29
- ELETTRONICA OGGI 437 - GIUGNO 2014
POWER
DPA
lizzate le funzionalità di queste tre sezioni
e saranno presentati alcuni prodotti da
utilizzare in fase di progetto.
Alimentatori AC/DC Front End
Per il trasporto e la distribuzione
dell’energia elettrica su lunghe distanze
in Europa e nel mondo si utilizzano
prevalentemente linee elettriche in
alta tensione e in AC. Questo sistema,
introdotto da Tesla-Westinghouse è
stato scelto per motivi di praticità ed
economicità. Gli attuali circuiti elettronici,
invece, richiedono una corrente continua
(DC) per il loro funzionamento. Quindi
è necessario trasformare la corrente
alternata che viene fornita dalla rete (sotto forma di sinusoide
a fase singola con una frequenza di 50 Hz – Europa – o 60
Hz - Stati Uniti) in una corrente continua. Il concetto della
conversione AC/DC non è particolarmente complesso. Mediante
un trasformatore di tipo step-down è possibile ridurre il valore
della tensione di rete a un valore inferiore: la sinusoide di
ampiezza ridotta viene trasferita a un raddrizzatore a ponte
che produce una forma d’onda formata dalle sole semionde
positive caratterizzata da un valore di tensione in continua pari
all’ampiezza della forma d’onda in AC: a valle del raddrizzatore
è presente un condensatore che si occupa del livellamento di
questa forma d’onda. La tensione così livellata viene trasferita
a un convertitore DC/DC che permette di ottenere la tensione
del bus DC per il sistema. Valori tipici per i front end AC/DC
sono 48 V per sistemi telecom, 12 e 24 V per server utilizzati in
applicazioni datacomm e persino 400 V DC per alcuni apparati
usati in ambito datacomm e medicale.
Nel caso della conversione AC/DC i problemi da affrontare
sono il filtraggio armonico e la correzione del fattore di potenza
(PFC – Power Factor Correction). Per un dato alimentatore
AC/DC il fattore di potenza si può definire come la quantità di
potenza che viene erogata al carico (potenza attiva) rispetto
alla potenza apparente che viene fornita dalla rete. In pratica
è una misura della potenza dissipata. Oltre a ciò è anche una
misura della distorsione armonica, ascrivibile in larga misura al
fatto che la forma d’onda della corrente AC di ingresso assume
un andamento non sinusoidale e risulta sfasata rispetto alla
forma d’onda della tensione AC di ingresso durante le fasi di
raddrizzamento e livellamento. Un basso valore del fattore
di potenza (il valore ideale per il PFC sarebbe 1) comporta
numerosi svantaggi: impossibilità da parte dell’Ente erogatore
di far pagare la potenza reattiva (ovvero che non si trasforma)
consumata, possibilità di iniezioni di armoniche nella rete
che potrebbero causare interruzione del servizio, rischi per
la sicurezza causati dalla vibrazione delle apparecchiature
imputabili a queste armoniche.
La correzione del fattore di potenza e il filtraggio armonico non
sono più quindi da considerarsi alla stregua di suggerimenti da
seguire per una corretta progettazione, ma sono ora contemplati
da standard e regolamenti, come ad esempio EN/IEC61000-3-2,
che includono norme precise per prodotti che consumano più
di 75W. A livello internazionale, le nuove regole riguardanti la
potenza impongono un fattore di potenza pari ad almeno 0,9,
oltrea limitazioni inerenti ladistorsionearmonica totale. Ilmetodo
più semplice per la correzione del fattore di potenza, ovvero
quello che prevede l’aggiunta di un filtro capacitivo all’ingresso
in AC, non permette di ottenere un PFC superiore a 0,7 e
garantisce risultati migliori solo in presenza di carichi costanti.
La necessità di imporre requisiti sempre più severi in termini
di PCF, compresa la possibilità di supportare variazioni rapide
e di notevole entità del carico, come nel caso dei più recenti
dispositivi a semiconduttore, richiede l’uso della correzione
attiva del fattore di potenza attraverso l’implementazione di un
convertitore boost tra il raddrizzatore a ponte e il condensatore
di livellamento.
Nel momento in cui aumentano i requisiti per quel che riguarda
il PFC, anche gli standard relativi all’efficienza diventano più
stringenti, anche se la correzione del fattore di potenza penalizza
l’efficienza. Un numero crescente di normative specifiche
imponeunelevato livellodi efficienzadell’alimentatore sull’intero
intervallo di carico, ovvero dal pieno carico al 10% del carico.
La necessità di mantenere il passo con l’evoluzione delle
normative e di garantire una maggiore densità di potenza a
prezzi sempre più competitive richiede la ricerca di soluzioni
atte a semplificare la fase di progetto. Fortunatamente
sono disponibili numerosi moduli di alimentazione AC/DC
completi che facilitano il progetto della sezione di front end
di un’architettura DPA: alcuni di essi sono sintetizzati nella
Fig. 2 – BMR456 è un IBC in formato ¼ brick completamente regolato proposto da Ericsson
