Analisi e Progetto di PFC monofase caratterizzati da emissioni elettromagnetiche ridotte = Analysis and Design of single-phase PFCs characterized by reduced electromagnetic emissions

Negli ultimi anni si sta assistendo ad una forte crescita del settore elettrico con un conseguente aumento della potenza fornita dalla rete elettrica. Un parametro cruciale da tenere sotto controllo durante l’erogazione della potenza all’apparecchio è il fattore di potenza, definito come il rapporto tra la potenza attiva e quella apparente. La correzione attiva del fattore di potenza si basa sull’inserimento tra la rete elettrica ed il dispositivo finale di un circuito commutato, che sulla base della tensione di ingresso sinusoidale è capace di fornire un’uscita pre-regolata DC assorbendo dall’ingresso una corrente sinusoidale ed in fase con la tensione di ingresso. I circuiti di questo tipo vengono chiamati Power Factor Correctors (PFC). All’interno di un convertitore AC-DC o AC-AC la presenza di un PFC è spesso collegata alla potenza richiesta dall’applicazione; in genere si inserisce un PFC quando la potenza è superiore al centinaio di Watt. Alcuni esempi dove è possibile trovare questi convertitori sono il caricabatterie di un computer, il pacco batterie di un automobile elettrica o gli alimentatori degli elettrodomestici. I parametri fondamentali per valutare le prestazioni di un PFC sono l’efficienza e la qualità della corrente assorbita. Ultimamente l’efficienza di conversione dei circuiti è diventata una specifica sempre più stringente nelle applicazioni, per cui si è passati da circuiti più semplici ma meno efficienti, con ponte raddrizzatore, a circuiti più efficienti e complessi, chiamati Bridgeless. Nell’ambito del progetto di tesi si è mostrato come queste soluzioni sono contraddistinte da maggiori emissioni elettromagnetiche; ed affinchè tali circuiti rispettino le specifiche degli standard, come CISPR25, è necessario inserire nei PFC Bridgeless dei filtri EMI caratterizzati da una attenuazione maggiore, quindi più costosi e voluminosi rispetto a quelli necessari nelle soluzioni con ponte raddrizzatore. All’interno di questo contesto l’obbiettivo della tesi è stato quello di studiare come il controllo e le topologie dei PFC impattino l’efficienza e le Emissioni Elettromagnetiche (EME), valutando in maniera più dettagliata una famiglia delle topologie Bridgeless chiamate Simmetriche, le quali cercano di ridurre le EME mantenendo al contempo alti livelli di efficienza. A partire dalle topologie Simmetriche si è affrontato il progetto di un PFC caratterizzato da una potenza in uscita di 500 W con una tensione di 400 V. Del PFC progettato è stato analizzato il comportamento in frequenza di ogni componente al fine di ottenere un modello del circuito quanto più realistico possibile, che quindi permettesse la valutazione delle EME prodotte dal circuito in modo affidabile. In questo senso sono state condotte diverse analisi come l’estrazione dei parassiti, capacitivi ed induttivi, del DC-Link e del PCB degli interruttori di potenza, la modellizzazione degli induttori di potenza. Infine sono stati simulati i diversi PFC e sono stati ottenuti dei risultati che confermano come i PFC simmetrici abbiano delle EME ridotte rispetto alla topologia Bridgeless Totem-Pole. La tesi mostra come sia possibile a partire dalla caratterizzazione in modo realistico di un PFC simmetrico riuscire a trovare un migliore trade-off tra efficienza ed EME rispetto a soluzioni Bridgeless convenzionali. E’ in fase di realizzazione un prototipo di PFC Simmetrico, utile per caratterizzare le EME prodotte dal circuito e quindi verificare la correttezza dei risultati ottenuti per simulazione.