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XVIII Power POWER 25 - MAGGIO 2021 La seconda tipologia di perdite è rappresentata dalle perdite di commutazione. Per soddisfare le richieste del mercato i progettisti sono impegnati ad aumentare i livelli di densità di potenza e ridurre le dimensioni del sistema, il che comporta un incremento della frequenza di com- mutazione, grazie alla quale è possibile diminuire le di- mensioni dei componenti magnetici integrati nel sistema. Le perdite di commutazione sono correlate alla costante ricarica delle capacità parassite (come quelle presenti nei gate dei dispositivi di commutazione). Esse sono propor- zionali alla frequenza di commutazione e costanti sull’in- tero range di potenza operativa. Tali perdite tendono a essere predominanti ai livelli di potenza più bassi, dove possono influenzare significativamente l’efficienza del si- stema. Efficienza: il ruolo chiave del PFC Tutta la potenza che le società erogatrici del servizio forni- scono in rete si presenta sotto forma di corrente alternata (AC) e la forma d’onda della tensione è sempre sinusoi- dale. Forma e fase della forma d’onda della corrente non sono invece necessariamente sinusoidali e sono determi- nate dal carico che deve essere alimentato. Per il carico più semplice, ovvero quello puramente resistivo, che può essere rappresentato da un elemento riscaldante, la cor- rente di carico è in fase con la tensione e rimane sinu- soidale. In questo caso per calcolare la potenza erogata è sufficiente moltiplicare tensione e corrente. Altri tipi di carico, come a esempio i motori, possono includere com- ponenti reattivi di tipo induttivo o capacitivo. In questo caso la forma d’onda della corrente rimane sinusoidale, ma risulterà sfasata rispetto alla tensione e l’entità dello sfasamento sarà determinata dal valore della reattanza del carico. Poiché nel calcolo della potenza sarà necessario tener conto dello sfasamento, la potenza reale (o effettiva, ovvero quella realmente consumata dal carico) è determi- nata dall’equazione: Potenza reale = V * I * cos( ) In questa equazione rappresenta l’angolo di fase tra le forme d’onda della tensione e della corrente e cos( ) è noto come fattore di spostamento (displacement fac- tor). Nel caso di carichi resistivi, la corrente e la tensione sono in fase e cos( ) avrà un valore pari a 1: la potenza reale sarà quindi semplicemente il valore tra questi due parametri. Purtroppo, nel mondo reale i carichi sono solitamente più complessi, specialmente nel caso in cui il carico è rappresentato a esempio da un alimentatore SMPS (Switched-Mode Power Supply). Questi dispositivi solitamente prevedono un rettificatore a ponte di diodi e un condensatore di tipo bulk (per la corrente di spunto) e per tale motivo la corrente non ha più un andamento si- nusoidale ma si presenta sotto forma di una serie di brevi impulsi (spike). Poiché la forma d’onda è distorta e non è più di tipo si- nusoidale, la potenza reale viene calcolata utilizzando un “fattore di distorsione” (cos( )) che è correlato alla di- storsione armonica totale (THD) della forma d’onda. Per questo motivo, nei sistemi in cui corrente e tensione sono in fase ma la forma d’onda della corrente non è sinusoida- le, la potenza reale sarà data dall’equazione: Potenza reale = V * I * cos( ) Qualora la forma d’onda della corrente risulti sia sfasa- ta sia distorta, lo scenario tende a complicarsi. In questo contesto occorre tener conto di entrambi i fattori, spo- stamento e distorsione, per cui la potenza reale sarà data dall’equazione: Potenza reale = V * I * cos( ) * cos( ) Il fattore di potenza di qualsiasi sistema è semplicemente il prodotto tra i due fattori, ovvero: Fattore di potenza = cos( ) * cos( ) In pratica ciò significa che maggiore è la differenza di fase tra tensione e corrente, o più distorta è la forma d’onda della corrente, minore sarà il fattore di potenza e di con- seguenza la potenza reale. Siccome il fattore di potenza influenza anche l’efficienza, si tratta di un parametro che i progettisti che operano nel settore della potenza devono tenere nella massima considerazione. Fig. 2 – Schema a blocchi funzionale di FL7921R (Fonte: ON Semiconductor)