Analisi e design di un convertitore Buck isolato con trasformatori connessi in serie

This thesis presents a comprehensive analysis and design of an isolated buck converter with series-connected transformers, with a particular focus on the impact of transformer leakage inductance on the behavior of the topology. The theoretical framework explores the operation of the converter, providing insight into how leakage inductance influences the conversion ratio, performance and efficiency. Based on this analysis, a practical design example is developed by selecting a target output power and designing all active components and transformers. Special attention is paid to the transformer design, in order to achieve Zero Voltage Switching operation (ZVS) while also reducing the total leakage inductance of the two transformers. Finally, the thesis details the implementation of a prototype converter, driven in an open loop by a micro- controller, validating the theoretical and design onsiderations through experimental results. This work offers a structured approach to the design and realization of isolated buck converters, with implications for improving efficiency and performance in power electronics applications.

Questa tesi presenta un'analisi e una progettazione approfondita di un convertitore buck isolato con trasformatori collegati in serie, con particolare attenzione all'impatto dell'induttanza di dispersione dei trasformatori sul comportamento della topologia. Il quadro teorico esplora il funzionamento del convertitore, offrendo una visione di come l'induttanza di dispersione influenzi il rapporto di conversione, le prestazioni e l'efficienza. Sulla base di questa analisi, viene sviluppato un esempio pratico di progettazione selezionando una potenza di uscita target e dimensionando tutti i componenti attivi e i trasformatori. Particolare attenzione è dedicata alla progettazione dei trasformatori, al fine di ottenere un funzionamento a Zero Voltage Switching (ZVS) e al contempo ridurre l'induttanza di dispersione totale dei due trasformatori. Infine, la tesi descrive in dettaglio la realizzazione di un prototipo di convertitore, pilotato in anello aperto da un microcontrollore, convalidando le considerazioni teoriche e progettuali attraverso risultati sperimentali. Questo lavoro offre un approccio strutturato alla progettazione e realizzazione di convertitori buck isolati, con implicazioni per il miglioramento dell’efficienza e delle prestazioni nelle applicazioni di elettronica di potenza.