Congurazione delle uscite

In base allo studio sui carichi induttivi e sulle soluzioni già esistenti sul mercato, si è visto quali siano le possibili congurazioni per i driver e su come queste dipendano dall'oggetto da pilotare. Le diverse topologie adottabili si possono riassumere nelle seguenti:

1. Single Low-side

Si fa uso di un unico driver, posto tra il carico e la massa. Permette di pilotare relè e solenoidi e solitamente trova utilizzo nelle applicazioni per powertrain loads1_{. Il principale vantaggio oerto consiste nella facilità di}

controllo, ma il carico è soggetto al rischio di corto circuito a massa. 2. Single High-side

Si fa uso di un unico driver, posto tra il carico e l'alimentazione. Permette di pilotare relè e solenoidi e solitamente trova utilizzo nelle applicazioni per body loads. Il principale vantaggio oerto consiste nella protezione dai corti a massa, a cui si contrappone però una minore semplicità nel pilotaggio. 3. Half-Bridge

L'utilizzo contemporaneo di due driver permette una maggiore essibilità rispetto ai casi single side, in quanto si può decidere di operare sia da LS che da HS senza dover ricongurare ogni volta tutto il sistema. La congu- razione half-bridge si può ritrovare in due forme, una in cui il carico è posto tra i due driver, e una - simile alla struttura dell'amplicatore in classe B push-pull - in cui il carico è posto tra i due driver e una tra la massa e la batteria. Sicuramente la seconda scelta è quella meno essibile per cui, par- lando di half-bridge, ci riferiremo alla prima. Questa viene denita anche `totem-pole' conguration ed è ormai una delle topologie più diuse nell'elet- tronica di potenza (soprattutto nei convertitori e nei sistemi di controllo del movimento).

4. Full-Bridge

E' il classico ponte H, utilizzato per il controllo dei motori sia nella ap- plicazioni body che powertrain. Ore la possibilità di controllo più ampia in quanto permette sia la diminuzione dei consumi che il pilotaggio bidi- rezionale. Sono necessari 4 driver e permette di adottare strategie di con- trollo della corrente di ricircolo senza l'utilizzo di diodi esterni. È però nec-

1_{In un veicolo a motore, il termine powertrain si riferisce a tutti quei componenti che generano}

essario porre particolare attenzione alle tempistiche di accensione dei driver in maniera da non accenderne due delle stesso lato contemporaneamente. 5. Threephase

Si utilizzano 3 canali per il pilotaggio dei motori trifase. Le accortezze e i vantaggi di cui tenere conto sono gli stessi del ponte H, solo che la presenza di un ulteriore canale aumenta il livello di complicazione, soprattutto per quanto riguarda la sincronizzazione dei diversi driver.

1. 2. 3. 4. 5.

Figura 4.2.2: Possibili congurazioni topologiche

In base a questa prima classicazione si raggiunge la prima scelta progettuale, cioè il numero dei canali. Poiché tre canali sarebbe il numero minimo per poter coprire tutte le applicazioni di nostro interesse, questo sarebbe anche il numero suciente. Tuttavia preferiamo aggiungere un canale in maniera da aumentare ulteriormente la essibilità del sistema. In questa maniera, con uno sforzo minimo in termini di progettazione (si tratta di replicare un canale uguale a quelli già esistenti) si ha la possibilità di gestire no a due H-Bridge contemporaneamente. Questa scelta permette inoltre di avere la possibilità di aggiungere un'ulteriore applicazione a quelle cui si è già accennato, cioè il pilotaggio dei motori stepper per i quali, come si è visto nella parte introduttiva, è necessario utilizzare un doppio ponte H. Nonostante in questa versione del sistema non venga realizzata una modalità di funzionamento apposita, scegliendo di progettare il sistema con due full-bridges si lascia aperta sia la possibilità di evolvere il progetto in futuro con una applicazione dedicata, sia la possibilità di utilizzare il microcontrollore per il controllo degli stepper. Si opta quindi per la realizzazione di 4 canali uguali tra loro (modular paradigma), formati ciascuno da un low-side driver e un high-side driver, per un totale di 8 MOS.

L'altro aspetto di cui tenere conto per la congurazione dei canali è la scelta del driver: MOS di potenza integrato oppure sistema composto da pre-driver integrato

+ MOS esterno. La seconda opzione è quella che viene incontro al nostro obiettivo principe, realizzare cioè un dispositivo che sia il più essibile possibile. Come si evince anche dalla tabella 4.2.1 di ON Semiconductor [13], una congurazione pre- driver + MOS riesce a coprire tutto lo spettro dei carichi in circolazione. Questa permette inoltre all'utilizzatore nale di scegliere il proprio driver esterno in base alle proprie necessità di corrente e velocità. Più avanti viene fatto anche un accen- no alle prestazioni di alcuni MOS di potenza e sul come queste inuiscano sulle performance del sistema. Non va sottovalutato inoltre il fatto che la scelta di las- ciare esterno lo stadio di potenza contribuisca alla riduzione del costo e dell'area del nostro dispositivo.

Percent of loads

65% 31% 4%

Hybrid (Multi die package)

Occasionally Motor Drivers>10A High Penetration Ease of Use MOSFET Integrated Standard Smart Standard Smart Standard Smart Highly integrated Drivers Predrivers + MOSFETs Some drivers Predrivers + MOSFETs Predrivers + MOSFETs 0A 5A 20A Load Current

Tabella 4.2.1: Spettro dei carichi e dei driver