Lo scopo del corso è quello di fornire agli studenti gli strumenti per comprendere e analizzare le topologie circuitali utilizzate nei convertitori elettronici di potenza. In particolare verranno fornite le conoscenze di base dei principali dispositivi elettronici di potenza e la conoscenza avanzata dei circuiti elettronici per la conversione dell'energia per applicazioni industriali, commerciali e di trazione (raddrizzatori, convertitori DC-DC, inverter). Scelta e dimensionamento dei principali dispositivi attivi (diodi e interruttori), dimensionamento dei dissipatori, analisi del comportamento e cenni di progettazione dei convertitori di potenza.

Conoscenza e comprensione

Una volta completato con successo il modulo lo studente sarà in grado di:

·        Comprendere e applicare i principi dei convertitori elettronici di potenza;

·        Selezionare dispositivi elettronici di potenza idonei e analizzare la loro applicazione nei convertitori elettronici di potenza.

·        Analizzare e progettare convertitori elettronici di potenza standard;

·        Selezionare i dispositivi elettronici di potenza passivi e attivi in base a una specifica;

·        Progettare e valutare l'applicazione di convertitori elettronici di potenza nella conversione dell'energia elettrica.

Applicare conoscenza e comprensione

Gli studenti saranno in grado di risolvere problemi pratici di progettazione e produrre relazioni tecniche.

Esprimere giudizi

Capacità di valutare adeguatamente le prestazioni, le sollecitazioni elettriche e termiche di varie topologie di convertitori di potenza.

Abilità comunicative

Capacità di confrontarsi con interlocutori specialisti, sia sulle problematiche legate al convertitore di potenza che sulle possibili soluzioni da intraprendere.

Capacità di apprendimento

Una volta completato con successo il modulo lo studente sarà in grado di:

·        Analizzare e progettare convertitori elettronici di potenza standard;

·        Selezionare i dispositivi elettronici di potenza passivi e attivi in base a una specifica;

·        Progettare e valutare l'applicazione di convertitori elettronici di potenza nella conversione dell'energia elettrica.

Lezioni frontali in aula sui principali argomenti del corso. Esercitazioni numeriche su argomenti accessori mediante l'utilizzo del personal computer e di pacchetti software dedicati. Parte del corso sarà dedicata a sessioni di laboratorio, in cui gli studenti apprenderanno, verificheranno e rafforzeranno i concetti delle lezioni eseguendo esperimenti sui convertitori di potenza a commutazione. L'esame prevede la valutazione positiva di un project work assegnato in PSIM con relazione e presentazione, seguita da una prova orale. L'esame offre allo studente l'opportunità di dimostrare la propria comprensione del materiale del corso, mentre il lavoro di progetto consente agli studenti di dimostrare di essere in grado di applicare questa comprensione e le proprie capacità analitiche per trovare soluzioni.
Qualora la didattica venga svolta in modalità mista o a distanza, potrebbe essere necessario introdurre modifiche rispetto a quanto affermato in precedenza, in linea con il programma previsto e delineato nel programma.

Una conoscenza di base dell'analisi dei circuiti elettrici e della teoria del controllo è un prerequisito presupposto per questo corso.

La frequenza alle lezioni è altamente raccomandata.

Introduzione all'elettronica di potenza. Classificazione dei convertitori. Semiconduttori. Dispositivi a stato solido per convertitori statici di potenza (diodo, BJT, MOSFET, IGBT, tiristori, GTO). Caratteristiche statiche e comportamento di commutazione. Comportamento termico. Collegamento multiplo di dispositivi di potenza. Circuiti di pilotaggio e circuito di protezione. Convertitori statici. Convertitori unidirezionali e bidirezionali. Metodi di analisi dei convertitori. Principali famiglie di convertitori statici per conversione elettrica e per applicazioni ai sistemi elettrici. Convertitori monostadio e multistadio. Cenni sui convertitori risonanti. Induttori e trasformatori. Materiali magnetici e ferriti, perdite di potenza. Avvolgimenti in rame, perdite di potenza dovute sia ad effetti skin che a prossimità. Calcolo della temperatura stazionaria. Esempi di applicazioni di convertitori di potenza: elettrodomestici, industriale, automobilistico, reti elettriche e trasmissione ad alta tensione. Convertitori di frequenza di linea con 12 impulsi. Controllo di convertitori HVDC.

1) Ned Mohan, Tore M. Undeland. William P. Robbins, "Power Electronics: Converters, Applications, and Design". 3rd Edition, John Wiley & Sons, Inc., New York, November 2002.

2) Ned Mohan, Tore M. Undeland. William P. Robbins, “Elettronica di potenza: Convertitori e applicazioni”. Edizione italiana di Power Electronics 3rd Edition, Editore Hoepli, Milano, febbraio 2005.

3) Daniel W. Hart, “Power Electronics”, McGraw-Hill Education, January 2010. 

4) Notes of the lectures published in Studium website.

L'esame prevede la valutazione positiva di un project work assegnato in un simulatore commerciale come PSIM, ORCAD, Matlab, Simetrix, con relazione e presentazione, seguita da una prova orale.

La verifica dell'apprendimento può essere effettuata anche on-line, qualora le condizioni lo richiedano.

Per garantire pari opportunità e nel rispetto della normativa vigente, gli studenti interessati possono richiedere un colloquio personale al fine di programmare eventuali misure compensative e/o dispensative in base agli obiettivi formativi e alle specifiche esigenze. Gli studenti possono inoltre rivolgersi al docente referente del CInAP (Centro per l'integrazione Attiva e Partecipata - Servizi per le Disabilità e/o i DSA) interno al proprio dipartimento.

- Raddrizzatori monofase: effetto dell'induttanza di ingresso nel caso in cui il carico venga approssimato con un generatore di corrente

- Convertitore buck: funzionamento in modalità continua, discontinua e "di transizione".

- PWM con commutazione di tensione unipolare in un inverter

- Effetto tempo morto

- Convertitore flyback

- Commutazione del diodo di pinza in un circuito a carico induttivo

- Meccanismi di guasto nel BJT

- Perdite in conduzione delle strutture VD-MOSFET e U-MOSFET

- Latchup statico e dinamico nell'IGBT