Tesi di dottorato

In questo lavoro sono stati vagliati gli effetti dell'uso della modulazione sigma delta nella conversione non lineare di potenza. Sono state definite le linee guida mediante le quali possono essere realizzati convertitori a commutazione digitali basati su tale modulazione. La tecnologia digitale sta diventando molto importante nell'elettronica di potenza, cosi come in passato lo è divenuta nell'elaborazione dei segnali, nelle telecomunicazioni ed in tanti altri settori. Le ragioni sono molteplici: ad esempio l'insensibilità del controllo a rumore e variazioni di temperatura, caratteristiche queste che in dispositivi spesso soggetti a forti sollecitazioni elettriche diventano molto importanti. L'abbattimento dei costi e dei tempi di produzione derivanti dall'uso di linguaggi di sintesi hardware ad alto livello, dal riuso di blocchi funzionali o dall'utilizzo di dispositivi programmabili, giocano anch'essi a favore della scelta del digitale. La modulazione a larghezza di impulso, tecnica ampiamente diffusa nel controllo analogico degli alimentatori a commutazione, è da sempre applicata per la sua semplicità.Oggi essa è divenuta una delle principali difficoltà nella realizzazione di controllori digitali. Soprattutto nei convertitori ad alta frequenza di commutazione, la sua struttura circuitale può diventare molto complessa e poco performante, nonchè le frequenze di clock molto alte, rendendo dunque il suo uso estremamente complesso. Altra problematica che caratterizza questa modulazione riguarda le interferenze elettromagnetiche generate dai convertitori che ne fanno uso. La modulazione sigma delta, utilizzata in sostituzione della precedente, sembrerebbe ridurre non solo i problemi di interferenza elettromagnetica,  ma anche la complessità hardware del controllore stesso. Grazie alla natura pseudocasuale del segnale modulato, le componenti armoniche vengono sparse su una banda più ampia, rendendo i valori di picco meno intensi rispetto a quelli generati dalla modulazione classica. Utilizzando tale modulazione inoltre, è possibile realizzare controllori più semplici in hardware e funzionanti con frequenze di clock notevolmente più basse. Una delle principali problematiche dell'usare la modulazione sigma delta nella conversione a commutazione, riguarda la dipendenza tra frequenza media di commutazione ed il duty cycle. Tale relazione può portare il dispositivo di conversione a lavorare fuori specifica o addirittura far divenire il convertitore instabile.
Questo problema, ove necessario può essere risolto applicando quella che in questo lavoro abbiamo chiamato modulazione sigma delta a coefficiente di sovracampionamento dinamico. Tale tecnica consiste nel cambiare opportunamente il coefficiente di sovracampionamento  del modulatore al fine di confinare la frequenza media di commutazione della cella di potenza dentro l'intervallo desiderato. Questa tecnica ben si adatta al controllo di convertitori monolitici, dove l'elevata frequenza di commutazione rende difficile la realizzazione hardware dei controllori digitali classici.Il coefficiente di sovracampionamento dinamico, insieme alla modulazione sigma delta sinusoidale è stata inoltre applicata al controllo dei convertitori DC-AC, riducendo le interferenze elettromagnetiche dovute all'uso della modulazione sinusoidale a larghezza di impulso e risolvendo i problemi della forte variazione della frequenza media di commutazione tipica dei controlli basati sulla modulazione sigma delta sinusoidale.