In questo tutorial vedremo alcune simulazioni sui regolatori prodotti da Analog Devices. Il principale software elettronico utilizzato è LTspice che gestisce anche tali regolatori. E’ un software di simulazione SPICE ad alte prestazioni, acquisizione schematica e visualizzatore di forme d’onda con miglioramenti e modelli per facilitare la simulazione di circuiti analogici.

Modelli AD

LTspice consente agli utenti di utilizzare migliaia di modelli di dispositivi forniti con LTspice, nella libreria dei dispositivi. I codici di Analog Devices iniziano con “AD” e i codici di Linear Technology iniziano con “LT”. Nelle simulazioni che seguono utilizzeremo il convertitore LT3959 (vi sono anche altri regolatori). Gestisce un’ampia gamma di input, modalità corrente, controller DC/DC in grado di regolare tensioni di uscita positive o negative da un singolo pin di feedback. Può essere configurato come convertitore boost, SEPIC o invertente. E’ dotato di un MOSFET a canale N lato basso interno valutato per 6A a 40V e pilotato da un’alimentazione regolata interna fornita da VIN o DRIVE. La frequenza operativa dell’LT3959 può essere impostata su un intervallo da 100 kHz a 1 MHz con un resistore esterno o può essere sincronizzata con un clock esterno utilizzando il pin SYNC. Nella figura 1 possiamo vedere lo schema elettrico di una tipica applicazione.

Nello schema possiamo vedere i seguenti elementi, in base ai componenti utilizzati:

• Vin: 3,3 V;
• Uscita 12 V;
• Carico: 12 Ohm.

La prima simulazione (vedi figura 2) riguarda il grafico della tensione in ingresso (Vin colorato in giallo) e della tensione in uscita (Vout colorato in verde). La tensione di uscita raggiunge i 12 V dopo circa 4 mS.

Tensioni sui pin

E’ interessante eseguire una simulazione transitoria di 20 mS e osservare il segnale ai vari pin del convertitore LT3959 (vedi grafico in figura 3).

I seguenti segnali sono stati osservati nei vari punti del circuito:

• V(out) al pin Drive (segnale bianco);
• V(in) al pin Vin (segnale giallo);
• V(n006) al pin SS (segnale verde);
• V(n008) al pin Rt (segnale rosso);
• V(n009) al pin Vc (segnale ciano);
• V(n007) al pin FBX (segnale rosa).

Efficienza del circuito

Il calcolo dell’efficienza del circuito è sempre un punto cruciale ed estremamente importante, soprattutto per quanto riguarda alimentatori, regolatori e convertitori di potenza. Con le condizioni di funzionamento del circuito (Vin=3,3 V, Vout=12 V, Carico=12 Ohm, Iout=1 A), l’efficienza è intorno al 90,659%, calcolata con la formula:

La potenza dissipata dal circuito integrato è di soli 668 mW, calcolata con queste operazioni:

V(N009)*Ix(U1:Vc)+V(N007)*Ix(U1:FBX)+V(N006)*Ix(U1:SS)+V(N008)*Ix(U1:Rt)+V(N001)*Ix(U1:SW)+V (N004)*Ix(U1:Pgood)+V(N005)*Ix(U1:GNDK)+V(N003)*Ix(U1:INTVcc)+V(OUT)*Ix(U1:Drive)+V(IN)*Ix(U1:Vin) +V(N002)*Ix(U1:EN/UVLO)

Tensioni commutate

Esaminiamo il circuito dal punto di vista dinamico, in base alle tensioni di commutazione. Prima di tutto osserviamo il grafico prodotto sul pin SW del convertitore LT3959, in figura 4. Questo è il nodo elettrico posto sul pin SW dell’integrato e collegato all’anodo del diodo D1 e all’induttore L1. In questo caso sul pin SW troviamo impulsi rettangolari con una frequenza di circa 300 kHz e con un periodo di circa 3,3 uS.

Questo convertitore è molto interessante. Vediamo ora i segnali della simulazione di figura 5. Il pin PGOOD è un Pin Output Ready Status. Un pull down a collettore aperto su PGOOD asserisce quando INTVCC è maggiore di 2,7 V e la tensione FBX è entro il 5% (80 mV se VFBX=1,6 V o 40 mV se VFBX=–,8 V) della tensione di regolazione.

Corrente massima

In figura 6 possiamo osservare i grafici della tensione di uscita variando il carico. Come si vede, la tensione rimane stabile a 12 V con carichi di 9 Ohm, 10 Ohm, 11 Ohm e 12 Ohm corrispondenti, rispettivamente, a 1,3 A, 1,2 A, 1,09 A e 1 A di corrente. Per impedenze inferiori ovviamente la tensione si abbassa e mette sotto stress il circuito integrato.