Controllo di tensione di un convertitore DC-DC Buck

Il presente elaborato sviluppa l’analisi, la modellistica e la progettazione del controllo in retroazione della tensione per un convertitore DC-DC di tipo Buck non ideale, operante in modalità di conduzione continua (CCM) Idealmente la tensione d’uscita del convertitore Buck dipende unicamente dal duty cycle e dalla tensione di ingresso, secondo la relazione V_out=dV_in. Nella realtà operativa, tuttavia, la presenza di elementi parassiti e di componenti con resistenze interne provoca delle cadute di tensione: la tensione d’uscita, dunque, dipende anche dalla corrente assorbita dal carico. L’obiettivo principale del lavoro è la realizzazione di un sistema di controllo ad anello chiuso in grado di stabilizzare e regolare la tensione d’uscita al valore di riferimento desiderato, garantendo robustezza rispetto a disturbi quali variazioni della tensione di alimentazione o del carico. La prima fase dell’elaborato riguarda la modellistica del convertitore: tramite le tecniche dello State-Space Averaging e della Small-Signal Analysis viene ricavata la funzione di trasferimento a piccolo segnale tra il duty cycle e la tensione d'uscita, di fondamentale importanza ai fini della valutazione della sua risposta in frequenza. Successivamente è analizzata la catena di controllo, composta da un modulatore PWM e da un amplificatore d’errore compensato di tipo 2, il quale è dimensionato mediante il metodo del fattore K affinché siano soddisfatti i requisiti di stabilità. Infine, è verificata l’efficacia del sistema di controllo progettato mediante simulazioni dinamiche in ambiente PLECS. I risultati dimostrano come la presenza dell’anello di controllo in retroazione permetta di compensare le non idealità del circuito, di seguire con prontezza le variazioni a gradino della tensione di riferimento e di rigettare efficacemente i disturbi provocati da variazioni improvvise del carico o della tensione di alimentazione, ripristinando rapidamente il valore di regime desiderato.