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XVII POWER 25 - MAGGIO 2021 PFC Utilizzo dell’energia e livelli di efficienza sono due para- metri sottoposti a un controllo via via più rigoroso sia da parte sia dei consumatori, sempre più preoccupati per l’’aumento delle bollette, sia da parte delle imprese, che cercano di contenere le loro spese operative che tendo- no a crescere in maniera vertiginosa. Senza dimenticare l’aspetto ecologico, sempre più critico, frutto della con- sapevolezza del fatto che dispositivi inefficienti generano dispersione di calore, con tutte le conseguenze negative sull’ambiente imputabili a questo fenomeno. Nel settore dell’elettronica di potenza, l’efficienza di con- versione è sempre stato un argomento oggetto di parec- chie discussioni e uno dei parametri principali riportato su ogni datasheet. Nel tentativo di aumentare la perce- zione di efficienza dei loro dispositivi, i produttori di ali- mentatori hanno sempre cercato di fornire il numero più favorevole, spesso sintetizzato in un’unica cifra ottenuta in condizioni pari all’80% del pieno carico. A questo pun- to è utile sottolineare che nelle applicazioni pratiche la potenza assorbita potrebbe non essere quella prevista da questa condizione di carico. I carichi possono variare in maniera significativa, in fun- zione delle modalità di utilizzo e, nelle con- figurazioni ridondanti, la potenza assorbita dovrà sempre essere di gran lunga inferio- re (eccetto nel caso in cui si verifichino malfunzionamenti). Ciò significa che l’effi- cienza effettiva del sistema può essere mol- to minore rispetto al valore indicato nei datasheet. Consapevoli della serietà della situazione, Enti normatori, gruppi indu- striali e agenzie governative hanno emana- to nuove linee guida relativamente ai con- sumi di energia. Tali linee guida fanno di solito riferimento a curve di efficienza che impongono livelli di efficienza minimi accettabili per tutti i carichi operativi, dal 20% a pieno carico. Di conseguen- za i progettisti sono stati in grado di analizzare i blocchi base fondamentali all’interno di un sistema di potenza al fine di identificare i punti in cui si verificavano le perdi- te e intervenire per eliminarle, in modo da assicurare la conformità alle nuove linee guida relative all’efficienza. La correzione del fattore di potenza (PFC - Power Factor Correction) è fondamentale per affrontare il problema legato alle fonti di potenziali perdite e quindi deve essere realizzata in modo appropriato. Le perdite nei sistemi di potenza Un sistema privo di perdite sarà ovviamente caratterizzato da un livello di efficienza ideale ma, nonostante le elevate prestazioni offerte dai moderni dispositivi di commuta- zione a semiconduttore, durante il funzionamento vi sa- ranno sempre perdite che contribuiranno a ridurre l’ef- ficienza. Nei sistemi di potenza è necessario tener conto sostanzialmente di due tipi di perdite: di commutazione e di conduzione. Le perdite di conduzione includono quel- le imputabili alla tensione diretta dei diodi del ponte, che risultano proporzionali alla potenza del sistema, e quelle dovute alla on-resistance (ovvero la resistenza tra drain e source nello stato di ON) dei dispositivi di com- mutazione come MOSFET e IGBT. Queste ultime sono direttamente proporzionali al quadrato della potenza complessiva del si- stema. Poiché esse tendono ad aumentare con la potenza erogata, avranno un effetto maggiore nelle situazioni in cui il funziona- mento si avvicina a quello a pieno carico. Solitamente l’attenzione è focalizzata su scenari di questo tipo. Correzione del fattore di potenza: l’elemento chiave per raggiungere nuovi traguardi di efficienza La gestione e il controllo del fattore di potenza permettono di migliorare l’efficienza in tutte le condizioni operative, anche quelle che prevedono carichi ridotti, solitamente caratterizzate da livelli di efficienza molto bassi Mark Patrick Mouser Electronics Power Il controllore di illuminazione FL7921R di ON Semiconductor con controllo in current-mode quasi-risonante (Fonte: ON Semiconductor)