DIPLOMA A DISTANZA IN INGEGNERIA ELETTRICA
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- Claudio Federici
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1 IPOMA A ITANZA IN INGEGNERIA EETTRIA ORO I EETTRONIA INUTRIAE I POTENZA II ezione 15 Power Factor orrectors seconda parte ocente: imone Buso ipartimento di Elettronica e Informatica Universitá di Padova Argomenti trattati PF di tipo boost con controllo a frequenza variabile (Border ine) imensionamento del PF di tipo boost PF di tipo flyback (M) imensionamento del PF di tipo flyback PF Boost ontrollo Border ine PF Boost ontrollo Border ine Raddrizzatore a doppia semionda Filtro ur T PF Boost ontrollo Border ine avg T i u r r t avg on PF Boost ontrollo Border ine e viene mantenuto costante in tutto il periodo dete si ha: avg avg ur T i u r r t avg on dove: ton
2 PF Boost ontrollo Border ine on questo tipo di controllo il convertitore boost è adatto all uso come PF in quanto assorbe una corrente media proporzionale alla tensione di ingresso PF Boost ontrollo Border ine corrente istantanea corrente media PF 1 Il funzionamento a costante comporta l assorbimento dalla rete di una corrente il cui valore medio è sinusoidale e in fase con ( PF1) PF Boost ontrollo Border ine corrente istantanea PF Boost ontrollo Border ine corrente istantanea corrente media a corrente istantanea assorbita è però caratterizzata da un elevato contenuto armonico ad alta frequenza a corrente di ingresso deve quindi essere opportunamente filtrata in modo da rimuovere tali armoniche ad alta frequenza PF Boost ontrollo Border ine corrente istantanea orrente filtrata PF Boost ontrollo Border ine U i I i a corrente di ingresso deve quindi essere opportunamente filtrata in modo da rimuovere tali armoniche ad alta frequenza Filtro d ingresso i introduce quindi un filtro passivo all ingresso del convertitore dimensionato sulla minima frequenza di lavoro del convertitore (oneroso)
3 PF Boost ontrollo Border ine frequenza massima frequenza minima frequenza massima Infatti, con questo tipo di controllo la frequenza di commutazione dell interruttore non è costante chema del controllo Border ine river Zero etector Q R FF omp i* r U * o AR X Molt Esempio di dimensionamento pecifiche del PF: Tensione di ingresso... U g 0 Vrms (±0%) Tensione di uscita V Potenza di uscita... P o 600 W Frequenza di commutazione minima... f Wmin 0 khz imensionamento del condensatore d uscita P P g W Po P o ω π fg P o t Il condensatore viene scelto in base alla ondulazione di tensione che si desidera in uscita: W imensionamento del condensatore d uscita ata P o 600W e fissando 0.05 (5%) > 180µF i conseguenza si sceglie il valore commerciale superiore 00µF 1) Vincolo sulla frequenza minima M 1 1 t con on M M fsw alcolando per: u u ^ g g e fsw fsw min ug si trova il valore di che garantisce che la minima frequenza di lavoro sia quella voluta
4 ati 373 V f sw 0 khz min 8.5 µs da cuisulta imposta: f sw 10 khz ) Bilancio di potenza _^ ^ ^ P u i u g g g i Po 4 Risulta: ^ u g 4 Po ati 373 V, P o 600 W, 8.5 µs, 500 µh tress di corrente e di tensione sull interruttore di potenza alcolo corrente massima sull interruttore: u^ g I I alcolo tensione massima sull interruttore: U tress di corrente e di tensione sull interruttore di potenza alcolo corrente massima sull interruttore: I 10A alcolo tensione massima sull interruttore: tress di corrente e di tensione sul diodo di potenza alcolo corrente massima sul diodo: ^u g I I alcolo tensione massima sul diodo: U 465V U
5 tress di corrente e di tensione sul diodo di potenza alcolo corrente massima sul diodo: I 10A alcolo tensione massima sul diodo: U 465V Osservazioni Il dimensionamento del convertitore può risultare difficile nel caso di ampie variazioni della tensione dete (es: 900 Vrms) Risulta inoltre necessario filtrare la corrente di ingresso che presenta un elevato contenuto di armoniche ad alta frequenza PF con isolamento Includono un trasformatore AF e forniscono una tensione di uscita preregolata di valore qualsiasi (generalmente < ) Filtro d ingresso µ Topologia Flyback PF Flyback Funzionamento in M orrente d ingresso T µ n ur ton µ avg PF Flyback Funzionamento in M orrente d ingresso T µ n u r t on µ ton u i r r avg T δ fµ e δ viene mantenuto costante in tutto il periodo dete si ha: PF Flyback Funzionamento in M avg avg T ur i t u r on T r δ avg fµ dove: f µ δ
6 PF Flyback Funzionamento in M Il convertitore Flyback in funzionamento discontinuo (M con dutycycle e frequenza di commutazione costanti) garantisce PF 1 (PF automatico) si può usare un semplice controllo di tensione (PWM) è necessario utilizzare un filtro di ingresso per assorbe le armoniche AF contenute nella PF Flyback Funzionamento in M chema del controllo a δ costante Il controllo in M è molto semplice PWM µ A r U * o orrente assorbita in M sign( ) Esempio di dimensionamento pecifiche del PF: Tensione di ingresso... U g 0 Vrms (±0%) Tensione di uscita V Problemi: frontipidi (disturbi RF) armoniche di corrente a frequenza f e multiple Potenza di uscita... P o 00 W Frequenza di commutazione... f 50 khz imensionamento del condensatore d uscita imensionamento del condensatore d uscita P P g W Po P o ω π fg ata P o 00W e fissando 0.05 (5%) P o t Il condensatore viene scelto in base alla ondulazione di tensione che si desidera in uscita: W > 580µF i conseguenza si sceglie il valore commerciale superiore 600µF
7 all analisi del flyback come convertitore cc\cc M δ f, k sw in M Ui k R M δ n Ui 1 δ da cui: 1 kcrit (n M) in M Inoltre vale la seguente condizione: k < k crit funzionamento in M Nel funzionamento come PF si ha: U i u^ g senθ (θ θ ωt) 1 M' M'( θ) u ^ Meq g senθ senθ Bilancio di potenza nel periodo di commutazione: ^ ^ Pi ( θ) ug ig sen θ Po sen θ Po sen θ i ( θ) R R( θ) i( θ) sen θ i possono quindicavare: fsw fsw keq 4 sen θ R 1 sen θ kcrit (n M'( θ)) n senθ Meq ( ) validi nel funzionamento come PF Imponendo che sia: k eq < k crit funzionamento in M ati P o 00 W 150 V u^ 373 V g si trova R < 4 f sw (M eq 1) < 86µH dove: M ^ R eq e si è assunto n1 i può quindi scegliere, con un certo ug I margine, il valore 00µH o
8 tress di corrente e di tensione sull interruttore di potenza alcolo corrente massima sull interruttore: I i r fsw R alcolo tensione massima sull interruttore: tress di corrente e di tensione sull interruttore di potenza alcolo corrente massima sull interruttore: I 9A alcolo tensione massima sull interruttore: U n U u^ o g U 53V tress di corrente e di tensione sul diodo di potenza alcolo corrente massima sul diodo: tress di corrente e di tensione sul diodo di potenza alcolo corrente massima sul diodo: I n I I 9A alcolo tensione massima sul diodo: ^ U 1 n U o alcolo tensione massima sul diodo: U 53V Osservazioni Questa soluzione presenta elevati stress di corrente e di tensione sui componenti attivi Risulta inoltre necessario filtrare la corrente di ingresso che presenta un elevato contenuto di armoniche ad alta frequenza Il controllo del ccuito è per contro molto semplice non richiedendo neppure la misura della corrente assorbita cuiti integrati per il controllo di PF Esiste una ampia varietà di ccuiti integrati per il controllo di PF i diversificano in base alle topologie che consentono di controllare e alle tecniche di controllo utilizzabili iascuno contiene tutti i blocchi funzionali necessari al controllo di una data topologia con una data tecnica utilizzatore deve solo predisporre sempliceti passive per la definizione dei parametri del controllo
9 onclusioni Esistono topologie di PF che sfruttano convertitori cc\cc in funzionamento discontinuo o al limite dell intermittenza Questo modo di funzionamento può consente di ottenere automaticamente un comportamento del convertitore da PF iò può consente di semplificare il controllo del PF on le topologie boost e flyback è però necessario il filtraggio della corrente assorbita
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