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Alessandro CHINI

Professore Associato
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"

Insegnamento: Power Electronics

Electronics Engineering - Ingegneria Elettronica (D.M.270/04) (Offerta formativa 2022)

Obiettivi formativi

Fornire le conoscenze di base dei componenti, circuiti e sistemi elettronici di potenza

Prerequisiti

Principi di funzionamento e caratteristiche elettriche di diodo a giunzione, transistore bipolare (BJT) e transistore MOS (MOSFET).

Programma del corso

-Principi di funzionamento dei convertitori DC/DC (2.5CFU - 20h)
Convertitori Buck, Boost e Buck-Boost funzionanti in modalità continua e discontinua.
Realizzazione dello switch SPDT con dispositivi a semiconduttore, perdite di conduzione e modello tempo invariante
Modello equivalente del trasformatore, convertitore Flyback in modalità continua e discontinua.

-Caratteristiche dei dispositivi di potenza (2.5CFU - 20h)
Commutazione di transistor MOSFET.
Perdite di commutazione, di gate charge e capacità di uscita.
Principi di funzionamento dei gate driver low-side, high-side e isolati.
Struttura verticale del transistor MOS e figure di merito.
Commutazione di diodi PN e Schottky.
Principio di funzionamento del transistor IGBT.
Confronto fra dispositivi in Si, SiC e GaN per applicazioni di potenza.

-Convertitori AC/DC, risonanti e soft-switching (2CFU - 16h)
Conversione AC/DC: definizione di Power Factor, circuiti di correzione del Power Factor (PFC), convertitore PFC bridgeless.
Principio di funzionamento dei convertitori risonanti, approssimazione di prima armonica, convertitore LLC.
Convertitori soft-switching: analisi semplificata e dettagliata di un convertitore PSFB DC/DC, ruolo delle leading e lagging legs.

-Attività di laboratorio (2CFU - 16h)
Caratterizzazione di convertitori DC/DC e dispositivi di potenza.
Simulazione, progetto e testing di convertitori switching.

Metodi didattici

Lezioni di teoria utilizzando trasparenze e lavagna. Applicazione della teoria attraverso attività di laboratorio utilizzando sia strumenti CAD che schede di prototipazione.

Testi di riferimento

Appunti delle lezioni

N. Mohan, T.M. Undeland, W.P. Robbins, Power electronics: converters, applications, and design, 2nd edition

Erickson and Maksimovic, Fundamentals of Power Electronics, second edition

Verifica dell'apprendimento

Il metodo di verifica dell’apprendimento consiste in una prova scritta di un’ora e mezza composta da un esercizio numerico più due domande sugli argomenti del corso, più un eventuale attività di laboratorio/homework facoltativa.

La prova scritta si svolgerà durante gli appelli che saranno resi disponibili al termine dell’insegnamento mentre l’attività di laboratorio/homework si svolgerà durante l’insegnamento e dovrà portare alla stesura di una relazione da consegnare almeno due settimane prima dell’appello d’esame che si desidera sostenere.

Nel caso in cui uno studente svolga anche l’attività facoltativa (laboratorio/homework) essa potrà portare fino ad un incremento di tre punti sul voto conseguito durante la prova scritta.

Durante lo svolgimento della prova scritta è consentito solo l’utilizzo di calcolatrici e penna. Non si possono consultare libri di testo, appunti delle lezioni e/o altro materiale.

Risultati attesi

Conoscenze e capacità di comprensione:
tramite le lezioni in aula e le discussioni collegiali lo studente apprende i principi di funzionamento dei dispositivi e convertitori di potenza;
Tramite l'attività di laboratorio lo studente approfondisce le sue conoscenze tramite la realizzazione e l'analisi di circuiti convertitori su schede di prototipazione circuitale.

Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
tramite le discussioni in aula e la preparazione all'esame lo studente apprende ad applicare le conoscenze acquisite per la comprensione del funzionamento dei dispositivi elettronici di potenza, delle loro figure di merito, e di come le loro caratteristiche impattino l'efficienza di funzionamento dei convertitori di potenza.

Abilità comunicative:
tramite lo svolgimento delle relazioni di laboratorio e la preparazione all’esame lo studente sviluppa la capacità di esprimere i concetti appresi con linguaggio appropriato.

Capacità di apprendimento:
le attività descritte consentono allo studente di acquisire gli strumenti teorici e metodologici per provvedere autonomamente al proprio aggiornamento.