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PFC Correzione del fattore di potenza: un’operazione indispensabile Calcoli matematici relativamente complessi dimostrano che la moltiplicazione di due forme d’onda sinusoidali può produrre solamente un valore maggiore di zero nel caso le frequenze siano le stesse. Da ciò si può dedurre che le correnti armoniche non forniscono alcun contri- buto alla potenza di uscita utile del sistema e per tale mo- tivo dovrebbero essere ridotte o eliminate. Questo è esattamente l’approccio adottato da EN 61000- 3-2, che può essere considerato lo standard di riferimento per la correzione del fattore di potenza. Come previsto anche da molte delle moderne specifiche che regolano l’efficienza energetica, come quelle del programma Ener- gy Star messo a punto dall’agenzia EPA ( Environmental Protection Agency ) statunitense, EN 61000-3-2 si pone l’obiettivo di ridurre la distorsione armonica totale delle forme d’onda di corrente mediante l’imposizione di limi- ti molto severi per le correnti armoniche dalla seconda alla quarantesima. L’approccio più comunemente adotta- to per implementare la correzione del fattore di potenza prevede l’integrazione di uno stadio attivo tra il rettifica- tore a ponte e il condensatore bulk utilizzando uno dei numerosi schemi di controllo dei controllori PFC dispo- nibili sul mercato. Probabilmente lo schema di controllo più diffuso è la modalità CCM (Continuous Conduction Mode) che opera a frequenza fissa e di solito viene utiliz- zata per sistemi a elevata potenza (> 300 W). Una valida alternativa è rappresentata dal controllo CrM (Critical Conduction Mode) che prevede l’avviamento di un nuo- vo ciclo di commutazione nel momento in cui la corrente dell’induttore va a zero, evitando in tal modo il ricorso a un diodo a recupero veloce. Ciò permette di ridurre i costi del sistema anche se dà origine a una frequenza di commutazione variabile. La modalità CrM è molto diffusa nelle applicazioni a bassa potenza come ad esempio quel- le di illuminazione. Ulteriori miglioramenti apportati agli schemi di controllo PFC si pongono l’obiettivo di conse- guire livelli di efficienza ancora più elevati, come ad esem- pio l’aggancio della frequenza operativa all’interno di un intervallo definito. Alcuni schemi di controllo prevedono invece la possibilità di cambiare la modalità di conduzio- ne in risposta a variazioni del carico allo scopo riuscire a ottenere il livello di efficienza ottimale. Soluzioni PFC disponibili: alcuni esempi Anche se è possibile progettare un meccanismo per la correzione del fattore di potenza partendo da zero utiliz- zando componenti discreti, si tratta di un’opzione scarsa- mente utilizzata. La maggior parte dei progettisti preferi- sce ricorrere a circuiti integrati di controllo standard che integrano lo schema di controllo PFC. Il controllore di illuminazion e FL7921R ope rante in modalità CrM di ON Semiconductor è un dispositivo ad alto grado di integra- zione che abbina un controllore PFC con un controllore PWM di tipo QR (Quasi Resonant). Esso adotta una tec- nica di controllo del tempo di on (on-time) per fornire un’uscita in continua (DC) regolata, eseguendo una cor- rezione naturale del fattore di potenza. Questo integra- to include un circuito di ottimizzazione della distorsione armonica totale che riduce la distorsione della corrente di uscita durante l’attraversamento dello zero, con conse- guente miglioramento del fattore di potenza. La funzione PFC è sempre attiva per garantire l’ottimizzazione del fat- tore di potenza in ogni istante, inclusi i momenti in cui sono presenti carichi di valore ridotto. Espressamente concepito per convertitori boost PFC di potenza più elevata, utilizzati in applicazioni quali sistemi di saldatura , motori industrial i, caricabatterie e alimen- tatori, il m od. STNRGPFx2 di STMicroelectronics è un controllore digitale PFC operante in modalità CCM inter- lacciata (interleaved) a due canali. Questo dispositivo a frequenza fissa è in grado di pilotare due canali PFC inter- lacciati e include la limitazione della corrente di spunto, oltre a funzioni più sofisticate come a esempio il funzio- namento in modalità “phase shedding” (che prevede la selezione del numero di fasi da attivare in base al carico). Il controllore può essere configurato in modo semplice e rapido mediante il tool eDesignSuite di STMicroelec- tronics. La gestione e il controllo del fattore di potenza è la chiave di volta per migliorare l’efficienza in tutte le condizioni operative, anche quelle che prevedono carichi ridotti, solitamente caratterizzate da livelli di efficienza molto bassi. Complice la necessità di soddisfare specifiche sempre più severe in termini di efficienza, un’adeguata correzione del fattore di potenza è ora un requisito fonda- mentale in quanto sia i consumatori sia le aziende hanno da un lato acquisito una maggiore consapevolezza degli effetti negativi degli sprechi energetici sull’ambiente e dall’altro sono sempre più attenti al contenimento delle spese operative. Fortunatamente sul mercato sono dispo- nibili numerosi controllori ad alto grado di integrazione che consentono ai progettisti di implementare in modo molto semplice un’ampia gamma di schemi PFC sofistica- ti in grado di soddisfare le loro specifiche esigenze. Il controllore PFC di tipo interleaved a doppio canale STNRGPFx2 di STMicroelectronics. Nella figura è riportato anche il mod. STNRGPF12 in cui il controllo della corrente di spunto è implementato mediante una soluzione a stato solido basata su un rettificatore controllato al silicio (Fonte: STMicroelectronics) XIX POWER 25 - MAGGIO 2021