Raddrizzatore monofase a doppia semionda con filtro capacitivo
Nel caso di carichi lineari, a parità di potenza attiva erogata, la corrente (sinusoidale) assorbita dalla
sorgente è minima quando la corrente è in fase con la tensione
Nel caso di carichi non lineari, a parità di potenza attiva erogata, la corrente (distorta) assorbita dalla
sorgente è minima quando la della corrente è in fase con la tensione ed ha la stessa forma d’onda
Normative europee
EN 61000-3
Si applicano a dispositivi con assorbimento (per fase) fino a 16A
connessi sia a reti monofase (220-240V – 50Hz) che a reti trifase
(380-415V).
Classe A
Dispositivi e carichi trifase equilibrati, nonchè ogni dispositivo che
non ricade nelle altre classi.
Classe B
Dispositivi elettronici portatili
(stesse limitazioni della classe A moltiplicate per un fattore 1.5).
Classe C
Dispositivi elettronici per sistemi di illuminazione.
Classe D
Dispositivi elettronici e carichi monofase non compresi nelle classi
BeC
Limiti Classe A
Limiti Classe C
Limiti Classe D
Trasferimento di Potenza
Tensione e Corrente non Isofrequenziali
Potenza media nulla
Tensione e Corrente Isofrequenziali
Potenza media non nulla
Fattore di Potenza
Carico non lineare – Tensione sinusoidale
Raddrizzatore Ideale
Raddrizzatore Ideale
Power Factor Control
Power Factor Control
Per realizzare un PFC è necessario impiegare convertitori DC/DC con cui sia
possibile
ottenere,
almeno
idealmente,
valori
infiniti
del
rapporto
di
trasformazione (negli istanti in cui sen( t)=0). Ciò esclude il Buck e tutti i sui
derivati.
Un PFC assorbe potenza dalla rete una potenza variabile all’interno di un periodo, deve però
fornire in uscita una potenza costante al carico. Per ottenere un tal funzionamento è necessario
interporre tra il PFC ed il carico un elemento in grado di immagazzinare energia.
PFC
L’energia immagazzinata o ceduta dal volano energetico deve essere pari alla differenza tra la
potenza assorbita dalla rete e quella ceduta al carico.
La banda passante del regolatore di potenza assorbita deve essere
sufficientemente bassa, se così non fosse verrebbero infatti generate
armoniche indesiderate sulla corrente di rete.
Nel caso ideale di un sistema di controllo a banda passante infinita si
avrebbe:
La
banda
passante
del
regolatore
di
tensione
deve
essere
inoltre
limitata
superiormente in modo tale che il sistema di controllo non amplifichi l’inevitabile
ripple a frequenza doppia della frequenza di alimentazione.
La presenza del condensatore-volano e la limitata banda passante del regolatore di
tensione non permettono ad un circuito PFC di raggiungere le prestazioni dinamiche
richieste da una applicazionw SMPS(Switch Mode Power Supply). Per tale ragione viene
aggiunto in uscita al PFC uno stadio di regolazione della tensione.
Power Factor Control
La struttura PFC più semplice impiega un convertitore DC/DC boost.
Ripple della corrente che attraversa L:
Valor medio della corrente che attraversa L:
Il funzionamento è continuo se:
Funzionamento continuo
(
)
Funzionamento discontinuo
All’interno dei precedenti limiti il funzionamento, in un periodo, è
continuo quando la tensione di alimentazione si avvicina al valore di
picco e discontinuo quando la tensione di alimentazione tende a zero.
Controllo a doppio anello (modo continuo)
con tale configurazione si ottiene:
e’ inoltre facile ottenere rendimenti attorno al 95% in applicazioni da 1 kW.
Controllo a doppio anello (modo continuo)
La resistenza vista dalla rete vale
Controllo a singolo anello (modo discontinuo)
~
~
Controllo semplice
Rendimento peggiore
Per le sue caratteristiche l’automatic current shaping è adatto solo ad
applicazioni con potenze inferiori a 200W.
Se v(t) è sufficientemente più alta di vg(t) la corrente media d’ingresso risulta
essere ‘automaticamente’ proporzionale alla tensione (automatic current
shaping).
Confronto tra topologie PFC Boost e PFC Flyback
Boost
~
Minima corrente (RMS) sul transistor
~
Massimo rendimento
~
Impossibile limitare la corrente d’avviamento
~
Tensione d’uscita maggiore del valore di picco della tensione d’ingresso
Buck-Boost, Cuk, SEPIC
~
~
Corrente (RMS) sul transistor più elevata
Rendimento inferiore
~
Possibile isolamento interno
~
Possibile limitare la corrente d’avviamento
~
Tensione d’uscita maggiore minore od uguale al valore di picco della tensione
d’ingresso
Topologie trifase
In un sistema trifase simmetrico un PFC è in grado di fornire in uscita
una potenza costante.
Non è quindi necessario un volano energetico per alimentare un carico
a potenza costante.
Topologie trifase
Ogni fase opera come un singolo PFC-Boost monofase.
