Studio, analisi e progettazione di un PFC Bridgeless con controllo digitale = Study, analysis and design of a Bridgeless PFC with digital control

L’energia elettrica viene impiegata in un numero crescente di campi e applicazioni. Attualmente l’attenzione verso l’efficienza e la sostenibilità sta diventando un punto sempre più centrale nello sviluppo di nuovi sistemi elettronici. In tale contesto si propone lo studio, la progettazione e la realizzazione di un Bridgeless PFC a controllo digitale. Tale sistema elettronico ha lo scopo di garantire un fattore di potenza, in inglese Power Factor (PC), tendente all’unità. L’obiettivo è quello di sviluppare un’alternativa al tradizionale Boost PFC sfruttando le potenzialità della nuova configurazione per pilotare potenze di 4kW mantenendo un' efficienza elevata. Il correttore del fattore di potenza, in inglese Power Factor Corrector(PFC), ha come ruolo fondamentale la possibilità di trasferire l’energia elettrica dalla linea al carico con il minor spreco possibile di energia. La scelta di realizzare un controllo di tipo digitale è un punto fondamentale, la possibilità di avere dei dati diagnostici in tempo reale e trasmissibili è di prerogativa sempre maggiore nei progetti moderni. Nella prima parte della tesi si esporranno i principi teorici alla base di un PFC, il suo funzionamento e le norme che ne regolano la realizzazione. Si passerà poi ad esaminare le diverse soluzioni presenti in letteratura sintetizzando i pro e i contro delle diverse configurazioni. Successivamente si motiverà la scelta della tipologia Bridgeless per passare poi alla progettazione della scheda di potenza. Verranno dimensionati i componenti dalle formule teoriche e tramite PSIM ed LTspice si controllerà la consistenza dei valori calcolati. Si terminerà con la selezione dei dispositivi elettronici e la stima teorica dell’efficienza, dimostratasi superiore al 97% confermando così le potenzialità della configurazione scelta. Nella seconda parte si affronterà il tema del controllo sia dal punto di vista analogico che digitale. Dopo aver selezionato la tipologia più adatta si procederà con lo sviluppo della scheda di controllo. In una prima fase si useranno i modelli matematici per caratterizzare il PFC sia in condizioni statiche che dinamiche, si passerà poi al progetto dei compensatori nel dominio analogico. Verrà simulato il circuito di potenza completo per ricavare e confrontare le risposte descritte dalle equazioni tramite PSIM. Per mostrare il passaggio da analogico a digitale si presenterà il modo in cui è stato programmato il controllore digitale. Infine si dimensioneranno i circuiti secondari necessari al corretto funzionamento del controllore come il rivelatore di fase, il circuito di alimentazione, i vari partitori di tensione, i circuiti di misurazione della corrente e il sistema per il primo avvio del PFC. Nella parte finale della tesi si mostrerà il prototipo realizzato con i relativi risultati sperimentali concludendo poi con una parentesi sull'aspetto economico della scheda.