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PFC Power Factor Correction
Le tipologie circuitali di PFC possono essere suddivise in due principali categorie: PFC passivi (filtri) e attivi. Nello specifico i primi sono realizzati con componenti passivi (condensatori, induttori e resistori), rappresentano di fatto la soluzione più diffusa, per applicazioni di bassa potenza, grazie alla loro semplicità ed al costo ridotto ma presentano, rispetto ai PFC attivi, un THD di valore più elevato oltre che un maggior peso ed ingombro. Inoltre, si deve tener presente che la progettazione di tale filtro presenta notevoli difficoltà, infatti il buon dimensionamento di quest’ultimo è legato prevalentemente alla conoscenza dell’impedenza di rete, che il più delle volte non è nota a priori. Gli ulteriori svantaggi attribuibili a tali configurazioni riguardano la totale assenza di regolazione della tensione di uscita, infatti tale grandezza sarà inevitabilmente legata alla tensione presente ai morsetti di ingresso e al carico connesso in uscita .I PFC attivi invece si basano principalmente su un convertitore DC-DC (con o senza trasformatore in alta frequenza) opportunamente controllato in modo che lo stesso assorba dalla rete una corrente sinusoidale in fase con la tensione e mantenga la tensione di uscita (lato DC) ad un valore prestabilito. Per tale motivo tipicamente si utilizza un doppio sistema di controllo. Il primo anello controlla la corrente facendo modo che questa assuma la forma di una sinusoide in fase con la tensione, mentre il secondo anello di controllo ha il compito di regolare la tensione di uscita facendo si che questa sia pari ad un valore di riferimento. Solitamente i PFC attivi, in relazione alla potenza e alle caratteristiche del carico che devono alimentare, possono richiedere o meno la presenza di un secondo convertitore DC-DC connesso in cascata. Le soluzioni con trasformatori in alta frequenza (Flyback, etc..) tipicamente vengono utilizzate come PFC a singolo stadio di conversione, infatti l’utilizzo del trasformatore di isolamento permette di ridurre la tensione d’uscita al valore desiderato consentendo di evitare un secondo stadio di conversione. Questa soluzione è tipicamente utilizzata in bassa potenza dove, di solito, non sono richieste elevate prestazioni e il costo del dispositivo è il principale vincolo di progetto. Nelle soluzioni a doppio stadio di conversione il primo stadio è rappresentato da un “convertitore PFC”, mentre il secondo stadio tipicamente abbassa e regola la tensione d’uscita. L’utilizzo di tale soluzione fa si che il convertitore finale presenti delle performance e delle caratteristiche dinamiche molto più spinte rispetto al PFC a singolo stadio. Inoltre va sottolineato che l’utilizzo di due distinti convertitori permette un ottimizzazione sia dei controlli relativi all’AC- DC che al DC-DC, che della circuiteria di cui sono composti i due distinti convertitori.Di contro, la presenza di due convertitori richiede una doppia conversione energetica e il conseguente incremento delle perdite di potenza e della complessità circuitale, anche se è evidente, che in questo caso ogni singolo convertitore è ottimizzato per assolvere ad una sola funzione; questo rende tale accoppiata molto versatile specialmente per elevate potenze. Come si può facilmente notare, dallo schema a blocchi riportato in Figura 3.1, la separazione galvanica dalle rete elettrica viene garantita dal secondo stadio di conversione, mentre il primo stadio è composto principalmente da un ponte di diodi non controllato connesso in cascata ad un convertitore DC-DC di “tipo Boost”. La scelta di utilizzare un convertitore DC/DC Boost come base per il PFC è legata al fatto che, rispetto ai convertitori Buck e Buck-Boost, assorbe dalla rete di 42
