IT202000014635A1 - Sistema per trasferire potenza elettrica ad un carico elettrico - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del Brevetto Italiano per Invenzione Industriale dal titolo:

?SISTEMA PER TRASFERIRE POTENZA ELETTRICA

AD UN CARICO ELETTRICO?

Campo della tecnica

La presente invenzione riguarda un sistema per trasferire potenza elettrica ad un carico elettrico. Il carico elettrico pu? essere ad esempio un qualunque dispositivo elettrico o elettronico che debba essere alimentato elettricamente per consentirne il funzionamento e/o per caricare le batterie interne del dispositivo stesso. Classici esempi di questo tipo di dispositivi elettrici/elettronici includono, ma non sono limitati a, smartphone, computer, laptop, tablet, televisori, elettrodomestici, sistemi domotici, server e tanti altri dispositivi affini.

Tecnica nota

Una soluzione attualmente molto diffusa per trasferire potenza elettrica ad un carico elettrico ? quella di utilizzare un convertitore, ovvero un circuito elettrico configurato in modo da trasformare una tensione d?ingresso in un una tensione adatta ad alimentare il carico.

Ad esempio, sono noti convertitori AC/DC atti a trasformare una tensione alternata in una tensione continua, convertitori DC/AC atti a trasformare una tensione continua in una tensione alternata e anche convertitori DC/DC o AC/AC atti a trasformare una tensione continua/alternata in un?altra tensione continua/alternata ma avente caratteristiche differenti.

Per garantire maggiore sicurezza d?uso e robustezza, tutti questi convertitori possono essere realizzati secondo una configurazione isolata, ossia possono comprendere un circuito elettrico primario collegato alla tensione di ingresso ed un circuito elettrico secondario collegato al carico elettrico, i quali sono isolati galvanicamente tra loro.

Una strategia molto diffusa per isolare galvanicamente il circuito primario dal circuito secondario di un convertitore ? quella di utilizzare un accoppiamento di tipo induttivo.

Una tipica implementazione di questa strategia ? costituita dal convertitore AC/DC di tipo flyback, in cui l?isolamento galvanico ? ottenuto mediante un trasformatore che permette un accoppiamento elettromagnetico tra il circuito primario ed il circuito secondario.

Un altro esempio di questa strategia ? fornito dai sistemi di trasmissione wireless di potenza elettrica che utilizzano bobine induttive, di cui almeno una bobina di trasmissione posta nel circuito primario ed almeno una bobina di ricezione posta nel circuito secondario.

Quando le due bobine induttive vengono avvicinate l?una dell?altra, esse realizzano un accoppiamento elettromagnetico che garantisce il trasferimento di potenza elettrica tra i due circuiti.

Un?altra strategia per isolare galvanicamente il circuito primario dal circuito secondario di un convertitore ? quella di separarli mediante una coppia di capacit? di isolamento, le quali realizzano un accoppiamento capacitivo in grado di trasmettere la potenza elettrica.

I vantaggi dei convertitori isolati per via capacitiva sono molteplici ma si concretizzano principalmente nella possibilit? di ridurre molto gli ingombri, grazie all?eliminazione del trasformatore e alla possibilit? di incrementare le frequenze di funzionamento (raggiungendo ad esempio centinaia di kHz, MHz, decine di MHz o centinaia di MHz).

Un ulteriore vantaggio di questi convertitori isolati per via capacitiva ? nel fatto di poter raggiungere un?efficienza di funzionamento pi? alta, che rimane tipicamente stabile sia per carichi elettrici leggeri sia per carichi elettrici pesanti, anzich? una efficienza tendenzialmente bassa con dei picchi solo per certi intervalli determinati di carico, come avviene tipicamente nei convertitori isolatici mediante trasformatore.

A prescindere da queste considerazioni, in entrambe le categorie di convertitori isolati, sia quelli basati su accoppiamento induttivo sia quelli basati su accoppiamento capacitivo, il circuito primario si concretizza generalmente in un generatore di onde, ossia in un circuito elettrico di tipo switching in grado di eccitare gli elementi di trasmissione della potenza, ossia le induttanze o le capacit?, con un?onda di tensione ad alta frequenza.

In particolare, per tutte le tipologie di convertitori sopra delineati, ? generalmente vantaggioso incrementare il pi? possibile la frequenza dell?onda di tensione, in modo da rendere pi? compatti tutti i componenti e trasmettere maggiore potenza al carico elettrico.

Per questa ragione, specialmente nei convertitori con accoppiamento capacitivo, ma anche nei convertitori con accoppiamento induttivo, risulta utile utilizzare dei generatori di onde basati su schemi circuitali risonanti, ad esempio basati su circuiti in classe D risonanti, E, F, E/F, E<-1>, F<-1 >o simili.

Questa tipologia di circuiti consente infatti di ridurre drasticamente le perdite dinamiche nei componenti attivi (interruttori, ad esempio MOSFET), cos? come le emissioni elettromagnetiche (EMI), e di incrementare notevolmente la frequenza massima di funzionamento del circuito, a tutto vantaggio degli ingombri, del peso e dei costi.

Un esempio di circuito risonante, che viene utilizzato come generatore di onde in un convertitore isolato mediante accoppiamento capacitivo, ? illustrato nella domanda di brevetto internazionale WO2013150352.

Uno dei pochi inconvenienti di questa architettura ? rappresentata tuttavia dalla necessit? di porre una induttanza di choke di grande valore tra la tensione di alimentazione del circuito e l?interruttore attivo.

Questa induttanza di choke dovrebbe infatti avere un valore teoricamente infinito, al fine di comportarsi sostanzialmente da generatore di corrente, che si carica, durante l?intervallo di tempo in cui l?interruttore attivo ? acceso, e si scarica alimentando il circuito con una corrente grossomodo costante, durante l?intervallo di tempo in cui l?interruttore attivo ? spento.

Chiaramente nei circuiti reali l?induttanza di choke non ha un valore infinito ma comunque molto grande.

La presenza di questa grande induttanza di choke, attraverso la quale circolano le correnti utili ad alimentare il carico, incrementa notevolmente gli ingombri del circuito e, a causa dei fenomeni parassiti tipici delle induttanze reali, come ad esempio l?isteresi magnetica, le correnti parassite nei materiali magnetici, l?effetto pelle e l?effetto Joule, ne riduce sensibilmente l?efficienza.

Esposizione dell?invenzione

Alla luce di quanto sopra esposto, uno scopo della presente invenzione ? quello di fornire una soluzione che permetta di risolvere, o quantomeno di ridurre sensibilmente, i menzionati inconvenienti della tecnica nota.

Un altro scopo ? quello di raggiungere tale obiettivo nell?ambito di una soluzione semplice, razionale e dal costo il pi? possibile contenuto.

Questi ed altri scopi sono raggiunti dalle caratteristiche dell?invenzione riportate nella rivendicazione indipendente 1. Le rivendicazioni dipendenti delineano aspetti preferiti e/o particolarmente vantaggiosi dell?invenzione.

In particolare, una forma di attuazione della presente invenzione rende disponibile un sistema per il trasferimento di potenza elettrica ad un carico elettrico, comprendente:

- una sorgente di tensione elettrica continua, ed

- almeno un generatore di onde atto a convertire la tensione elettrica continua in onde di tensione da trasmettere al carico elettrico,

in cui detto generatore di onde comprende almeno:

- un interruttore attivo provvisto di due terminali di collegamento e atto ad essere comandato da un segnale elettrico di pilotaggio tra una condizione di saturazione, in cui consente il passaggio di corrente elettrica tra detti terminali di collegamento, ed una condizione di interdizione, in cui impedisce detto passaggio di corrente elettrica, ed

- un circuito risonante dimensionato per ridurre (preferibilmente annullare) la potenza elettrica applicata a detto interruttore attivo negli istanti in cui detto interruttore attivo commuta dalla condizione di saturazione alla condizione di interdizione e viceversa,

in cui detto circuito risonante comprende almeno:

- un nodo elettrico centrale al quale ? collegato un primo terminale di collegamento dell?interruttore attivo,

- un primo ramo elettrico estendentesi tra detto nodo elettrico centrale ed un primo terminale,

- un secondo ramo elettrico estendentesi tra detto nodo elettrico centrale ed il primo terminale oppure tra detto nodo elettrico centrale ed un ulteriore terminale collegato ad una tensione di riferimento,

- una induttanza di risonanza posta sul primo ramo elettrico, ed

- una capacit? di risonanza posta sul secondo ramo elettrico.

Grazie a questa soluzione, in corrispondenza del nodo elettrico centrale del circuito risonante, ? vantaggiosamente possibile ottenere una forma d?onda della tensione elettrica uguale, o comunque del tutto analoga, a quella ottenibile mediante un generatore di onde basato su una struttura circuitale risonante, dunque Zero Voltage o Zero Current Switching (ZVS o ZCS) ad esempio in classe E o similare.

Di conseguenza, il generatore di onde sopra proposto presenta il vantaggio di ridurre le perdite elettriche durante le fasi di commutazione dell?interruttore e di poter quindi aumentare le frequenze di funzionamento.

Rispetto ai generatori di onde tradizionali, il generatore di onde sopra proposto ha inoltre il notevole vantaggio di non richiedere ingombranti induttanze di choke, conseguendo una significativa riduzione delle dimensioni e dei costi del sistema, nonch? aumentandone l?efficienza.

A partire dallo schema di base sopra delineato, il generatore di onde pu? essere collegato al carico in svariati modi differenti.

Secondo una forma di attuazione dell?invenzione, il carico elettrico pu? essere collegato al primo o al secondo ramo elettrico del circuito risonante, in modo che detto primo o secondo ramo elettrico sia atto ad assorbire energia elettrica attiva in virt? del carico elettrico ad esso collegato.

In questo modo, ? infatti possibile ridurre il numero e le dimensioni dei componenti che costituiscono l?intero sistema, il quale pu? risultare pi? compatto ed economico.

Ad esempio, un aspetto di questa forma di attuazione prevede che il carico elettrico possa essere posto sul primo ramo elettrico del circuito risonante in serie con l?induttanza di risonanza.

Grazie a questa soluzione, ? possibile ottenere un sistema strutturalmente molto semplice.

Secondo una variante di questa soluzione, il carico elettrico potrebbe essere posto in un circuito secondario, il quale ? galvanicamente isolato dal primo ramo elettrico a cui ? magneticamente collegato mediante accoppiamento induttivo. In questo modo, si ottiene un sistema di tipo isolato che permette di aumentare la sicurezza d?uso e la robustezza.

L?accoppiamento induttivo pu? comprendere ad esempio l?induttanza di risonanza ed una induttanza di accoppiamento posta nel circuito secondario e atta ad accoppiarsi induttivamente con l?induttanza di risonanza.

Grazie a questa soluzione, l?induttanza di risonanza pu? svolgere la duplice funzione di risuonatore e di elemento trasmittente della potenza elettrica, risparmiando componenti e quindi semplificando il sistema.

Pi? nello specifico, l?accoppiamento induttivo pu? comprendere un trasformatore provvisto di un nucleo magnetico su cui ? avvolto un avvolgimento primario, che costituisce almeno parzialmente l?induttanza di risonanza, ed un avvolgimento secondario, che costituisce almeno parzialmente l?induttanza di accoppiamento.

In questo modo ? possibile garantire un accoppiamento induttivo particolarmente sicuro ed efficiente.

In alternativa, l?accoppiamento induttivo potrebbe comprendere una bobina di trasmissione wireless, che costituisce almeno parzialmente l?induttanza di risonanza, ed una bobina di ricezione wireless, che costituisce almeno parzialmente l?induttanza di accoppiamento.

In questo modo, si realizza un sistema di trasmissione wireless della potenza elettrica per via induttiva che consente, ad esempio, di installare il carico elettrico e la bobina di ricezione wireless in un dispositivo (es. smartphone, computer portatile o altro) che ? separato e mobile rispetto al dispositivo (es. base di ricarica) in cui ? installata la bobina di ricezione wireless ed il generatore di onde collegato alla sorgente di tensione continua.

Una variante della forma di attuazione in esame prevede che il carico elettrico possa essere posto sul secondo ramo elettrico del circuito risonante in serie con la capacit? di risonanza.

Anche questa soluzione permette infatti di ottenere un sistema strutturalmente molto semplice.

Ad esempio, il carico elettrico potrebbe essere posto in un circuito secondario, il quale ? galvanicamente isolato dal secondo ramo elettrico a cui ? elettricamente collegato mediante accoppiamento capacitivo.

In questo modo, si ottiene un sistema di tipo isolato che permette di aumentare la sicurezza d?uso e la robustezza.

Rispetto all?accoppiamento induttivo menzionato in precedenza, questo accoppiamento capacitivo ha inoltre il vantaggio di ridurre gli ingombri, di aumentare la efficienza e di permettere frequenze di funzionamento superiori.

L?accoppiamento capacitivo pu? comprendere ad esempio almeno una coppia di capacit? di isolamento, ciascuna delle quali costituisce almeno parzialmente la capacit? di risonanza.

In questo modo ? infatti vantaggiosamente possibile ottenere un sistema completamente isolato.

Le capacit? di isolamento possono essere costituite da capacit? discrete, ossia da componenti capacitivi inscindibili.

In alternativa, ciascuna di dette capacit? di isolamento potrebbe comprendere una armatura di trasmissione wireless ed una armatura di ricezione wireless atta ad affacciarsi a detta armatura di trasmissione wireless.

In questo modo si realizza un sistema di trasmissione wireless della potenza elettrica per via capacitiva che consente, ad esempio, di installare il carico elettrico e la armatura di ricezione wireless in un dispositivo (es. smartphone, computer portatile o altro) che ? separato e mobile rispetto al dispositivo (es. base di ricarica) in cui sono installate la armatura di trasmissione wireless ed il generatore di onde collegato alla sorgente di tensione continua.

Una forma di attuazione alternativa della presente invenzione prevede che il sistema possa comprendere un ramo elettrico di connessione estendentesi tra il nodo elettrico centrale ed il primo terminale oppure tra il nodo elettrico centrale ed un ulteriore terminale collegato ad una tensione di riferimento, e che il carico elettrico possa essere collegato a detto ramo elettrico di connessione, in modo che il ramo elettrico di connessione sia atto ad assorbire energia elettrica attiva in virt? del carico elettrico ad esso collegato.

Anche in questo modo ? infatti possibile trasmette efficacemente al carico elettrico l?onda di tensione generata dal generatore di onde, utilizzando sempre un numero ridotto di componenti.

Ad esempio, il carico elettrico pu? essere posto direttamente su detto ramo elettrico di connessione.

Grazie a questa soluzione ? possibile ottenere un sistema strutturalmente molto semplice.

Secondo una variante di questa soluzione, il carico elettrico potrebbe essere posto in un circuito secondario, il quale ? galvanicamente isolato dal ramo elettrico di connessione a cui ? elettricamente collegato mediante accoppiamento capacitivo o induttivo.

In questo modo, si ottiene infatti un sistema di tipo isolato che permette di aumentare la sicurezza d?uso e la robustezza.

Anche in questo caso, l?accoppiamento induttivo o capacitivo pu? essere realizzato mediante componenti inseparabili (es. trasformatore o capacit? discrete) o mediante componenti separabili (es. bobine o armature wireless), secondo le stesse modalit? delineate in precedenza.

Un diverso aspetto dell?invenzione prevede che il sistema possa comprendere almeno due o pi? dei generatori di onde sopra delineati, i quali sono configurati per trasmettere al carico elettrico onde di tensione sfasate tra loro, preferibilmente in controfase.

In questo modo, si ottiene un sistema multifase che permette di conseguire molteplici vantaggi, tra cui quello di incrementare la potenza trasmessa al carico elettrico a parit? di tensione di alimentazione, di ridurre il ripple di tensione sul carico elettrico e/o di migliorare il fattore di potenza del sistema.

Un altro aspetto dell?invenzione, applicabile a tutte le forme di attuazione delineate in precedenza e alla loro varianti, prevede che il sistema possa comprende un rettificatore atto a ricevere l?onda di tensione generata dal generatore di onde, a convertire detta onde di tensione in una tensione rettificata e ad applicare detta tensione rettificata al carico elettrico.

Grazie a questa soluzione il carico elettrico pu? essere alimentato con una tensione continua o assimilabile ad una tensione continua.

Secondo un altro aspetto dell?invenzione, la sorgente di tensione continua pu? comprende a sua volta un rettificatore atto a ricevere in ingresso una tensione alternata e a convertire detta tensione alternata nella tensione continua che alimenta il generatore di onde.

In questo modo il sistema diventa in pratica un convertitore AC/DC o AC/AC che pu? essere vantaggiosamente collegato ad una comune rete di distribuzione elettrica.

Non si esclude tuttavia che, in altre forme di attuazione, la sorgente di tensione continua possa comprende un generatore di tensione continua o una batteria. Un ulteriore aspetto dell?invenzione prevede che il circuito risonante del generatore di onde possa comprendere una capacit? di tank collegata in parallelo all?interruttore attivo.

La presenza di questa capacit? di tank permette di ridurre le perdite elettriche che si possono verificare nell?interruttore attivo durante i transitori dalla condizione di saturazione (acceso) alla condizione di interdizione (spento).

Infatti, nell?istante di spegnimento dell?interruttore attivo, la capacit? di tank ? scarica e costituisce un percorso a bassa impedenza capace di ridurre la corrente nell?interruttore attivo e quindi le perdite.

Qualora la capacit? di tank non fosse sufficiente, il circuito risonante potrebbe comprendere una ulteriore induttanza posta in serie tra il nodo elettrico centrale e l?interruttore attivo.

In questo modo, il circuito risonante comprender? sostanzialmente un primo risuonatore LC realizzato dall?induttanza di risonanza e dalla capacit? di risonanza ed un secondo risuonatore LC realizzato dalla capacit? di tank e da detta ulteriore induttanza.

Questi due risuonatori LC, possono essere accordati in modo da garantire sull?interruttore sostanzialmente la stessa forma d?onda di un circuito ZVS in fase di accensione (dunque tensione nulla e basse perdite in accensione) e per ridurre sensibilmente o annullare la corrente sull?interruttore attivo in fase di spegnimento, cos? da garantire o avvicinarsi in fase di spegnimento ad una condizione ZCS particolarmente vantaggiosa perch? a bassa perdita.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori caratteristiche e vantaggi dell?invenzione risulteranno evidenti dalla lettura della descrizione seguente fornita a titolo esemplificativo e non limitativo, con l?ausilio delle figure illustrate nelle tavole allegate.

La figura 1 ? lo schema generale di un sistema per il trasferimento di potenza elettrica secondo una forma di attuazione della presente invenzione.

La figura 2 ? lo schema elettrico di un generatore di onde utilizzabile nel sistema di figura 1.

La figura 3 ? lo schema elettrico di un altro generatore di onde utilizzabile nel sistema di figura 1.

Le figure 4 e 5 mostrano due varianti rispettivamente del generatore di onde di figura 2 e di figura 3.

La figura 6 ? un grafico che mostra una possibile forma dell?onda di tensione ottenibile in corrispondenza del nodo elettrico centrale dei generatori di onde secondo le figure 2 e 3 in funzione del segnale di pilotaggio.

La figura 7 ? lo schema elettrico di una prima modalit? di collegamento del carico elettrico ai generatori di onde delle figure 1 e 2.

Le figure da 8 a 10 mostrano altrettante varianti allo schema di figura 7.

La figura 11 ? lo schema elettrico di una seconda modalit? di collegamento del carico elettrico ai generatori di onde delle figure 1 e 2.

Le figure da 12 a 15 mostrano altrettante varianti allo schema di figura 11.

La figura 16 ? lo schema elettrico di una terza modalit? di collegamento del carico elettrico ai generatori di onde delle figure 1 e 2.

Le figure da 17 a 21 mostrano altrettante varianti allo schema di figura 16.

La figura 22 ? lo schema elettrico di una quarta modalit? di collegamento del carico elettrico ai generatori di onde delle figure 1 e 2.

Le figure da 23 a 29 mostrano altrettante varianti allo schema di figura 22.

La figura 30 ? lo schema elettrico di un sistema atto ad alimentare due carichi elettrici contemporaneamente.

La figura 31 ? lo schema elettrico di una ulteriore forma di attuazione della presente invenzione.

Le figure da 32 a 36 mostrano altrettante varianti della forma di attuazione di figura 31.

Descrizione dettagliata

Una forma di attuazione della presente invenzione rende disponibile un sistema 100 per il trasferimento di potenza elettrica da una sorgente di tensione elettrica continua 105, o almeno assimilabile ad una tensione continua, ad un carico elettrico 110.

Il carico elettrico 110, che ? genericamente rappresentato con il simbolo di una resistenza elettrica, pu? essere qualunque dispositivo elettrico o elettronico che debba essere alimentato elettricamente per consentirne il funzionamento e/o per caricare le batterie interne del dispositivo stesso.

Classici esempi di dispositivi elettrico/elettronici di questo tipo sono i computer, i tablet, gli smartphone, i televisori, gli elettrodomestici, i sistemi domotici, i server e tanti altri.

In alcune forme di realizzazione, la sorgente di tensione continua 105 pu? essere un generatore di tensione continua o una batteria.

In altre forme di realizzazione, la sorgente di tensione continua 105 pu? invece comprendere un rettificatore 115 atto a ricevere in ingresso una tensione alternata proveniente da una sorgente di tensione alternata 120, a convertire detta tensione alternata in una tensione rettificata pi? o meno assimilabile ad una tensione continua e a fornire in uscita detta tensione continua.

La sorgente di tensione alternata 120 pu? essere ad esempio una comune rete di distribuzione elettrica, la quale pu? essere atta a fornire una tensione alternata di valore variabile a seconda dei Paesi o degli usi (es. industriale o domestico). A titolo puramente esemplificativo, la sorgente di tensione alternata 120 pu? essere una rete 50-60Hz, 90-260V AC.

In termini generali, il rettificatore 115 pu? comprendere un primo terminale di ingresso 125 ed un secondo terminale di ingresso 130, i quali sono collegabili alla sorgente di tensione alternata 120, in modo tale che quest?ultima sia atta ad applicare tra questi due terminali una differenza di tensione elettrica variabile in modo alternativo nel tempo (tensione alternata).

Ad esempio, il secondo terminale di ingresso 130 del rettificatore 115 pu? essere collegato ad una tensione di riferimento, e viene generalmente definito terminale di neutro, e la sorgente di tensione alternata 120 pu? essere atta ad applicare al primo terminale di ingresso 125, detto in genere terminale di fase, una tensione che varia in modo sinusoidale nel tempo intorno al valore medio definito dalla tensione di riferimento. E? da notare come il generatore 120 possa essere collegato ai terminali 125 e 130 scambiando i terminali senza che ci? influisca sull?uscita del rettificatore 115.

Il rettificatore 115 pu? ulteriormente comprendere un primo terminale di uscita 135 ed un secondo terminale di uscita 140, tra i quali viene applicata la differenza di tensione elettrica continua ottenuta dalla conversione della tensione alternata ricevuta in ingresso, dove il valore della tensione elettrica applicata al primo terminale di uscita 135 ? generalmente non-inferiore al valore di tensione elettrica applicata al secondo terminale di uscita 140.

Ad esempio, il secondo terminale di uscita 140 pu? essere collegato alla tensione di riferimento mentre al primo terminale di uscita 135 pu? essere applicata una tensione costante (a meno del ripple), di valore non-inferiore al valore della tensione di riferimento, la quale ? ottenuta dalla rettifica della tensione alternata di ingresso.

Il rettificatore 115 pu? realizzato sotto forma di un ponte a diodi (ad esempio di Graez) ma non si esclude che, in altre forme di realizzazione, esso possa essere un rettificatore a singolo diodo, a doppio diodo abbinato, un rettificatore sincrono o altro.

Eventualmente, il rettificatore 115 pu? essere provvisto di un circuito di filtraggio, ad esempio un filtro capacitivo, la cui funzione ? quella di stabilizzare la differenza di tensione tra il primo ed il secondo terminale di uscita 135 e 140, riducendo il ripple e quindi livellando la tensione ad un valore sostanzialmente costante nel tempo.

Il sistema 100 comprende inoltre almeno un generatore di onde, indicato globalmente con 145, ovvero un circuito elettrico che ? alimentato dalla sorgente di tensione continua 105, ad esempio dal rettificatore 115, per generare un?onda di tensione, ovvero una successione di impulsi di tensione che si susseguono con una prefissata frequenza temporale.

Preferibilmente, il generatore di onde 145 ? atto a generare un?onda di tensione ad alta frequenza, tipicamente dell?ordine delle centinaia di KHz, dei MHz, delle decine di MHz o delle centinaia di MHz.

In termini generali, il generatore di onde 145 pu? comprendere un primo terminale di ingresso 150 ed un secondo terminale di ingresso 155, tra i quali viene applicata una differenza di tensione sostanzialmente costante, ottenuta a partire dalla tensione fornita dalla sorgente di tensione continua 105, dove il valore della tensione elettrica applicata al primo terminale di ingresso 150 ? generalmente superiore al valore di tensione elettrica applicata al secondo terminale di ingresso 155

Ad esempio, il secondo terminale di ingresso 155 pu? essere collegato alla tensione di riferimento mentre il primo terminale di ingresso 150 pu? essere collegato al primo terminale di uscita 135 del rettificatore 115.

Eventualmente, tra il rettificatore 115 ed il generatore di onde 145 pu? essere interposto un convertitore intermedio 160, il quale ? atto a ricevere in ingresso la tensione fornita dal rettificatore 115 e a convertirla in un?altra tensione, ad esempio in una tensione di valore ridotto, pi? idonea per alimentare il generatore di onde 145 e/o utile per altri fini, ad esempio per migliorare il fattore di potenza e/o per agevolare il controllo del sistema 100.

L?onda di tensione prodotta in uscita dal generatore di onde 145 viene poi trasferita al carico elettrico 110.

Eventualmente, tra il generatore di onde 145 ed il carico elettrico 110 pu? essere interposto un rettificatore 175, il quale ? atto a rettificare l?onda di tensione proveniente dal generatore di onde 145, in modo da convertirla e ottenere in uscita una tensione rettificata, ad esempio assimilabile ad una tensione continua, utile ad alimentare il carico elettrico 110.

Il rettificatore 175 pu? essere un rettificatore basato su ponte a diodi (ad esempio di Graez), un rettificatore a singolo diodo, a doppio diodo abbinato, un rettificatore sincrono o altro.

Anche in questo caso, il rettificatore 175 pu? essere provvisto di uno stadio di filtraggio in grado di stabilizzare la tensione in uscita, livellandola ad un valore sostanzialmente costante o comunque assimilabile a costante nel tempo (a meno di eventuali ripple residui anche significativi).

Si desidera osservare che, in alcune forme di realizzazione, il rettificatore 175 potrebbe essere assente, ottenendo cos? un sistema 100 capace di alimentare il carico elettrico 110 con una tensione alternata.

Per generare l?onda di tensione, il generatore di onde 145 comprende almeno un interruttore attivo 180, ad esempio un transistor (es. transistor a giunzione bipolare BJT, transistor ad effetto di campo FET, MOSFET, GaN, SiC, MESFET, JFET, IGBT ed altri), il quale ? atto ad accendersi e spegnersi (ossia passare da una condizione di interdizione ad una condizione di saturazione e viceversa) dietro comando di un opportuno segnale elettrico di pilotaggio.

Pi? in particolare, l?interruttore attivo 180 pu? comprendere un primo terminale di collegamento 185 (es. il drain di un MOSFET di tipo N), un secondo terminale di collegamento 190 (es. la source di un MOSFET di tipo N), ed un terminale di controllo 195 (es. il gate di un MOSFET di tipo N).

Quando l?interruttore attivo 180 ? spento, ovvero si trova in condizione di interdizione, la corrente elettrica non pu? scorrere tra il primo ed il secondo terminale di collegamento 185 e 190.

Viceversa, quando l?interruttore attivo 180 ? acceso, ovvero si trova in condizione di saturazione, la corrente elettrica scorre liberamente tra il primo ed il secondo terminale di collegamento 185 e 190.

La commutazione dell?interruttore attivo 180 tra queste due condizioni ? comandata dal segnale elettrico di pilotaggio, il quale viene applicato al terminale di controllo 195.

In pratica, quando la tensione del segnale elettrico di pilotaggio ? superiore o uguale ad un certo valore di soglia, l?interruttore attivo 180 si trova in condizione di saturazione (acceso e capace di condurre corrente elettrica).

Quando viceversa la tensione del segnale elettrico di pilotaggio ? inferiore al valore di soglia, l?interruttore attivo 180 si trova in condizione di interdizione (spento).

Per generare l?onda di tensione, il segnale elettrico di pilotaggio pu? essere un segnale periodico che varia con una prefissata frequenza tra un valore di tensione minimo (eventualmente nullo) inferiore al valore di soglia dell?interruttore attivo 180 ed un valore massimo superiore a detto valore di soglia.

Ad esempio, il segnale elettrico di pilotaggio pu? essere un segnale ad onda quadra avente frequenza costante e, generalmente ma non necessariamente, duty cycle pari al 50%.

La frequenza del segnale elettrico di pilotaggio, che corrisponde in pratica alla frequenza di commutazione dell?interruttore attivo 180 e, quindi, alla frequenza dell?onda di tensione generata, ? preferibilmente scelta di valore piuttosto elevato, ad esempio dell?ordine delle centinaia di KHz, dei MHz, delle decine di MHz o delle centinaia di MHz.

Il segnale elettrico di pilotaggio pu? essere generato da un apposito driver (non illustrato), il quale pu? essere opportunamente collegato al terminale di controllo 195 dell?interruttore attivo 180 attraverso qualunque sistema in grado di trasferire segnali elettrici (anche wireless).

Oltre all?interruttore attivo 180, il generatore di onde 145 comprende anche un circuito risonante 200, ad esempio un circuito reattivo completamente risonante o quasi risonante.

Il circuito risonante 200 ? in generale un circuito elettrico che comprende una o pi? reattanze, ad esempio una o pi? capacit? e/o induttanze, le quali sono opportunamente collegate tra loro e accordate in modo da risuonare ad una data frequenza.

L?accordatura del circuito risonante 200 consiste essenzialmente nel dimensionamento delle suddette reattanze, in termini rispettivamente di capacit? e induttanza elettrica.

In questo caso, il circuito risonante 200 ? collegato all?interruttore attivo 180 ed ? accordato in modo da ridurre la potenza elettrica (es. tensione e/o corrente) che viene applicata all?interruttore attivo 180, durante ogni fase di commutazione da spento ad acceso e viceversa.

Preferibilmente, il circuito risonante 200 ? accordato in modo che, durante ogni fase di commutazione dell?interruttore attivo 180, la potenza elettrica (es. la tensione e/o la corrente) applicata all?interruttore attivo 180 sia ridotta ad un valore pari a zero o sostanzialmente pari a zero, ottenendo in questo modo un generatore di onde 145 operante in modalit? zero voltage switching (ZVS) o zero current switching (ZCS).

Ad esempio, il circuito risonante 200 pu? essere accordato in modo da risuonare ad una frequenza uguale o prossima alla frequenza di pilotaggio dell?interruttore attivo 180.

In questo modo, si abbattono notevolmente le perdite elettriche durante i cicli di commutazione dell?interruttore attivo 180, consentendo di aumentare la frequenza di tali cicli e quindi la frequenza dell?onda di tensione da essi generata, con il risultato di poter aumentare la potenza elettrica trasmessa, a parit? di tensione applicata, oppure di poter abbassare la tensione applicata, a parit? di potenza elettrica trasmessa.

A partire da queste considerazioni generali, una possibile forma di realizzazione del generatore di onde 145 e del relativo circuito risonante 200 ? illustrata in figura 2.

In questa forma di realizzazione, il circuito risonante 200 comprende un nodo elettrico centrale 215, al quale pu? essere collegato il primo terminale di collegamento 185 dell?interruttore attivo 180 (ad esempio il drain di un MOSFET di tipo N).

Il secondo terminale di collegamento 190 dell?interruttore attivo 180 (ad esempio la source di un MOSFET di tipo N) pu? essere collegato alla tensione di riferimento.

Il circuito risonante 200 comprende inoltre un primo ramo elettrico 205, il quale si estende dal nodo elettrico centrale 215 ad un primo terminale 210 che pu? essere collegato (ovvero coincidere) con il primo terminale di ingresso 150 del generatore di onde 145.

Il circuito risonante 200 comprende inoltre un secondo ramo elettrico 220 che pu? estendersi anch?esso tra il primo terminale 210 ed il nodo elettrico centrale 215, in modo da risultare collegato in parallelo con il primo ramo elettrico 205.

Sul primo ramo elettrico 205 pu? essere posta una induttanza di risonanza 225 mentre sul secondo ramo elettrico 220 pu? essere posta una capacit? di risonanza 230.

Come anticipato in precedenza, l?induttanza di risonanza 225 e la capacit? di risonanza 230 sono dimensionate (accordate) in modo da realizzare un risonatore che riduce, preferibilmente annulla, la potenza elettrica (ad esempio la tensione e/o la corrente) che ? applicata all?interruttore attivo 180 durante ogni singola fase di commutazione.

In questo modo, in corrispondenza del nodo elettrico centrale 215, ? vantaggiosamente possibile ottenere una tensione elettrica VD che, in funzione del segnale elettrico di pilotaggio VG dell?interruttore attivo 180, ? variabile nel tempo secondo la forma d?onda rappresentata in figura 6 o secondo forme d?onda simili ed in particolare capaci di garantire transizioni ZVS e/o ZCS dell?interruttore 180.

In pratica, si tratta di una forma d?onda uguale o comunque analoga a quelle ottenibili mediante un generatore di onde basato su una struttura circuitale simile ad un amplificatore in classe E o basato su un qualunque altro amplificatore risonante ZVS e/o ZCS.

Ottenendo la stessa forma d?onda, ovvero generando la stessa onda di tensione, il generatore di onde 145 sopra delineato ottiene gli stessi vantaggi dei generatori di onde risonanti poc?anzi menzionati, in particolare in termini di riduzione delle perdite elettriche durante le fasi di commutazione dell?interruttore attivo e quindi di aumento delle frequenze di funzionamento.

Rispetto a questi generatori di onde, il generatore di onde 145 ha tuttavia il notevole vantaggio di non necessitare di ingombranti induttanze di choke, consentendo una significativa riduzione delle dimensioni e dei costi.

La stessa forma d?onda, e quindi gli stessi vantaggi del generatore di onde 145 rappresentato in figura 2, possono essere ottenuti anche dal generatore di onde 145 illustrato in figura 3.

Questo generatore di onde 145 differisce dal precedente unicamente per il fatto che il secondo ramo elettrico 220 del circuito risonante 200, con la relativa capacit? di risonanza 230, si estende tra il nodo elettrico centrale 215 ed un ulteriore terminale 235 collegato alla tensione di riferimento.

Una variante di entrambi i generatori di onde 145 sopra descritti ? illustrata rispettivamente in figura 4 e in figura 5.

Gli schemi di figura 4 e 5 differiscono da quelli di figura 2 e 3 unicamente per il fatto che il primo terminale 210 del circuito risonante 200 ? collegato alla tensione di riferimento e che il secondo terminale di collegamento 190 dell?interruttore attivo 180 ? collegato al (ovvero coincide con il) primo terminale di ingresso 150 del generatore di onde 145.

In questo modo, si ottengono dei generatori di onde 145 dal funzionamento analogo a quelli di figura 2 e 3 ma con lo svantaggio che l?interruttore attivo 180 risulta collegato in modo floating ed ? quindi pi? difficile da pilotare, richiedendo ad esempio l?utilizzo di un p-MOS o di un n-MOS pilotato attraverso opportuno un circuito di bootstrap.

Per questa ragione, sebbene in tutte le implementazioni che verranno illustrate nel seguito sia possibile collegare l?interruttore attivo 180 in modo floating come mostrato illustrato in figura 4 o 5, ? generalmente sempre preferibile collegare l?interruttore attivo 180 alla tensione di riferimento come illustrato nelle figure 2 e 3 e in tutti gli esempi che seguiranno.

A partire dagli schemi di base illustrati in figura 2 e 3, il generatore di onde 145 pu? essere collegato al carico elettrico 110 in modi diversi.

Secondo una prima forma di realizzazione illustrata in figura 7, il carico elettrico 110 pu? essere posto su un ramo elettrico di connessione 240, il quale si estende tra il primo terminale 210 del circuito risonante 200 ed il nodo elettrico centrale 215, in modo che il carico elettrico 110 risulti sostanzialmente collegato in parallelo con l?induttanza di risonanza 225.

La capacit? di risonanza 230 pu? essere collegata in parallelo all?induttanza di risonanza 225 secondo lo schema di figura 2 (linea continua), oppure pu? essere equivalentemente collegata alla tensione di riferimento secondo lo schema di figura 3 (linea tratteggiata).

Si noti che nella forma di realizzazione di figura 7, il carico elettrico 110 ? collegato in modo da ricevere direttamente l?onda di tensione generata dal generatore di onde 145 ed essere quindi alimentato sostanzialmente con una tensione alternata.

Qualora tuttavia sia necessario alimentare il carico elettrico 110 con una tensione sostanzialmente continua, ? vantaggiosamente possibile inserire il rettificatore 175 lungo il ramo elettrico di connessione 240 a monte del carico elettrico 110, cos? come illustrato in figura 8.

In entrambe le forme di attuazione illustrate in figura 7 e 8, il carico elettrico 110 ? galvanicamente collegato alla sorgente di tensione continua 105, realizzando un sistema non isolato.

Gli schemi sopra descritti possono tuttavia essere modificati in modo da porre la sorgente di tensione continua 105 in un circuito elettrico primario ed il carico elettrico 110 in un circuito secondario che ? galvanicamente isolato rispetto al circuito primario.

Ad esempio, in figura 9 ? illustrato uno schema circuitale che differisce da quello di figura 8 per la presenza di due capacit? di isolamento, di cui una prima capacit? di isolamento 250 posta sul ramo elettrico di connessione 240 tra il primo terminale 210 ed il carico elettrico 110, ad esempio tra il primo terminale 210 ed rettificatore 175, ed una seconda capacit? di isolamento 255 posta sul ramo elettrico di connessione 240 tra il carico elettrico 110 ed il nodo elettrico centrale 215, ad esempio tra il rettificatore 175 ed il nodo elettrico centrale 215.

Il valore delle due capacit? di isolamento 250 e 255 ? preferibilmente molto maggiore rispetto al valore della capacit? di risonanza 230, in modo da non interferire con la frequenza di risonanza del circuito risonante 200.

Ad esempio, il valore delle capacit? di isolamento 250 e 255 pu? essere scelto nell?ordine delle centinaia di nF o dei uF, a fronte di frequenze di risonanza nell?ordine dei MHz.

In questo modo, le due capacit? di isolamento 250 e 255 sono in grado di isolare galvanicamente in modo completo il circuito primario, comprendente la sorgente di tensione continua 105 ed il generatore di onde 145, dal circuito secondario, comprendente il carico elettrico 110 ed il rettificatore 175.

Allo stesso tempo, le capacit? di isolamento 250 e 255 accoppiano elettricamente il circuito primario al circuito secondario per via capacitiva, consentendo all?onda di tensione generata dal generatore di onde 145 di essere trasmessa al carico elettrico 110.

In alcune forme di realizzazione, le due capacit? di isolamento 250 e 255 possono essere delle capacit? discrete, ossia dei componenti inseparabili comprendenti un primo terminale collegato al circuito primario ed un secondo terminale collegato al circuito secondario.

In questo modo, il sistema 100 pu? essere realizzato sotto forma di un dispositivo unico e inscindibile, come ad esempio un alimentatore elettrico isolato.

In altre forme di realizzazione, ciascuna capacit? di isolamento 250 e 255 pu? essere realizzata da una coppia di armature reciprocamente separabili, di cui una armatura di trasmissione collegata al circuito primario ed una armatura di ricezione collegata al circuito secondario.

In questo modo, il circuito primario, comprendente la sorgente di tensione continua 105, il generatore di onde 145 e le armature di trasmissione, pu? essere installato in un primo dispositivo, mentre il circuito secondario, comprendente almeno il carico elettrico 110, il rettificatore 175 e le armature di ricezione, pu? essere installato su un secondo dispositivo, fisicamente separato e mobile (allontanabile) rispetto al primo dispositivo.

Ad esempio, il primo dispositivo potrebbe essere configurato come una base di ricarica mentre il secondo dispositivo potrebbe essere un dispositivo da ricaricare o da alimentare, come uno smartphone, un computer portatile, un televisore e tanto altro.

In questo modo, avvicinando opportunamente il secondo dispositivo al primo dispositivo risulterebbe possibile accostare e affacciare ciascuna armatura di trasmissione ad una corrispondente armatura di ricezione, ricostituendo le capacit? di isolamento 250 e 255 e realizzando cos? un sistema di trasmissione wireless della potenza elettrica per via capacitiva.

In altre forme di realizzazione, l?isolamento galvanico tra il circuito primario ed il circuito secondario potrebbe essere realizzato mediante un sistema di accoppiamento induttivo.

Ad esempio, in figura 10 ? illustrato uno schema circuitale che differisce da quello di figura 6 per il fatto che sul ramo elettrico di connessione 240 ? posta una induttanza di accoppiamento 260 atta a realizzare un accoppiamento induttivo, ossia tramite induzione elettromagnetica, con una corrispondente induttanza di accoppiamento 265 collegata in circuito chiuso con il carico elettrico 110, ad esempio con l?interposizione del rettificatore 175.

Il valore delle due induttanze di accoppiamento 260 e 265 ? preferibilmente molto maggiore rispetto al valore della induttanza di risonanza 225, in modo da non interferire con la frequenza di risonanza del circuito risonante 200.

In questo modo, le due induttanze di accoppiamento 260 e 265 sono in grado di isolare galvanicamente in modo completo il circuito primario, comprendente la sorgente di tensione continua 105 e il generatore di onde 145, dal circuito secondario, comprendente il carico elettrico 110 ed il rettificatore 175.

Allo stesso tempo, le induttanze di accoppiamento 260 e 265 collegano elettricamente il circuito primario al circuito secondario per via induttiva, consentendo all?onda di tensione generata dal generatore di onde 145 di essere trasmessa al carico elettrico 110.

In alcune forme di realizzazione, le induttanze di accoppiamento 260 e 265 possono essere almeno parzialmente costituite rispettivamente dall?avvolgimento primario e dall?avvolgimento secondario di un trasformatore, ad esempio avvolte intorno ad uno stesso nucleo magnetico.

In questo modo, il sistema 100 pu? essere realizzato sotto forma di un dispositivo unico e inscindibile, come ad esempio un alimentatore elettrico isolato.

In altre forme di realizzazione, ciascuna induttanza di accoppiamento 260 e 265 pu? essere almeno parzialmente costituita rispettivamente da una bobina (es. antenna) di trasmissione wireless e da una bobina (es. antenna) di ricezione wireless della potenza elettrica.

In questo modo, il circuito primario, comprendente la sorgente di tensione continua 105, il generatore di onde 145 e l?induttanza di accoppiamento 260, pu? essere installato in un primo dispositivo (es. base di ricarica), mentre il circuito secondario, comprendente almeno il carico elettrico 110, il rettificatore 175 e l?induttanza di accoppiamento 265, pu? essere installato su un secondo dispositivo (es. smartphone, computer portatile o televisore), fisicamente separato e mobile (allontanabile) rispetto al primo dispositivo.

In questo modo, avvicinando opportunamente il secondo dispositivo al primo dispositivo ? possibile ristabilire l?accoppiamento induttivo tra le induttanze di accoppiamento 260 e 265, le quali realizzano cos? un sistema di trasmissione wireless della potenza elettrica per via induttiva.

Si desidera qui osservare che, sebbene le soluzioni isolate descritte con riferimento alle figure 9 e 10 prevedano la presenza del rettificatore 175, quest?ultimo potrebbe essere omesso qualora fosse richiesto di alimentare il carico elettrico 110 con una tensione alternata.

Inoltre, sebbene le suddette soluzioni isolate prevedano (in linea continua) che la capacit? di risonanza 230 sia collegata in parallelo con l?induttanza di risonanza 225, in alternativa la capacit? di risonanza 230 potrebbe essere collegata alla tensione di riferimento (in linea tratteggiata).

Come illustrato in figura 11, una seconda modalit? per collegare il carico elettrico 110 ai generatori di onde 145 illustrati negli schemi di figura 2 e 3 prevede che il ramo elettrico di connessione 240, su cui ? posto il carico elettrico 110, si estenda dal nodo elettrico centrale 215 del circuito risonante 200 ed un ulteriore terminale 245 collegato con la tensione di riferimento.

Rispetto alla forma di realizzazione di figura 7, questa soluzione ha dunque il notevole vantaggio di avere il carico elettrico 110 riferito alla tensione di riferimento anzich? floating.

Anche in questo caso, la capacit? di risonanza 230 pu? essere collegata in parallelo all?induttanza di risonanza 225 secondo lo schema di figura 2 (linea continua), oppure pu? essere equivalentemente collegata alla tensione di riferimento secondo lo schema di figura 3 (linea tratteggiata).

Secondo lo schema di figura 11, il carico elettrico 110 riceve direttamente l?onda di tensione generata dal generatore di onde 145 ed ? quindi alimentato sostanzialmente in tensione alternata.

Qualora tuttavia fosse necessario alimentare il carico elettrico 110 con una tensione sostanzialmente continua, ? vantaggiosamente possibile inserire il rettificatore 175 lungo il ramo elettrico di connessione 240 a monte del carico elettrico 110, cos? come illustrato in figura 12.

Nelle soluzioni descritte con riferimento alle figure 11 e 12, il carico elettrico 110 risulta galvanicamente collegato alla sorgente di tensione continua 105, realizzando un sistema non isolato.

Anche in questo caso, ? tuttavia possibile modificare ciascuno degli schemi sopra descritti, in modo che la sorgente di tensione continua 105 sia posta in un circuito primario e che il carico elettrico 110 sia posto in un circuito secondario galvanicamente isolato rispetto al circuito primario.

Ad esempio, in figura 13 ? illustrato uno schema circuitale che differisce da quello di figura 12 per la presenza di due capacit? di isolamento, di cui una prima capacit? di isolamento 250 posta sul ramo elettrico di connessione 240 tra il nodo elettrico centrale 215 ed il carico elettrico 110, ad esempio tra il nodo elettrico centrale 215 ed rettificatore 175, ed una seconda capacit? di isolamento 255 posta sul ramo elettrico di connessione 240 tra il carico elettrico 110 e il terminale 245 collegato alla tensione di riferimento, ad esempio tra il rettificatore 175 e detto terminale 245.

Il valore delle due capacit? di isolamento 250 e 255 ? preferibilmente molto maggiore rispetto al valore della capacit? di risonanza 230, in modo da non interferire con la frequenza di risonanza del circuito risonante 200, ad esempio nell?ordine delle centinaia di nF o dei uF, a fronte di frequenze di risonanza nell?ordine dei MHz.

In questo modo, le due capacit? di isolamento 250 e 255 sono in grado di isolare galvanicamente in modo completo il circuito primario, comprendente la sorgente di tensione continua 105 ed il generatore di onde 145, dal circuito secondario, comprendente il carico elettrico 110 ed il rettificatore 175.

Allo stesso tempo, le capacit? di isolamento 250 e 255 accoppiano elettricamente il circuito primario al circuito secondario per via capacitiva, consentendo all?onda di tensione generata dal generatore di onde 145 di essere trasmessa al carico elettrico 110.

In alcune forme di realizzazione, le due capacit? di isolamento 250 e 255 possono essere capacit? discrete.

In altre forme di realizzazione, ciascuna capacit? di isolamento 250 e 255 pu? essere realizzata una coppia di armature reciprocamente separabili, di cui una armatura di trasmissione collegata al circuito primario ed una armatura di ricezione collegata al circuito secondario.

In questo modo, il circuito primario, comprendente la sorgente di tensione continua 105, il generatore di onde 145 e le armature di trasmissione, pu? essere installato in un primo dispositivo (es. base di ricarica), mentre il circuito secondario, comprendente almeno il carico elettrico 110, il rettificatore 175 e le armature di ricezione, pu? essere installato su un secondo dispositivo (es. smartphone, computer portatile o televisore), fisicamente separato e mobile (allontanabile) rispetto al primo dispositivo.

In questo modo, avvicinando opportunamente il secondo dispositivo al primo dispositivo ? possibile accostare e affacciare ciascuna armatura di trasmissione ad una corrispondente armatura di ricezione, ricostituendo le capacit? di isolamento 250 e 255 che realizzano cos? un sistema di trasmissione wireless della potenza elettrica per via capacitiva.

Qualora tuttavia non fosse necessario realizzare una trasmissione wireless della potenza elettrica e/o non fosse necessario un isolamento galvanico completo tra il circuito primario ed il circuito secondario, la capacit? di isolamento 255 potrebbe essere eliminata come illustrato in figura 14.

In questo modo si avrebbe un?unica capacit? di isolamento 250 atta a fungere da blocco della tensione continua, la quale ? posta sul ramo elettrico di connessione 240 tra il nodo elettrico centrale 215 ed il carico elettrico 110, ad esempio tra il nodo elettrico centrale 215 ed rettificatore 175.

In alternativa, si potrebbe equivalentemente omettere la capacit? di isolamento 250 e lasciare solamente la capacit? di isolamento 255 atta a fungere da blocco della tensione continua.

In altre forme di realizzazione, l?isolamento galvanico tra il circuito primario ed il circuito secondario potrebbe essere realizzato mediante un sistema di accoppiamento induttivo.

Ad esempio, in figura 15 ? illustrato uno schema circuitale che differisce da quello di figura 11 per il fatto che sul ramo elettrico di connessione 240 ? posta una induttanza di accoppiamento 260 atta a realizzare un accoppiamento induttivo, ossia tramite induzione elettromagnetica, con una corrispondente induttanza di accoppiamento 265 collegata in circuito chiuso con il carico elettrico 110, ad esempio con l?interposizione del rettificatore 175.

Il valore delle due induttanze di accoppiamento 260 e 265 ? preferibilmente molto maggiore rispetto al valore della induttanza di risonanza 225, in modo da non interferire con la frequenza di risonanza del circuito risonante 200.

In questo modo, le due induttanze di accoppiamento 260 e 265 sono in grado di isolare galvanicamente in modo completo il circuito primario, comprendente la sorgente di tensione continua 105 ed il generatore di onde 145, dal circuito secondario, comprendente il carico elettrico 110 ed il rettificatore 175.

Allo stesso tempo, le induttanze di accoppiamento 260 e 265 collegano elettricamente il circuito primario al circuito secondario per via induttiva, consentendo all?onda di tensione generata dal generatore di onde 145 di essere trasmessa al carico elettrico 110.

In alcune forme di realizzazione, le induttanze di accoppiamento 260 e 265 possono essere almeno parzialmente costituite rispettivamente dall?avvolgimento primario e dall?avvolgimento secondario di un trasformatore, ad esempio avvolte intorno ad uno stesso nucleo magnetico.

In questo modo, il sistema 100 pu? essere realizzato sotto forma di un dispositivo unico e inscindibile, come ad esempio un alimentatore elettrico isolato.

In altre forme di realizzazione, ciascuna induttanza di accoppiamento 260 e 265 pu? essere almeno parzialmente costituita rispettivamente da una bobina (es. antenna) di trasmissione wireless e da una bobina (es. antenna) di ricezione wireless della potenza elettrica.

In questo modo, il circuito primario, comprendente la sorgente di tensione continua 105, il generatore di onde 145 e la l?induttanza di accoppiamento 260, pu? essere installato in un primo dispositivo (es. base di ricarica), mentre il circuito secondario, comprendente almeno il carico elettrico 110, il rettificatore 175 e la induttanza di accoppiamento 265, pu? essere installato su un secondo dispositivo (es smartphone, computer portatile o televisore), fisicamente separato e mobile (allontanabile) rispetto al primo dispositivo.

In questo modo, avvicinando opportunamente il secondo dispositivo al primo dispositivo ? possibile ristabilire l?accoppiamento induttivo tra le induttanze di accoppiamento 260 e 265, le quali realizzano cos? un sistema di trasmissione wireless della potenza elettrica per via induttiva.

Sebbene tutte le soluzioni isolate descritte con riferimento alle figure 13, 14 e 15 prevedano la presenza del rettificatore 175, quest?ultimo potrebbe essere omesso qualora fosse richiesto di alimentare il carico elettrico 110 con una tensione alternata.

Inoltre, sebbene le suddette soluzioni prevedano che la capacit? di risonanza 230 sia collegata in parallelo con l?induttanza di risonanza 225 (linea continua), in alternativa la capacit? di risonanza 230 potrebbe essere collegata alla tensione di riferimento (linea tratteggiata).

Una terza modalit? per collegare il carico elettrico 110 ai generatori di onde 145 illustrati negli schemi di figura 2 e 3 ? rappresentata in figura 16 e prevede che il carico elettrico 110 possa essere posto direttamente sul primo ramo elettrico 205 in serie con l?induttanza di risonanza 225.

Anche in questo caso, la capacit? di risonanza 230 pu? essere collegata in parallelo all?induttanza di risonanza 225 secondo lo schema di figura 2 (linea continua), oppure pu? essere equivalentemente collegata alla tensione di riferimento secondo lo schema di figura 3 (linea tratteggiata).

Nello schema di figura 16, il carico elettrico 110 ? collegato in modo da ricevere direttamente l?onda di tensione generata dal generatore di onde 145 ed essere quindi alimentato sostanzialmente in tensione alternata.

Qualora tuttavia fosse necessario alimentare il carico elettrico 110 con una tensione sostanzialmente continua, ? vantaggiosamente possibile inserire il rettificatore 175 lungo il primo ramo elettrico 205 a monte del carico elettrico 110, cos? come illustrato in figura 17.

A partire da questi schemi non-isolati ? poi possibile sviluppare delle soluzioni in cui la sorgente di tensione continua 105 sia posta su un circuito primario ed in cui il carico elettrico 110 sia posto in un circuito secondario, il quale ? galvanicamente isolato rispetto al circuito primario.

Ad esempio, in figura 18 ? illustrato uno schema circuitale che differisce da quello di figura 17 per il fatto che l?induttanza di risonanza 225, posta sul primo ramo elettrico 205, ? atta a realizzare un accoppiamento induttivo, ossia tramite induzione elettromagnetica, con una corrispondente induttanza di accoppiamento 300, la quale ? collegata in circuito chiuso con il carico elettrico 110, ad esempio con l?interposizione del rettificatore 175.

In questo modo, l?induttanza di risonanza 225 e l?induttanza di accoppiamento 300 sono in grado di isolare galvanicamente in modo completo il circuito primario, comprendente la sorgente di tensione continua 105 ed il generatore di onde 145, dal circuito secondario, comprendente il carico elettrico 110 ed il rettificatore 175. Allo stesso tempo, l?induttanza di risonanza 225 e l?induttanza di accoppiamento 300 collegano elettricamente il circuito primario al circuito secondario per via induttiva, consentendo all?onda di tensione generata dal generatore di onde 145 di essere trasmessa al carico elettrico 110.

Rispetto ai sistemi isolati per via induttiva illustrati nelle figure 9 e 14, questa soluzione consente di ridurre il numero di componenti, in quanto una delle induttanze di accoppiamento coincide con l?induttanza di risonanza 225, e consente inoltre di ridurre notevolmente le dimensioni ed i costi dell?intero sistema, in quanto le induttanze 225 e 300 dello schema di figura 18, avendo anche la funzione di induttanze di risonanza, possono essere molto pi? piccole di quelle utilizzate negli schemi precedenti.

Osservando lo schema di figura 18, ? infatti evidente come l?induttanza di risonanza complessiva sia data, non solo dall?induttanza indicata come induttanza di risonanza 225 del circuito primario, ma anche dall?induttanza di accoppiamento 300 del circuito secondario, la quale ? accoppiata magneticamente con un coefficiente di accoppiamento k tipicamente inferiore all?unit? (dove k=1 corrisponderebbe ad un accoppiamento ideale).

Analogamente ai casi precedenti, alcune forme di realizzazione possono prevedere che l?induttanza di risonanza 225 e l?induttanza di accoppiamento 300 siano almeno parzialmente costituite rispettivamente dall?avvolgimento primario e dall?avvolgimento secondario di un trasformatore, ad esempio avvolte intorno ad uno stesso nucleo magnetico.

Altre forme di realizzazione possono invece prevedere che l?induttanza di risonanza 225 e l?induttanza di accoppiamento 300 possono essere almeno parzialmente costituite rispettivamente da una bobina (es. antenna) di trasmissione wireless e da una bobina (es. antenna) di ricezione wireless della potenza elettrica. In questo modo, il circuito primario, comprendente almeno la sorgente di tensione continua 105, il generatore di onde 145 e la induttanza di risonanza 225, pu? essere installato in un primo dispositivo, mentre il circuito secondario, comprendente almeno il carico elettrico 110, il rettificatore 175 e la induttanza di accoppiamento 300, pu? essere installato su un secondo dispositivo, fisicamente separato e mobile (allontanabile) rispetto al primo dispositivo.

Ad esempio, il primo dispositivo potrebbe essere configurato come una base di ricarica mentre il secondo dispositivo potrebbe essere un dispositivo da ricaricare o da alimentare, come uno smartphone, un computer portatile, un televisore e tanto altro.

In questo modo, avvicinando opportunamente il secondo dispositivo al primo dispositivo ? possibile ristabilire l?accoppiamento induttivo tra l?induttanza di risonanza 225 e l?induttanza di accoppiamento 300, le quali realizzano cos? un sistema di trasmissione wireless della potenza elettrica per via induttiva.

Sebbene la soluzione di figura 18 preveda che la capacit? di risonanza 230 sia collegata in parallelo con l?induttanza di risonanza 225 (linea continua), in alternativa la capacit? di risonanza 230 potrebbe essere collegata alla tensione di riferimento (linea tratteggiata).

A partire dallo schema isolato sopra illustrato ? inoltre possibile sviluppare degli schemi concettualmente analoghi ma basati su un maggior numero di fasi, ad esempio ma non esclusivamente basati su due fasi.

Un esempio di questa soluzione ? illustrato in figura 19, in cui il sistema 100 comprende almeno due generatori di onde 145 del tipo di quello illustrato in figura 18.

In particolare, i primi terminali 210 di entrambi i generatori di onde 145 possono coincidere e formare un unico nodo comune, il quale ? collegato con il primo terminale di ingresso 150, ovvero con la sorgente di tensione continua 105, mentre gli interruttori attivi 180 e le capacit? di risonanza 230 possono essere collegate alla tensione di riferimento.

Naturalmente le capacit? di risonanza 230 potrebbero essere alternativamente connesse in parallelo alle corrispondenti induttanze di risonanza 225 ed eventualmente essere sostituite da un?unica capacit? di risonanza 230 avente i terminali collegati rispettivamente ai nodi elettrici centrali 215 dei due generatori di onde 145, cos? come illustrato in figura 20.

A prescindere da queste considerazioni, l?induttanza di risonanza 225 posta sul primo ramo elettrico 205 di ciascun generatore di onde 145 pu? essere atta a realizzare un accoppiamento induttivo, ossia tramite induzione elettromagnetica, con una corrispondente induttanza di accoppiamento 300, la quale ? collegata in circuito chiuso con il carico elettrico 110, ad esempio con l?interposizione del rettificatore 175.

Anche in questo caso, l?accoppiamento induttivo tra le induttanze di risonanza 225 e l?induttanza di accoppiamento 300 pu? essere ottenuto mediante trasformatore o mediante una soluzione di trasferimento wireless, esattamente come descritto in precedenza.

Gli interruttori attivi 180 possono essere controllati mediante rispettivi segnali di pilotaggio, in modo tale da accendersi e spegnersi con la stessa frequenza ma non in fase tra loro, ovvero in modo che gli interruttori attivi 180 non siano sempre accesi o spenti contemporaneamente ma ci sia sempre almeno un piccolo lasso di tempo, all?interno di ogni periodo di funzionamento, in cui un interruttore attivo 180 ? acceso e l?altro ? spento e viceversa.

In questo modo, regolando opportunamente questo lasso di tempo, ovvero lo sfasamento tra i segnali di pilotaggio dei due interruttori attivi 180, ? vantaggiosamente possibile incrementare la potenza trasmessa al carico elettrico 110 a parit? di tensione di alimentazione, ridurre il ripple di tensione sul carico elettrico 110 e/o migliorare il fattore di potenza del circuito.

Qualora il livello di potenza da trasferire il carico elettrico 110 sia particolarmente elevato, ? altres? possibile comandare i due interruttori attivi 180 con segnali di pilotaggio in controfase tra loro, in modo tale che, quando un interruttore attivo 180 ? acceso, l?altro sia costantemente spento e viceversa, ottenendo una modalit? di funzionamento di tipo Push-Pull.

Affinch? queste implementazioni multifase possano funzionare correttamente, ? tuttavia preferibile che, a partire dal primo terminale comune 210, collegato con la tensione di alimentazione, le due induttanze di risonanza 225 (ovvero i due avvolgimenti primari di trasformatore o alternativamente le due bobine induttive primarie di trasmissione wireless) siano avvolte in versi discordi, cos? come illustrato nello schema di figura 21.

Ad esempio, le due induttanze di risonanza 225 possono essere rispettivamente avvolte con verso destrorso e sinistrorso.

In questo modo, ? infatti possibile garantire l?inversione del campo magnetico generato dalle due induttanze di risonanza 225 e, al contempo, l?inversione delle correnti, migliorando il fattore di potenza del circuito ed evitando che la tensione indotta nella induttanza di risonanza 225 non attiva vada a far circolare corrente nel diodo di body degli interruttori attivi 180.

Si desidera qui osservare che, sebbene tutte le soluzioni isolate illustrate nelle figure da 18 a 20 prevedano la presenza del rettificatore 175 nel circuito secondario, tale rettificatore 175 potrebbe essere omesso qualora fosse richiesto di alimentare il carico elettrico 110 con una tensione alternata.

Come illustrato nelle figure 22 e 23, una quarta modalit? per collegare il carico elettrico 110 ai generatori di onde 145 illustrati negli schemi di figura 2 e 3 prevede che il carico elettrico 110 possa essere posto direttamente sul secondo ramo elettrico 220 in serie con la capacit? di risonanza 230.

In particolare, nella forma di realizzazione di figura 22, il secondo ramo elettrico 220, su cui sono posti in serie la capacit? di risonanza 230 ed il carico elettrico 110, si estende tra il primo terminale 210 ed il nodo elettrico centrale 215 del circuito risonante 200, secondo lo schema generale di figura 2.

Nella forma di realizzazione di figura 23, il secondo ramo elettrico 220, su cui sono posti in serie la capacit? di risonanza 230 ed il carico elettrico 110, si estende invece tra il nodo elettrico centrale 215 del circuito risonante 200 ed il terminale 235 che ? collegato con la tensione di riferimento, secondo lo schema generale di figura 3.

Rispetto alla forma di realizzazione di figura 22, questa seconda variante ha quindi il notevole vantaggio di avere il carico elettrico 110 riferito alla tensione di riferimento anzich? floating.

Nelle soluzioni di figura 22 e 23, il carico elettrico 110 ? collegato in modo da ricevere direttamente l?onda di tensione generata dal generatore di onde 145 ed essere quindi alimentato sostanzialmente in tensione alternata.

Qualora tuttavia fosse necessario alimentare il carico elettrico 110 con una tensione sostanzialmente continua, ? vantaggiosamente possibile inserire il rettificatore 175 lungo il secondo ramo elettrico 220 a monte del carico elettrico 110, cos? come illustrato negli esempi di figura 24 e 25.

A prescindere dalla presenza del rettificatore 175, lo schema di figura 24 corrisponde esattamente allo schema di figura 22 mentre lo schema di figura 25 corrisponde esattamente allo schema di figura 23.

Secondo una variante particolarmente vantaggiosa, il rettificatore 175, che ? rappresentato in figura 25 come un generico stadio di rettifica, pu? essere realizzato come illustrato in figura 26.

In pratica, il rettificatore 175 pu? comprendere un diodo 305 avente anodo collegato alla tensione di riferimento e catodo collegato ad un nodo elettrico 310 posto sul secondo ramo elettrico 220 tra la capacit? di risonanza 230 ed il carico elettrico 110.

Il rettificatore 175 pu? inoltre comprendere una induttanza 315 posta lungo il secondo ramo elettrico 220 tra il nodo elettrico 310 ed il carico elettrico 110, ed eventualmente una capacit? 320 avente un primo terminale riferito alla tensione di riferimento ed un secondo terminale collegato ad un nodo elettrico 325 interposto tra l?induttanza 315 ed il carico elettrico 110.

Grazie a questa soluzione si realizza un circuito molto versatile, il quale ? in grado di realizzare sostanzialmente tutte le funzionalit? di un convertitore Buck-Boost non invertente, ma che, rispetto ad un convertitore Buck-Boost non invertente convenzionale, presenta un numero inferiore di componenti, riducendone vantaggiosamente gli ingombri ed i costi.

Normalmente, infatti, un convertitore Buck-Boost non invertente si compone di due stadi in cascata, di cui un primo stadio di Boost ed un secondo stadio di Buck, i quali richiedono quindi la presenza di almeno due interruttori attivi e di almeno due diodi.

Gli interruttori attivi di questo convertitore Buck-Boost tradizionale sono inoltre degli interruttori floating, i quali risultano difficili da pilotare e necessitano di circuiti di bootstrap.

Un?altra soluzione nota per ottenere l?effetto Buck-Boost non invertente ? quella di utilizzate un convertitore SEPIC, il quale per? necessit? di un costoso ed ingombrante trasformatore.

Il circuito illustrato in figura 26 ottiene invece l?effetto Buck-Boost non invertente con una ridottissima complessit? circuitale, comparabile con un classico circuito Buck-Boost invertente o con un convertitore di Cuk.

Rispetto al convertitore di Cuk, il circuito illustrato in figura 26 si differenzia tuttavia per il verso del diodo 305 e, soprattutto, per un dimensionamento completamente diverso dei componenti reattivi, da cui consegue un principio di funzionamento estremamente differente.

Il convertitore di Cuk basa infatti il suo funzionamento a regime sull?utilizzo delle induttanze come sorgenti continue di corrente e sull?utilizzo di queste correnti per una carica e scarica controllata degli elementi capacitivi nelle sotto-fasi del periodo di funzionamento.

Al contrario, il circuito di figura 26 si basa sulla risonanza tra l?induttanza di risonanza 225 e la capacit? di risonanza 230 e sul fatto che la capacit? di risonanza 230 viene utilizzata sia come capacit? di risonanza sia come barriera di blocco della tensione continua (DC), ottenendo forme d?onda delle tensioni e delle correnti elettriche che sono completamente diverse da quelle ottenibili dal convertitore di Cuk.

Questo approccio risonante si riflette naturalmente anche sul dimensionamento dei componenti reattivi coinvolti, i quali risultano notevolmente pi? piccoli di quelli del convertitore di Cuk.

Grazie alla risonanza si riesce inoltre a garantire un?efficienza notevolmente maggiore rispetto al convertitore di Cuk, riducendo sensibilmente anche le emissioni elettromagnetiche (EMI), poich? le commutazioni dell?interruttore attivo 180 sono di tipo soft switching, ad esempio zero voltage switching (ZVS) e/o zero current switching (ZCS).

L?onda di tensione a valle della capacit? di risonanza 230 viene poi rettificata dal rettificatore 175, in cui l?induttanza 315, al contrario dell?induttanza di risonanza 225, pu? essere dimensionata in modo da fungere sostanzialmente da generatore di corrente.

In altre parole, l?induttanza 315 pu? avere un elevato valore induttivo, ad esempio sufficientemente grande da rendere trascurabile il ripple di corrente rispetto al valor medio di corrente nell?induttanza 315 stessa.Naturalmente, lo schema illustrato in figura 26, in cui il rettificatore 175 ? composto da un semplice diodo 35 e da un filtro LC formato dalla induttanza 315 e dalla capacit? 320, rappresenta la versione pi? semplice del circuito Buck-Boost non invertente che pu? essere ottenuto a partire dal generatore di onde 145 sopra proposto.

In altre forme di attuazione pi? complesse e pi? efficienti dal punto di vista energetico ? almeno per bassi valori di correnti, il diodo 305 potrebbe ad esempio essere sostituito con un ulteriore interruttore attivo pilotato in modo da realizzare una rettifica sincrona.

Anche in questo caso, il circuito non risulterebbe comunque particolarmente complesso, giacch? l?ulteriore interruttore attivo sarebbe riferito al potenziale di riferimento e sarebbe quindi estremamente semplice da pilotare anche ad alta frequenza.

Una possibile variante che consente di incrementare ulteriormente le prestazioni del circuito Buck-Boost di figura 26 consiste nel rendere risonante anche il rettificatore 175, in modo simile a quanto si realizza con un rettificatore in classe E o comunque con rettificatori risonanti.

Dal punto di vista circuitale lo schema resterebbe sostanzialmente il medesimo (eventualmente con ulteriori componenti reattivi utili a semplificare il tuning, ad esempio una o pi? ulteriori capacit? in parallelo al diodo 305), ma l?induttanza 315 avrebbe un ridotto valore induttivo, utile in particolare a risuonare con la restante rete circuitale, al fine di ridurre e possibilmente annullare le perdite dinamiche nel diodo 305 o, nel caso di rettifica sincrona, nell?ulteriore interruttore attivo che sostituirebbe il diodo 305.

A partire dagli schemi illustrati nelle figure da 22 a 26 ? poi possibile sviluppare delle soluzioni isolate, in cui la sorgente di tensione continua 105 ? posta in un circuito primario ed in cui il carico elettrico 110 ? posto in un circuito secondario, il quale ? galvanicamente isolato rispetto al circuito primario ma ? elettricamente accoppiato ad esso mediante un sistema di accoppiamento capacitivo.

Ad esempio, in figura 27 ? illustrato uno schema circuitale identico a quello di figura 24 ad eccezione del fatto che la capacit? di risonanza 230 ? suddivisa in due capacit? di risonanza 230A e 230B, le quali sono poste sul secondo ramo elettrico 220, rispettivamente tra il primo terminale 210 del circuito risonante 200 ed il carico elettrico 110, ad esempio a monte del rettificatore 175, e tra il carico elettrico 110 ed il nodo elettrico centrale 215, ad esempio a valle del rettificatore 175.

In questo modo, le due capacit? di risonanza 230A e 230B fungono anche da capacit? di isolamento e sono in grado di isolare galvanicamente in modo completo il circuito primario, comprendente la sorgente di tensione continua 105 ed il generatore di onde 145, dal circuito secondario, comprendente il carico elettrico 110 ed il rettificatore 175.

Allo stesso tempo, le capacit? di risonanza 230A e 230B collegano elettricamente il circuito primario al circuito secondario per via capacitiva, consentendo all?onda di tensione generata dal generatore di onde 145 di essere trasmessa al carico elettrico 110.

Una soluzione alternativa, ma che consegue gli stessi effetti sopra esposti, ? illustrata in figura 28 e prevede uno schema circuitale identico a quello di figura 25 (e quindi eventualmente realizzabile come quello di figura 26) ad eccezione del fatto che, anche in questo caso, la capacit? di risonanza 230 ? suddivisa in due capacit? di risonanza 230A e 230B, le quali sono poste sul secondo ramo elettrico 220, rispettivamente tra il nodo elettrico centrale 215 del circuito risonante 200 ed il carico elettrico 110, ad esempio a monte del rettificatore 175, e tra il carico elettrico 110 ed il terminale 235 che ? collegato alla tensione di riferimento, ad esempio a valle del rettificatore 175.

In entrambe le forme di realizzazione illustrate, le due capacit? di risonanza 230A e 230B possono essere capacit? discrete, ossia dei componenti inseparabili comprendenti un primo terminale collegato al circuito primario ed un secondo terminale collegato al circuito secondario.

In questo modo, il sistema 100 pu? essere realizzato sotto forma di un dispositivo unico e inscindibile, come ad esempio un alimentatore elettrico isolato.

In altre forme di realizzazione, ciascuna capacit? di risonanza 230A e 230B pu? essere realizzata da una coppia di armature reciprocamente separabili, di cui una armatura di trasmissione collegata al circuito primario ed una armatura di ricezione collegata al circuito secondario.

In questo modo, il circuito primario, comprendente la sorgente di tensione continua 105, il generatore di onde 145 e le armature di trasmissione, pu? essere installato in un primo dispositivo, mentre il circuito secondario, comprendente almeno il carico elettrico 110, il rettificatore 175 e le armature di ricezione, pu? essere installato su un secondo dispositivo, fisicamente separato e mobile (allontanabile) rispetto al primo dispositivo.

Ad esempio, il primo dispositivo potrebbe essere configurato come una base di ricarica mentre il secondo dispositivo potrebbe essere un dispositivo da ricaricare o da alimentare, come uno smartphone, un computer portatile, un televisore e tanto altro.

In questo modo, avvicinando opportunamente il secondo dispositivo al primo dispositivo ? possibile accostare e affacciare ciascuna armatura di trasmissione ad una corrispondente armatura di ricezione, ricostituendo le capacit? di risonanza 230A e 230B che realizzano cos? un sistema di trasmissione wireless della potenza elettrica per via capacitiva.

? da notare come, rispetto ai sistemi isolati per via induttiva illustrati in figura 18, i sistemi isolati con accoppiamento capacitivo illustrati nelle figure 27 e 28 presentano notevoli vantaggi in termini di riduzione degli ingombri, aumentata efficienza e possibilit? di operare ad alta frequenza.

I sistemi illustrati nelle figure 27 e 28 sono vantaggiosi anche rispetto agli altri sistemi isolati capacitivamente che sono stati illustrati con riferimento alle figure 9 e 13.

I sistemi di figura 27 e 28 prevedono infatti che le capacit? di risonanza 230A e 230B fungano contemporaneamente da risuonatori e da capacit? di isolamento e barriera per la tensione continua DC.

In questo modo, viene vantaggiosamente ridotto il numero dei componenti del circuito e le capacit? di risonanza 230A e 230B possono essere molto pi? piccole rispetto alla capacit? di isolamento 250 e 255 di figura 9 o di figura 13 (ad esempio possono essere scelte nell?ordine dei pF, decine di pF, centinaia di pF, nF o decine di nF).

Capacit? di piccole dimensioni riducono gli ingombri ed i costi, hanno meno perdite per fenomeni parassiti e soprattutto rendono possibile la realizzazione di circuiti privi di problematiche dal punto di vista certificativo nel caso si realizzino convertitori isolati.

Esistono infatti delle norme che limitano il valore delle capacit? che collegano il circuito primario al circuito secondario dei convertitori isolati, al fine da non introdurre problemi di sicurezza ed emissioni elettromagnetiche.

Analogamente, il fatto di poter utilizzare capacit? di piccole dimensioni rende pi? semplice la realizzazione di un sistema di trasmissione della potenza elettrica di tipo wireless capacitivo tra dispositivi fisicamente separati, in quanto le geometrie dei dispositivi, e dunque le aree disponibili sugli stessi, non consentono generalmente l?installazione di armature trasmittenti e/o riceventi di grandi dimensioni, necessarie per ottenere capacit? di grande valore, mentre sono assolutamente compatibili con le dimensioni di armature trasmittenti e/o riceventi che devono realizzare capacit? piccole come quelle generalmente sufficienti per gli schemi di figura 27 e 28.

Sebbene i sistemi di figura 27 e 28 prevedano la presenza del rettificatore 175, quest?ultimo potrebbe naturalmente essere omesso qualora si volesse alimentare il carico elettrico 110 con una tensione alternata.

A partire dagli schemi isolati sopra illustrati ? poi possibile sviluppare degli schemi concettualmente analoghi ma basati su un maggior numero di fasi, ad esempio ma non esclusivamente basati su due fasi.

Un esempio di questa soluzione ? illustrato in figura 29, in cui il sistema 100 comprende almeno due generatori di onde 145 sostanzialmente identici a quello illustrato in figura 23, ad eccezione del fatto che le capacit? di risonanza 230 di questi due generatori di onde 145 sono collegate ai capi opposti dell?unico carico elettrico 110.

In pratica, i primi terminali 210 dei circuiti risonanti 200 dei due generatori di onde 145 possono essere entrambi collegati con il primo terminale di ingresso 150, ovvero con la sorgente di tensione continua 105, mentre i nodi elettrici centrali 215 possono essere reciprocamente collegati da un unico secondo ramo elettrico 220, comune ad entrambi i generatori di onde 145, sul quale sono poste entrambe le capacit? di risonanza 230 dei due generatori di onde 145 e, in posizione interposta tra dette capacit? di risonanza 230, il carico elettrico 110.

In questo modo, le capacit? di risonanza 230 fungono anche da capacit? di isolamento, isolando galvanicamente un circuito primario, che comprende la sorgente di tensione continua 105 ed i generatori di onde 145, da un circuito secondario, che comprende il carico elettrico 110.

Anche in questo caso, le due capacit? di risonanza 230 possono essere capacit? discrete oppure possono essere singolarmente realizzate da una armatura di trasmissione e da una armatura di ricezione, nell?ambito di un sistema di trasmissione wireless della potenza elettrica per via capacitiva come gi? descritto pi? volte in precedenza.

Gli interruttori attivi 180 dei due generatori di onde 145 possono essere controllati da rispettivi segnali di pilotaggio, in modo tale da accendersi e spegnersi con la stessa frequenza ma non in fase tra loro, ovvero in modo tale che gli interruttori attivi 180 non siano sempre accesi o spenti contemporaneamente ma ci sia sempre almeno un piccolo lasso di tempo, all?interno di ogni periodo di funzionamento, in cui un interruttore attivo 180 ? acceso mentre l?altro interruttore attivo 180 ? spento e viceversa.

In questo modo, regolando opportunamente questo lasso di tempo, ovvero lo sfasamento tra i segnali di pilotaggio dei due interruttori attivi 180, ? vantaggiosamente possibile incrementare la potenza trasmessa al carico elettrico 110 a parit? di tensione di alimentazione, ridurre il ripple di tensione sul carico elettrico 110 e/o migliorare il fattore di potenza del circuito.

Qualora il livello di potenza da trasferire il carico elettrico 110 sia particolarmente elevato, ? altres? possibile comandare i due interruttori attivi 180 con segnali di pilotaggio in controfase tra loro, in modo tale che, quando un interruttore attivo 180 ? acceso, l?altro sia costantemente spento e viceversa, ottenendo una modalit? di funzionamento di tipo Push-Pull.

Si desidera qui osservare che, sebbene la soluzione di figura 29 non preveda la presenza del rettificatore 175, qualora fossa necessario, il rettificatore 175 potrebbe essere inserito nel circuito secondario tra le capacit? di risonanza 230 ed il carico elettrico 110.

? da notare che, in tutte le forme di realizzazione illustrate con riferimento alle figure da 16 a 29, il carico elettrico 110 risulta collegato al primo ramo elettrico 205 o al secondo ramo elettrico 220, in modo tale che detto primo o secondo ramo elettrico 205 o 220 sia atto ad assorbire energia elettrica attiva in virt? del carico elettrico 110 ad esso collegato.

Questa caratteristica, che per molti aspetti risulta vantaggiosa, pu? avere la controindicazione di ridurre l?effetto reattivo della induttanza di risonanza 225 o, rispettivamente, della capacit? di risonanza 230.

Di conseguenza, il tuning dei circuiti descritti nelle figure da 16 a 29 pu? risultare pi? complesso e pi? dipendente dal carico elettrico 110 e dalla sue possibili variazioni, rispetto a quello dei circuiti descritti nelle figure da 7 a 15..

Al fine di ridurre la sensibilit? al carico elettrico 110 e alle sue variazioni, in tutti i suddetti circuiti ? quindi possibile introdurre degli ulteriori componenti reattivi di tuning, ovvero delle ulteriori induttanze e/o capacit?, i quali possono essere posti in serie o in parallelo con l?induttanza di risonanza 225 e/o con la capacit? di risonanza 230.

Un esempio ? fornito dalla soluzione illustrata in figura 30, in cui, a puro tiolo di esempio, il generatore di onde 145 ? collegato contemporaneamente a due carichi elettrici 110, rispettivamente per via induttiva e per via capacitiva, secondo la combinazione degli schemi gi? illustrati nelle figure 18 e 27.

Come si pu? capire dagli elementi in linea tratteggiata, che sono tutti opzionali, ? ad esempio possibile aggiungere una induttanza di tuning 330 sul primo ramo elettrico 205 in serie con l?induttanza di risonanza 225, e/o aggiungere una capacit? di tuning 335 tra il nodo elettrico centrale 215 ed una tensione di riferimento (ovvero in parallelo con l?interruttore attivo 180), e/o aggiungere una induttanza di tuning 340 e/o una capacit? di tuning 345 in parallelo con la induttanza di risonanza 225.

Ulteriori componenti reattivi possono essere previsti anche sui circuiti secondari, in quando, essendo accoppiati al circuito primario, ne influenzano la risonanza in funzione dei parametri di accoppiamento.

La funzione dei componenti reattivi addizionali, che naturalmente possono essere utilizzati in tutti i circuiti descritti in precedenza, ? quello di facilitare il tuning del circuito per raggiungere una molteplicit? di scopi, quali ad esempio: rendere il circuito poco sensibile alle variazioni di carico, massimizzare la potenza trasferita al carico, massimizzare l?efficienza del circuito per garantire accensioni e spegnimenti degli interruttori in condizioni di tensione nulla (Zero Voltage Switching) e/o di corrente nulla (Zero Current Switching), ridurre la tensione di picco sull?interruttore attivo 180, ridurre le correnti medie nei componenti, ridurre la sensibilit? del circuito alle tolleranze dei componenti, ridurre la sensibilit? del circuito ai parametri parassiti dei componenti (ad esempio, nel caso si utilizzi come interruttore attivo 180 un MOSFET, la capacit? parassita tra il terminale di drain e il terminale di source).

Nonostante lo schema di figura 30 sia puramente esemplificativo, essa dimostra inoltre come tutti i circuiti e le soluzioni descritte in precedenza possano essere combinati tra loro, in modo da ottenere un sistema 100 in grado di alimentare contemporaneamente due o pi? carichi elettrici 110 distinti.

Una forma di attuazione particolarmente vantaggiosa del generatore di onde 145 secondo la presente invenzione ? illustrata in figura 31 e rappresenta una evoluzione della forma di attuazione di figura 23.

Pur garantendo la risonanza utile ad avere transizioni ZVS e/o ZCS, il generatore di onde 145 illustrato in figura 23 ? caratterizzato da correnti elettriche piuttosto alte nell?induttanza di risonanza 225 e nell?interruttore attivo 180 che raggiungono il loro valore massimo al momento dello spegnimento dell?interruttore attivo 180, ossia durante la transizione tra la condizione di saturazione (acceso) e la condizione di interdizione (spento).

Nella condizione di saturazione (acceso), la resistenza dell?interruttore attivo 180 ? quasi nulla o trascurabile, da cui consegue che le perdite in questo componente sono estremamente basse anche per correnti alte.

Le perdite P sono infatti quantificate dalla seguente equazione P=R*I<2 >dove R ? la resistenza e I ? la corrente elettrica.

Nella condizione di interdizione (spento), la resistenza dell?interruttore attivo 180 ? sostanzialmente infinita ma la corrente elettrica ? nulla, per cui anche in questo caso le perdita nell?interruttore sono sostanzialmente trascurabili.

Nella transizione tra acceso e spento, si verifica invece una variazione della resistenza dell?interruttore attivo 180 in un tempo finito.

Considerando il caso di interruttori attivi veloci, ad esempio MOSFET di tipo N, l?interruttore opportunamente pilotato passa da acceso a spento in un tempo di ns, decine di ns o centinaia di ns.

Durante questo tempo finito di transitorio, la resistenza dell?interruttore attivo 180 aumenta progressivamente e, al contempo, la corrente diminuisce in proporzione, provocando un picco di dissipazione che non ? mitigato dalla condizione di transizione ZVS.

Per fronteggiare questa problematica, pu? essere utilizzato il generatore di onde 145 illustrato in figura 31, il quale si differenzia da quello descritto con riferimento alla figura 23 per il fatto di comprendere una ulteriore capacit? di tank 350 avente un primo terminale connesso con il primo terminale 185 dell?interruttore attivo 180 ed un secondo terminale connesso con il secondo terminale 190, ad esempio collegato ad una stessa tensione di riferimento.

Questa capacit? di tank 350, collegata in parallelo all?interruttore attivo 180, permette di ridurre le perdite durante i transitori sopra menzionati, in quanto nell?istante di spegnimento dell?interruttore attivo 180 la capacit? di tank 350 ? scarica e costituisce un percorso a bassa impedenza capace di ridurre la corrente nell?interruttore attivo 180 e quindi le perdite.

Tuttavia, la capacit? di tank 350 ? spesso troppo piccola per ridurre la perdite in modo significativo.

Pertanto, ? preferibile che il circuito risonante 200 comprenda anche una ulteriore induttanza 355 in serie all?interruttore attivo 180, la quale presenta un primo terminale connesso al nodo centrale 215 ed un secondo terminale connesso al primo terminale dell?interruttore attivo 180, risultando quindi collegati in serie al parallelo formato dall?interruttore attivo 180 e dalla capacit? di tank 350.

In questo modo, il circuito risonante 200 del generatore di onde 145 comprender? sostanzialmente un primo risuonatore LC realizzato dall?induttanza di risonanza 225 e dalla capacit? di risonanza 230 ed un secondo risuonatore LC realizzato dall?induttanza 355 e dalla capacit? di tank 350.

Questi due risuonatori LC, le cui induttanze 225 e 355 sono entrambe di piccolo valore, possono essere accordati in modo da avere sostanzialmente la stessa forma d?onda di un circuito ZVS in fase di accensione (dunque tensione nulla e basse perdite in accensione).

Contestualmente, i due risuonatori LC possono essere accordati in modo da risultare sfasati tra loro, per ridurre sensibilmente la corrente sull?interruttore in fase di spegnimento, cos? da avvicinarsi in fase di spegnimento ad una condizione ZCS particolarmente vantaggiosa perch? a bassa perdita.

Il maggior numero di gradi di libert? di questo circuito garantisce inoltre la possibilit? di implementare molte soluzioni che garantiscono ZVS in fase di accensione dell?interruttore attivo 180 e ZCS in fase di spegnimento, o comunque corrente ridotta rispetto al caso di figura 23.

La possibile presenza della capacit? di tank 350 e dell?induttanza 355 non ? naturalmente limitata a questa forma di attuazione ma potrebbe essere applicata a tutti i circuiti descritti nella presente trattazione.

Si osserva che nella soluzione di figura 31, il carico elettrico 110 ? collegato in modo da ricevere direttamente l?onda di tensione generata dal generatore di onde 145 ed essere quindi alimentato sostanzialmente in tensione alternata.

Qualora tuttavia fosse necessario alimentare il carico elettrico 110 con una tensione sostanzialmente continua, ? vantaggiosamente possibile inserire il rettificatore 175 lungo il secondo ramo elettrico 220 a monte del carico elettrico 110, cos? come illustrato negli esempi di figura 32.

Secondo una variante particolarmente vantaggiosa, il rettificatore 175, che ? rappresentato in figura 32 come un generico stadio di rettifica, pu? essere realizzato come illustrato in figura 33.

In pratica, il rettificatore 175 pu? comprendere un diodo 360 avente anodo collegato alla tensione di riferimento e catodo collegato ad un primo terminale di una induttanza 365, il cui secondo terminale ? collegato ad un nodo elettrico 370 posto sul secondo ramo elettrico 220 tra la capacit? di risonanza 230 ed il carico elettrico 110.

Il rettificatore 175 pu? inoltre comprendere una capacit? 375 avente un primo terminale connesso ad un nodo elettrico 380, compreso tra il diodo 360 e l?induttanza 365, ed un secondo terminale collegato con la tensione di riferimento, in modo da risultare in parallelo al diodo 360.

Il rettificatore 175 pu? inoltre comprendere una induttanza 385 posta lungo il secondo ramo elettrico 220 tra il nodo elettrico 370 ed il carico elettrico 110, ed eventualmente una capacit? 390 avente un primo terminale riferito alla tensione di riferimento ed un secondo terminale collegato ad un nodo elettrico 395 interposto tra l?induttanza 385 ed il carico elettrico 110.

In alternativa, il diodo 360 del rettificatore 175 pu? essere sostituito con un interruttore attivo di rettifica 400 (ad esempio un MOSFET), cos? come illustrato in figura 34.

Entrambe queste forme di attuazione risultano particolarmente vantaggiose poich? consentono di creare transizioni ZVS e ZCS o, comunque, transizioni con basse correnti e basse perdite nel diodo 360 o, rispettivamente, nell?interruttore di rettifica 395.

E? da notare tuttavia che l?uso dell?interruttore di rettifica 400 al posto del diodo 360 permette di operare a frequenze pi? alte, ad esempio MHz, decine di MHz o centinaia di MHz e permette, tipicamente, di ridurre le perdite statiche.

Infatti, se si considera il caso esemplificativo di usare come interruttore 400 un transistor MOSFET di tipo N o GaN, ? possibile avere una bassa resistenza di canale, che consente di limitare le perdite rispetto ai diodi.

Grazie alla presenza dell?interruttore di rettifica 400, il circuito di figura 34 consente inoltre due tipi diversi di pilotaggio.

Un primo pilotaggio, ? quello che prevede di simulare con l?interruttore di rettifica 400 un diodo ideale, ossia accendendo l?interruttore di rettifica 400 quando la tensione sul drain scende sotto a 0V e spegnendolo quando la tensione sale sopra a 0V.

Un secondo possibile pilotaggio consiste nel riferire il segnale di pilotaggio dell?interruttore di rettifica 400 rispetto al segnale di pilotaggio dell?interruttore attivo 180 del generatore di onde 145, con uno sfasamento tra questi due segnali di pilotaggio variabile tra un valore minimo ed un valore massimo, al fine di regolare la potenza trasferita al carico elettrico 110.

A partire dagli schemi illustrati nelle figure da 31 a 34 ? poi possibile sviluppare delle soluzioni isolate, in cui la sorgente di tensione continua 105 ? posta in un circuito primario ed in cui il carico elettrico 110 ? posto in un circuito secondario, il quale ? galvanicamente isolato rispetto al circuito primario ma ? elettricamente accoppiato ad esso mediante un sistema di accoppiamento capacitivo.

Ad esempio, in figura 35 ? illustrato uno schema circuitale identico a quello di figura 32 ad eccezione del fatto che la capacit? di risonanza 230 ? suddivisa in due capacit? di risonanza 230A e 230B, le quali sono poste sul secondo ramo elettrico 220, rispettivamente tra il nodo elettrico centrale 215 del circuito risonante 200 ed il carico elettrico 110, ad esempio a monte del rettificatore 175, e tra il carico elettrico 110 ed il terminale 235 che ? collegato alla tensione di riferimento, ad esempio a valle del rettificatore 175.

Anche nel caso isolato, il rettificatore 175 potr? essere eventualmente realizzato come descritto in precedenza per il caso non isolato, con l?unica differenza che, come illustrato in figura 35, il secondo terminale dell?interruttore di rettifica 400, il secondo terminale delle capacit? 375 e 390 (se presenti) ed il secondo terminale del carico 110 sono tutti riferiti ad un nodo elettrico collegato alla seconda capacit? di risonanza 230B.

Naturalmente, anche in questo caso, l?interruttore di rettifica 400 potrebbe essere sostituito dal diodo 360, in modo analogo a quanto illustrato in figura 33.

A partire dagli schemi isolati sopra illustrati ? possibile sviluppare degli schemi concettualmente analoghi ma basati su un maggior numero di fasi, ad esempio ma non esclusivamente basati su due fasi, al fine di garantire maggiore potenza trasmessa al carico elettrico 110 a parit? di tensione.

Un esempio di questa soluzione ? illustrato in figura 36, in cui il sistema 100 comprende almeno due generatori di onde 145 sostanzialmente identici a quello illustrato in figura 31, ad eccezione del fatto che le capacit? di risonanza 230 di questi due generatori di onde 145 sono collegate ai capi opposti dell?unico carico elettrico 110, in modo da fungere anche da capacit? di isolamento.

Gli interruttori attivi 180 dei due generatori di onde 145 possono essere controllati da rispettivi segnali di pilotaggio, in modo tale da accendersi e spegnersi con la stessa frequenza ma non in fase tra loro, ovvero in modo tale che gli interruttori attivi 180 non siano sempre accesi o spenti contemporaneamente ma ci sia sempre almeno un piccolo lasso di tempo, all?interno di ogni periodo di funzionamento, in cui un interruttore attivo 180 ? acceso mentre l?altro interruttore attivo 180 ? spento e viceversa.

In questo modo, regolando opportunamente questo lasso di tempo, ovvero lo sfasamento tra i segnali di pilotaggio dei due interruttori attivi 180, ? vantaggiosamente possibile incrementare la potenza trasmessa al carico elettrico 110 a parit? di tensione di alimentazione, ridurre il ripple di tensione sul carico elettrico 110 e/o migliorare il fattore di potenza del circuito.

Qualora il livello di potenza da trasferire il carico elettrico 110 sia particolarmente elevato, ? altres? possibile comandare i due interruttori attivi 180 con segnali di pilotaggio in controfase tra loro, in modo tale che, quando un interruttore attivo 180 ? acceso, l?altro sia costantemente spento e viceversa, ottenendo una modalit? di funzionamento di tipo Push-Pull.

Anche in questo caso, tra le capacit? di risonanza 230 ed il carico 110 pu? essere eventualmente interposto un rettificatore 175, il quale pu? essere realizzato secondo una qualunque delle forme di realizzazione illustrate in precedenza o in qualunque altro modo.

Ad esempio, il rettificatore 175 pu? essere realizzato secondo una delle forme di attuazione illustrate nella domanda di brevetto italiana No. 102017000139734 depositata dalla stessa richiedente, la quale domanda di brevetto si intende inclusa per riferimento.

In particolare, come illustrato in figura 36, il rettificatore 175 pu? comprendere un primo ramo elettrico 500 atto a collegare una capacit? di risonanza e isolamento 230 con un nodo di riferimento 505, ossia riferito ad una tensione di riferimento, ed un secondo ramo elettrico 510 atto a collegare detto nodo di riferimento 505 con l?altra capacit? di risonanza e isolamento 230.

Il rettificatore 175 comprende inoltre un terzo ramo elettrico 515 atto a collegare un nodo intermedio 520 del primo ramo elettrico 500 con un nodo intermedio 525 del secondo ramo elettrico 510.

Su questo terzo ramo elettrico 515 sono poste due induttanze, di cui una prima induttanza 530 avente un terminale connesso con il nodo intermedio 520 ed una seconda induttanza 535 avente un terminale connesso con il nodo intermedio 252.

Gli opposti terminali di dette due induttanze 530 e 535 sono reciprocamente collegati in un nodo centrale 540 del terzo ramo elettrico 515.

Tra il nodo centrale 540 ed il nodo di riferimento 505 ? connesso il carico elettrico 110 ed, eventualmente, una capacit? 545 collegata in parallelo al carico elettrico 110.

Il rettificatore 175 comprende inoltre due interruttori attivi, di cui un primo interruttore attivo 550 disposto sul primo ramo elettrico 500, connesso tra il nodo intermedio 520 ed il nodo di riferimento 505, ed un secondo interruttore attivo 555 disposto sul secondo ramo elettrico 510, connesso tra il nodo intermedio 525 ed il nodo di riferimento.

In dettaglio, ciascun interruttore attivo 550 e 555 comprende un primo terminale di conduzione connesso al nodo di riferimento 505 e un secondo terminale di conduzione connesso al rispettivo nodo intermedio 520 o 525.

In aggiunta, ciascun interruttore attivo 550 e 555 comprende un terminale di controllo accoppiato ad un modulo di controllo (non illustrato) per ricevere un rispettivo segnale di pilotaggio.

Eventualmente, sul primo ramo elettrico 500, tra il nodo intermedio 520 ed il nodo di riferimento 505, pu? essere presente una ulteriore induttanza 560 collegata in serie all?interruttore attivo 550 e/o una capacit? di ponte 565 collegata in parallelo all?interruttore attivo 550.

Analogamente, sul secondo ramo elettrico 510, tra il nodo intermedio 525 ed il nodo di riferimento 505, pu? essere presente una ulteriore induttanza 570 collegata in serie all?interruttore attivo 555 e/o una capacit? di ponte 575 collegata in parallelo all?interruttore attivo 555.

Nel funzionamento, i due interruttori attivi 550 e 555 possono essere accesi e spenti in modo alternato, al fine di raddrizzare rispettive semionde dell?onda di tensione applicata tra le capacit? 230.

Ad esempio, ciascuno dei due interruttori attivi 550 e 555 pu? essere pilotato in modo da simulare un diodo ideale, ossia accendendolo quando la tensione nel rispettivo nodo intermedio 520 e 525 scende sotto a 0V e spegnendolo quando la tensione sale sopra a 0V.

In questo modo, il raddrizzatore 175 pu? essere configurato per raddrizzare l?onda di tensione di ingresso con modalit? analoghe a quelle di un raddrizzamento a doppia semionda basata su trasformatore a presa centrale, ma senza la necessit? di un elemento trasformatore, con capacit? di raddrizzamento sincrono particolarmente efficiente anche ad altissima frequenza e dunque con riduzione degli ingombri, dei costi e delle dissipazioni energetiche.

Naturalmente questo tipo di raddrizzatore 175 ? solo un esempio non limitativo che, peraltro, non ? applicabile solo al sistema secondo lo schema di figura 36 ma potrebbe essere applicato a tutte le altre forme di realizzazione nella presente trattazione.

Ci? premesso, si osserva che nelle forme di realizzazione isolate illustrate nelle figure 35 e 36, le due capacit? di risonanza/isolamento possono essere capacit? discrete, ossia dei componenti inseparabili comprendenti un primo terminale collegato al circuito primario ed un secondo terminale collegato al circuito secondario, in modo da realizzare un dispositivo unico e inscindibile, come ad esempio un alimentatore elettrico isolato.

In altre forme di realizzazione, ciascuna capacit? di risonanza/isolamento potrebbe tuttavia essere realizzata da una coppia di armature reciprocamente separabili, di cui una armatura di trasmissione collegata al circuito primario ed una armatura di ricezione collegata al circuito secondario.

In questo modo, il circuito primario, comprendente la sorgente di tensione continua 105, il generatore di onde 145 e le armature di trasmissione, pu? essere installato in un primo dispositivo, mentre il circuito secondario, comprendente almeno il carico elettrico 110, il rettificatore 175 e le armature di ricezione, pu? essere installato su un secondo dispositivo, fisicamente separato e mobile (allontanabile) rispetto al primo dispositivo.

Ad esempio, il primo dispositivo potrebbe essere configurato come una base di ricarica mentre il secondo dispositivo potrebbe essere un dispositivo da ricaricare o da alimentare, come uno smartphone, un computer portatile, un televisore e tanto altro.

In questo modo, avvicinando opportunamente il secondo dispositivo al primo dispositivo ? possibile accostare e affacciare ciascuna armatura di trasmissione ad una corrispondente armatura di ricezione, ricostituendo le capacit? di risonanza/isolamento che realizzano cos? un sistema di trasmissione wireless della potenza elettrica per via capacitiva.

In un dimensionamento alternativo dei circuiti illustrati nelle Figure da 31 a 36, le induttanze di risonanza 225 e 385 hanno valori induttivi molto pi? alti delle induttanze 355 e 365, in modo da avere tutti i vantaggi illustrati precedentemente e solo due induttori 355 e 365 di piccolissime dimensioni e attraversati da correnti caratterizzate da ampie variazioni nel tempo (alto rapporto tra corrente RMS e corrente media), mentre gli induttori 225 e 385 possono essere pi? grandi, al fine di limitare la corrente media in tutti i componenti comportandosi da generatori di corrente, e caratterizzati da basso ripple.

Questo tipo di dimensionamento garantisce ad esempio l?uso di piccoli induttori avvolti in aria per gli induttori 355 e 365, caratterizzati da alte oscillazioni della corrente al alta frequenza, e di induttori avvolti su nucleo ferromagnetico per gli induttori 225 e 385, caratterizzati da basso ripple di corrente utile a limitare le perdite nel nucleo.

In alternativa, tutti gli induttori possono essere avvolti in aria, purch? la frequenza di funzionamento sia sufficientemente alta da consentire dimensionamenti caratterizzati da piccoli valori di induttanza (decine o centinaia di nH).

Ovviamente a tutto quanto descritto un tecnico del settore potr? apportare numerose modifiche di natura tecnico-applicativa, senza per questo uscire dall?ambito dell?invenzione come sotto rivendicata.

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Claims (8)

RIVENDICAZIONI

1. Un sistema (100) per il trasferimento di potenza elettrica ad un carico elettrico (110), comprendente:

- una sorgente di tensione elettrica continua (105), ed

- almeno un generatore di onde (145) atto a convertire la tensione elettrica continua in onde di tensione da trasmettere al carico elettrico (110), detto generatore di onde (145) comprendendo un primo terminale di ingresso (150) ed un secondo terminale di ingresso (155), i quali sono collegati alla sorgente di tensione elettrica continua (105) in modo da essere sottoposti ad una differenza di tensione sostanzialmente costante fornita dalla sorgente di tensione elettrica continua (105) stessa,

in cui detto generatore di onde (145) comprende almeno:

- un interruttore attivo (180) provvisto di due terminali di collegamento (185, 190) e atto ad essere comandato da un segnale elettrico di pilotaggio tra una condizione di saturazione, in cui consente il passaggio di corrente elettrica tra detti terminali di collegamento (185, 190), ed una condizione di interdizione, in cui impedisce detto passaggio di corrente elettrica, ed - un circuito risonante (200) accordato per ridurre la potenza elettrica applicata a detto interruttore attivo (180) negli istanti in cui detto interruttore attivo commuta dalla condizione di saturazione alla condizione di interdizione e viceversa,

in cui detto circuito risonante (200) comprende almeno:

- un nodo elettrico centrale (215) al quale ? collegato un primo terminale di collegamento (185) dell?interruttore attivo (180), il secondo terminale di collegamento (190) dell?interruttore attivo (180) essendo collegato al secondo terminale di ingresso (155),

- un primo ramo elettrico (205) estendentesi tra detto nodo elettrico centrale (215) ed il primo terminale di ingresso (150),

- un secondo ramo elettrico (220) estendentesi tra detto nodo elettrico centrale (215) ed il primo terminale di ingresso (150) oppure tra detto nodo elettrico centrale (215) ed un ulteriore terminale (235) collegato ad una tensione di riferimento,

- una induttanza di risonanza (225) posta sul primo ramo elettrico (205), ed - una capacit? di risonanza (230) posta sul secondo ramo elettrico (220), in cui il sistema (100) comprende un ramo elettrico di connessione (240) estendentesi tra il nodo elettrico centrale (215) del circuito risonante (200) ed il primo terminale di ingresso (150) oppure tra il nodo elettrico centrale (215) ed un ulteriore terminale (245) collegato ad una tensione di riferimento, il carico elettrico (110) essendo collegato a detto ramo elettrico di connessione (240), in modo che il ramo elettrico di connessione (240) sia atto ad assorbire energia elettrica attiva in virt? del carico elettrico (110) ad esso collegato.

2. Un sistema (100) secondo la rivendicazione 1, in cui il carico elettrico (110) ? posto sul ramo elettrico di connessione (240).

3. Un sistema (100) secondo la rivendicazione 2, in cui in il carico elettrico (110) ? posto in un circuito secondario, il quale ? galvanicamente isolato dal ramo elettrico di connessione (240) a cui ? elettricamente collegato mediante accoppiamento capacitivo o induttivo.

4. Un sistema (100) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, comprendente almeno due di detti generatori di onde (145), i quali sono configurati per trasmettere al carico elettrico onde di tensione sfasate tra loro.

5. Un sistema (100) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, comprendente un rettificatore (175) atto a ricevere l?onda di tensione generata dal generatore di onde (145), a convertire detta onde di tensione in una tensione rettificata e ad applicare detta tensione rettificata al carico elettrico (110).

6. Un sistema (100) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui la sorgente di tensione continua (105) comprende un rettificatore atto a ricevere in ingresso una tensione alternata e a convertire detta tensione alternata nella tensione continua.

7. Un sistema (100) secondo una qualunque delle rivendicazioni precedenti, in cui detto circuito risonante (200) comprende una capacit? di tank (350) collegata in parallelo all?interruttore attivo (180).

8. Un sistema (100) secondo la rivendicazione 7, in cui il circuito risonante (200) comprende una induttanza (355) posta in serie tra il nodo elettrico centrale (215) e l?interruttore attivo (180).