EON_637

EON EWS n . 637 - GENNAIO 2020 25 sumo energetico globale e sulle emissioni di gas serra. Tra i dispositivi su semicon- duttore che possono aiutare a raggiungere questi obiet- tivi vi sono i microcontrol- lori dedicati e i driver per il controllo del motore (MCD), che offrono funzionalità inte- grate per ottimizzare le pre- stazioni delle applicazioni di controllo del movimento. Toshiba , ad esempio, ha sviluppato MCU con un’”unità vettoriale” inte- grata (VE - Vector Engine) che consente ai progetti- sti di implementare il con- trollo orientato al campo (FOC). Il FOC è un approc- cio matematico che ovvia alla scarsa precisione alle basse velocità del control- lo trapezoidale, superando al contempo l’inefficienza del controllo sinusoidale al- le alte velocità. Il FOC non solo è efficiente a tutte le velocità del motore ma, poi- ché è una tecnologia senza sensori, permette anche di eliminare lo spazio, il peso e l’energia consumata da un encoder rotativo. Infine, realizzando le complesse equazioni di controllo vet- toriale FOC in un’unità har- dware dedicata con firmwa- re personalizzabile, la VE garantisce l’esecuzione stabile e prevedibile del co- dice senza i carichi di ela- borazione (e i relativi requi- siti di alimentazione) tipici degli approcci più conven- zionali basati su software. Tra le tecnologie che ora sono “incorporate” nei bloc- chi MCD dedicati figurano il controllo intelligente della fase e il controllo attivo del guadagno. Il primo aiuta a migliorare l’efficienza dei motori DC senza spazzole (BLDC) dei tipi di motori co- munemente utilizzati oggi negli elettrodomestici e nei sistemi industriali, tra cui quelli di pompe e ventilatori. Il secondo è pensato per i motori passo-passo utiliz- zati in applicazioni che ri- chiedono un controllo preci- so della posizione come gli sportelli bancomat, i distri- butori automatici, le stam- panti e i robot industriali. La tecnologia intelligente di controllo della fase risolve il problema della riduzione dell’efficienza degli aziona- menti in presenza di velo- cità di rotazione più eleva- te. Quest’ultimo è dovuto all’impedenza degli avvolgi- menti del motore, che porta ad un graduale incremen- to della differenza di fase tra tensione e corrente con l’aumento della velocità del motore. Le tecniche di con- trollo intelligente della fase regolano automaticamente e in tempo reale l’angolo verticale all’interno dell’a- nello di controllo del mo- tore (in base al confronto tra la corrente del motore e l’angolo del rotore fornito dai sensori a effetto Hall). Ciò garantisce un funzio- namento ottimale in tutta la gamma di velocità, sen- za dover effettuare misu- re complesse o sviluppare software in fase di progetto delle applicazioni. Il controllo preciso del mo- tore passo-passo richie- de che il motore non va- da in stallo, in quanto ciò comporta una perdita di sincronizzazione. Il modo tradizionale di prevenire lo stallo è quello di applica- re un margine di corrente costante, che produce un effetto a cascata sull’effi- cienza complessiva, con l’energia inutilizzata che viene dissipata sotto forma di calore. Il controllo attivo del guadagno (AGC) è una tecnologia di prevenzio- ne dello stallo che risolve questo problema grazie ad un sistema di controllo ad anello chiuso. Questo siste- ma compensa le variazioni di coppia del motore appli- cando la corrente esatta ri- chiesta dall’applicazione in ogni momento. È stato di- mostrato che la tecnologia AGC è in grado di ridurre il consumo di energia di ben il 30% rispetto alle soluzioni convenzionali di controllo dei motori passo-passo. Un supporto all’energia rinnovabile I semiconduttori possono anche contribuire a miglio- rare la gestione comples- siva dell’alimentazione e a ridurre le emissioni giocan- do un ruolo importante nei sistemi ad energia rinnova- bile. Un esempio è dato da un approccio innovativo per migliorare le prestazioni de- gli inverter utilizzati per con- vertire l’uscita in continua dei pannelli fotovoltaici in corrente alternata richiesta dalla rete elettrica. Questo approccio si basa sull’appli- cazione di un metodo, noto come blocco inverso sincro- no avanzato (A-SRB), ai se- miponti spesso utilizzati ne- gli inverter. Le tecniche con- venzionali di SRB riducono le perdite di commutazione causate dal blocco della carica di recupero inverso (Qrr) attraverso il diodo di ricircolo, mediante l’aggiun- ta di un secondo transistor di commutazione in serie con lo switch principale. La tecnica A-SRB compie un ulteriore passo avanti mi- nimizzando anche l’effetto della carica della capacità di uscita (C OSS ) sulle per- dite di commutazione. Ciò è ottenuto precaricando lo switch principale a una ten- sione inferiore, utilizzando una pompa di carica nell’IC gate driver. Toshiba ha sviluppato una soluzione a livello di siste- ma per inverter fotovoltaici con una potenza di uscita fino a 5 kW che si basa su un ponte a inverter con tec- nologia A-SRB, un micro- controllore per il controllo dell’intero sistema e due circuiti integrati analogici di front-end (AFE) per il con- trollo sia degli stadi di in- gresso del convertitore DC/ DC sia l’inverter in uscita. Oltre agli inverter fotovol- taici, la nuova topologia del circuito A-SRB può esse- re applicata anche ad altre applicazioni di conversione di potenza, tra cui i sistemi UPS, la conversione DC/ DC, la correzione del fattore di potenza (PFC) e gli azio- namenti dei motori. Bibliografia Analisi dei consumi finali totali per settore dell’Agenzia Internazionale per l’Energia , pagina 41, Key World Energy Statistics 2017: https://www.iea.org/publications/ f r e e p u b l i c a t i o n s / p u b l i c a t i o n / KeyWorld2017.pdf Enerdata Global Statistical Yearbook 2018 : https://yearbook.enerdata.net/elec- tricity/electricity-domestic-con- sumption-data.html Il controllo attivo del guadagno (AGC) è una tecnologia di prevenzione dello stallo in grado di ridurre il consumo di energia di ben il 30% rispetto alle soluzioni convenzionali di controllo dei motori passo- passo La tecnica A-SRB permette di minimizzare anche l’effetto della carica della capacità di uscita (C OSS ) sulle perdite di commutazione T ECNOLOGIE