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EO POWER - GENNAIO/FEBBRAIO 2022 XVI aumentare l’efficienza del convertitore AC-DC: il livello più severo dello standard “80+ Titanium” impone livelli di efficienza fino al 96%conun ingresso di 230VAC (conun carico del 50%). In linea generale è ammessa una perdita del 2% per lo stadio DC-DC, lasciando in tal modo solo il 2% per la rettificazione di linea e lo stadio PFC, ma oltre l’1% viene facilmente perso nel solo rettificatore a ponte, percentuale che arriva fino all’1,7% quando si opera con i più bassi valori di tensioni di ingresso accettabili (low line). Per questo motivo è stata sviluppata una tecnica più efficiente, denominate TPPFC (Totem Pole PFC) che non prevede l’uso del ponte. Dallo schema riportato nella parte destra di figura 1 si può osservare che il diodo boost è stato sostituito da un rettificatore sincrono, consentendo al transistor boost e al diodo boost, Q1 e Q2, di scambiarsi i ruoli in funzione delle polarità dell’alimentazione di rete. In questo modo ora sono necessari solo due diodi per raddrizzare la tensione di linea. Spesso possono anche essere rettificatori sincroni (Q3 e Q4 di figura 1) per garantire una maggiore efficienza. Nel caso di commutatori privi di perdite, induttore ideale e assenza di cadute di tensione sul diodo, l’efficienza di un circuito TPPFC può avvicinarsi al 100%. I commutatori reali, tuttavia, sono caratterizzati da perdite di conduzione e di commutazione e sebbene sia possibile ricorrere a MOSFET con valori ridottissimi di on- resistance (anche in parallelo) per ottenere basse perdite di conduzione, vi sarà inevitabilmente un incremento delle perdite dinamiche. Per cui è necessario individuare un compromesso. Le perdite dinamiche sono in larga parte ascrivibili al recupero inverso del MOSFET che opera come rettificatore sincrono boost. Le perdite hanno origine quando il suo diodo intrinseco (body diode) conduce durante il tempo morto (dead time) di commutazione, oltre che dalla carica/scarica della capacità di uscita del commutatore. Le ricadute sull’efficienza possono essere così rilevanti da precludere l’utilizzo di MOSFET di silicio, anche del tipo a “supergiunzione”, nel circuito quando opera in modalità CCM. Di conseguenza, è necessario prendere in Fig. 1 – Schemi di circuiti PFC di tipo totem pole tradizionale (sinistra) e “senza ponte” (destra) considerazione l’opportunità di ricorrere a commutatori WBG (Wide Band Gap) realizzati utilizzando come materiali il carburo di silicio (SiC) o il nitruro di gallio (GaN). La modalità CCM (Continuous Conduction Mode) rappresenta sicuramente il migliore approccio per potenze elevate poiché le correnti nell’induttore e di commutazione di picco possono essere impostate a un valore ridotto, riducendo in tal modo i valori rms e mantenendo basse le perdite nel nucleo dell’induttore e per conduzione. Questa modalità, però, è di tipo “hard switching” per cui gli effetti del recupero inverso e della capacità di uscita si abbinano provocando perdite dinamiche elevate. Per basse potenze, la modalità DCM (Discontinuous Conduction Mode) è caratterizzata da ridotte perdite in fase di accensione (turn-on) in quanto la corrente del diodo boost è praticamente nulla e la carica da recuperare è trascurabile. In ogni caso le correnti rms e di picco possono risultare ingestibili provocando elevate perdite nel nucleo e ohmiche (ovvero la dissipazione nel resistore), per cui questa modalità non è utilizzabile in caso di potenze elevate. Modalità di conduzione critica: un buon compromesso Il funzionamento in modalità di conduzione critica (CrM - Critical Conduction Mode) rappresenta un buon compromesso, utilizzabile per potenze di alcune centinaia di Watt (o anche più elevate utilizzando l’interleaving). In questa modalità la frequenza di commutazione viene variata in modo da “costringere” il circuito a funzionare ai limiti tra le modalità CCM e DCM al variare della tensione di linea o della corrente di carico. In questo modo è possibile ottenere basse perdite in fase di accensione mentre la corrente di picco è superiore di un fattore pari a 2 rispetto alla corrente media, in modo mantenere le perdite del nucleo e di conduzione a valori accettabili (Fig. 2). Fig. 2 – Forma d’onda della corrente dell’induttore boost dello stadio PFC in modalità CrM (conduzione critica) Power