Insegnamento POWER ELECTRONICS

Nome del corso di laurea	Ingegneria elettronica
Codice insegnamento	A005871
Curriculum	Industrial electronics
Docente responsabile	Valentina Palazzi
Docenti	Valentina Palazzi
Ore	72 Ore - Valentina Palazzi
CFU	9
Regolamento	Coorte 2025
Erogato	Erogato nel 2025/26
Erogato altro regolamento
Attività	Caratterizzante
Ambito	Ingegneria elettronica
Settore	ING-INF/01
Anno	1
Periodo	Primo Semestre
Tipo insegnamento	Obbligatorio (Required)
Tipo attività	Attività formativa monodisciplinare
Lingua insegnamento	ITALIANO
Contenuti	L’insegnamento tratta i principi di funzionamento e le basi progettuali dei circuiti elettronici di potenza. Viene illustrata l’applicazione di tali circuiti in sistemi complessi. Dopo un’introduzione dedicata ai dispositivi di potenza (SCR, FET GaN, IGBT) sono descritti i circuiti di conversione dell’energia elettrica tra le sue due forme, nello specifico corrente alternata (AC) e corrente continua (DC): tale percorso costituisce il “fil rouge” dell’insegnamento. In particolare sono presentati i seguenti circuiti di conversione: da AC a DC (rettificatori), da DC a DC (regolatori lineari e regolatori switching) e da AC ad AC (inverter e amplificatori di potenza). I metodi d’insegnamento si basano su: modelli teorici, equazioni di base, tecniche di progettazione ed esempi al CAD.
Testi di riferimento	Daniel W. Hart, Power Electronics, McGraw Hill, 1st Edition, 2013. N. Mohan, T. M. Undelabd, W. P. Robbins, Power Electronics, Converters, Applications and Design, 3rd edition, Wiley, 2002. John G. Kassakian, et al, Principles of Power Electronics, 2nd Edition, Cambridge University Press, 2023.
Obiettivi formativi	In questo insegnamento vengono presentati i concetti fondamentali dell'elettronica di potenza quali: dispositivi di potenza, rettificatori e rettificatori controllati, moltiplicatori di tensione, regolatori lineari, regolatori switching, inverter e amplificatori di potenza. Tutti gli argomenti sono trattati partendo dalla fisica e dalla teoria dei circuiti, con i seguenti obiettivi: conoscere i modelli teorici di base di dispositivi e circuiti di potenza, apprendere le tecniche di analisi circuitale e i metodi di progettazione. CONOSCENZE 1) Conoscere le specifiche principali e i modelli di base di dispositivi di potenza (diodi e transistor) e apparati di dissipazione del calore 2) Conoscere le principali architetture dei circuiti di potenza. 3) Conoscere le tecniche di controllo e regolazione dei sistemi di potenza; sviluppare una visione d’insieme della materia. ABILITA’ a) Saper identificare le specifiche e i vincoli di progetto che determinano il dimensionamento dei circuiti elettronici di potenza. b) Saper analizzare e progettare i principali building-block circuitali impiegati nei sistemi di conversione dell'energia elettrica. c) Consolidare le abilità relative all'impiego dei software di simulazione circuitale, e saperli applicare a progetti realistici (CAD).
Prerequisiti	Per comprendere e saper applicare le tecniche descritte nell'insegnamento è necessario aver sostenuto gli esami di elettronica della laurea triennale. Alcuni argomenti del programma richiedono la conoscenza delle serie e delle trasformate di Fourier e di Laplace, nonché abilità di analisi matematica. Tali prerequisiti sono indispensabili per lo studente che voglia seguire l'insegnamento con profitto. Gli studenti autovalutano i prerequisiti mediante un test su unistudium. I docenti consigliano attività di ripasso personalizzate sulla base degli esiti del test.
Metodi didattici	L'insegnamento si basa sui metodi didattici seguenti: 1) lezioni frontali (principi fisici, modelli teoria e metodi di progetto); 2) esercitazioni CAD (gli studenti otterranno una licenza annuale gratuita del software Keysight ADS da installare sui loro dispositivi; i docenti effettueranno sessioni CAD live, affrontando gli aspetti principali legati alla simulazione e alla progettazione di circuiti di potenza)
Altre informazioni	La frequenza delle lezioni è raccomandata. Sede: Dipartimento d'Ingegneria, via G. Duranti 93, Perugia. Aule delle lezioni in accordo con l’orario del corso di studi. Ricevimento: mediante piattaforma Teams, previo appuntamento (email agli indirizzi istituzionali dei docenti).
Modalità di verifica dell'apprendimento	L'esame prevede una prova orale o l'esposizione di un elaborato tecnico e una prova orale ridotta. La prova orale è una discussione di circa 30 minuti finalizzata ad accertare il livello di conoscenza e di comprensione raggiunto dallo studente relativamente ai contenuti teorici, metodologici e applicativi del programma. Saranno anche valutatela le capacità di comunicazione e la proprietà di linguaggio dell'allievo. Nello specifico l’orale consiste in 3 domande e nei conseguenti approfondimenti. L'esposizione dell'elaborato tecnico si basa sulla discussione di un caso di studio proposto dal docente e tipicamente relativo alla progettazione di circuiti elettronici di potenza mediante CAD. L'elaborato tecnico può essere svolto singolarmente o in gruppi e sconta parte della prova orale (2 domande su 3). La discussione può avvalersi di una presentazione mediante slides (circa 10) e prevede la richiesta di approfondimenti teorici e chiarimenti di dettaglio da parte dei membri della commissione. Durante tale prova verranno valutate le conoscenze tecniche e la comprensione della materia da parte dell'allievo, nonché la capacità di applicare le competenze acquisite, di sviluppare soluzioni originali, la proprietà di linguaggio e di sintesi.
Programma esteso	1) DISPOSITIVI DI POTENZA. Diodi e transistor come interruttori; elementi parassiti: capacità off, resistenza on, induttanza package. Diodi controllati (SCR e TRIAC), regioni di funzionamento, modelli elementari, metodi di attuazione. FET GaN, specificità, regioni di funzionamento, modelli elementari. IGBT, specificità, regioni di funzionamento, modelli elementari. Maximum ratings, thermal budget, dissipatori. Retta (curva) di carico statica e dinamica. Relazione tra tensione di breakdown e frequenza di cut-off. 2) CONVERSIONE AC-DC. Rettificatori monofase e trifase. Rettificatori a singola e doppia semionda con carico resistivo, RL e RC. Rettificatori controllati con SCR e TRIAC. Moltiplicatori di tensione. 3) CONVERSIONE DC-DC. Regolatori lineari: regolatori serie, esempi. Regolatori switching: buck, boost, buck-boost, Cuk; modelli e criteri di progetto; esempi. Regolatori isolati: Flyback converter, Forward Converter, Push-Pull, correttore di power factor. Driver MOS di potenza per regolatori switching: low-side e high-side. Architetture di controllo, current sense, stabilità e relazione con il duty cycle. 4) CONVERSIONE DC-AC. Inverter e amplificatori di potenza. Architetture base degli inverter: oscillatori e trasformatori, H-bridges e PWM. Architetture di base degli amplificatori di potenza: full-wave, controllo armoniche e ampiezza, inverter pulse-width modulated. Amplificatori con transistor impiegati come interruttori: classi D, E, F. Criteri di progetto: limiti del dispositivo, curva di carico dinamica, terminazione armonica, impedenza di carico ottima. 5) ESERCITAZIONI CAD. Impiego del simulatore ADS per modellare i circuiti di potenza.