
  • Note sui convertitori DC-DC (lezioni 2016) [pdf]
  • Convertitori DC-DC con induttanze di tipo Buck e Boost [video corso 2015 parte 1][video corso 2015 parte 2]
  • Convertitori DC-DC con induttanze di tipo Cuk e Full Bridge [video corso 2015]
  • Convertitori DC-DC a condensatori commutati [video]

Il problema termico in elettronica di potenza (P. E. Bagnoli)

Grandezze termiche, resistenza termica del package, resistenze termiche di contatto. Misura della resistenza termica statica e dinamica. Rete di Cauer. Misura della resistenza termica con risoluzione spaziale (metodo TRAIT). Simulatore termica dei dispositivi in regime stazionario. Simulatori a elementi finiti e simulatore DJOSER.

Materiale di studio: appunti Prof. Bagnoli

Convertitori di potenza (P. E. Bagnoli)

Introduzione ai convertitori. Raddrizzatori a singola e a doppia semionda, raddrizzatori risonanti, trasformatori ad alta frequenza. Sistema trifase e raddrizzatori trifase. Raddrizzatori mono e trifase controllabili e applicazioni. Raddrizzatori con SCR. Inverter half e full bridge. Tecnica PWM. Inverter trifase. Inverter risonanti serie e parallelo.

Materiale di studio: appunti Prof. Bagnoli, Rif. [1]

Elettronica di Controllo (G. Iannaccone)

Raggiungibilità, controllabilità e osservabilità di un sistema. Forme canoniche. Controllori PID. Funzionamento di un motore DC e modello. Controllo di motore DC. Funzionamento di un motore sincrono e modello. Controllo di motore sincrono.

Materiale di studio: Appunti del docente, Lucidi su raggiungibilità, controllabilità, del corso Controlli Automatici – Prof. Melchiorri Univ. Bologna, Chapter 6, Control system Design, Carl Johan Astrom (su controllori PID), Rif. [1]: Cap. 13: 13.1, 13.2, 13.3, 13.4, 13.5, 13.6, 13.7, Cap: 15.1, 15.2, 15.3, 15.4.

Testi di riferimento

[1] N. Mohan, T. M. Undeland, W. P. Robbins, Power Electronics: Converters, Applications, and Design, third Edition, Wiley, 2002.
[2] N. Mohan, T. M. Undeland, W. P. Robbins, F. Castelli Dezza, Elettronica di Potenza. Convertitori e applicazioni, Hoepli, 2005 (è un sottinsieme del precedente, tradotto in italiano).

Modalità di svolgimento dell’esame

Prova orale in quattro domande, di cui due sulla parte di programma svolta dal Prof. Bagnoli, due sulla parte di programma svolta dal Prof. Iannaccone (alcuni esempi di domande sono qui). È richiesto per accedere all’esame lo svolgimento di un progetto concordato con il Prof. Bagnoli.