Struttura di un alimentatore da parete

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1 Alimenaori 1 Sruura di un alimenaore da paree Alimenaori con regolaore lineare ensione sul condensaore di filro Poenza aiva e apparene Disorsione Alimenaori con regolaore swiching Condensaore di filro Limiazione della inrush curren 003 Poliecnico di orino 1

2 Inroduzione Alimenaori da ree o off-line Sruura diversa per alimenaori con: Regolaore dissipaivo o lineare Regolaore a commuazione Diversià principale: modo di oenere l isolameno galvanico Poliecnico di orino

3 Alimenaore con regolaore lineare Sruura base di un alimenaore con regolaore lineare 50 Hz F N Regolaore di ensione 5 Sezione d ingresso da ree L ingresso comprende: inerruore, fusibile e filro Filro passa-basso, può includere anche: Varisori o scaricaori a gas, per proeggere da sovraensioni di ree 50 Hz F N Regolaore di ensione Poliecnico di orino 3

4 rasformaore Il rasformaore garanisce isolameno galvanico e adeguai livelli di ensione sul secondario. Possibili uscie muliple 50 Hz F N Regolaore di ensione 7 Raddrizzaore e filro Raddrizzaore e filro (spesso un solo condensaore) converono l uscia del rasformaore in una ensione coninua 50 Hz F N Regolaore di ensione Poliecnico di orino 4

5 Regolaore di ensione Il regolaore di ensione genera la V u volua a parire da quella presene sul filro. Può includere un uleriore filro in uscia. 50 Hz F N Regolaore di ensione 9 Problemi della sruura classica Quali sono i puni deboli della sruura analizzaa? Poliecnico di orino 5

6 Problemi della sruura classica Quali sono i puni deboli della sruura analizzaa? Il rasformaore funziona alla frequenza di ree (50-60Hz): è ingombrane e pesane 11 Problemi della sruura classica Quali sono i puni deboli della sruura analizzaa? Il rasformaore funziona alla frequenza di ree (50-60Hz): è ingombrane e pesane Raddrizzaore e filro creano assorbimeno di correne dalla ree di ipo impulsivo: VIEAO DALLE NORME PER ASSORBIMENI SUPERIORI A QUALCHE DECINA DI WA Poliecnico di orino 6

7 Problemi della sruura classica Quali sono i puni deboli della sruura analizzaa? Il rasformaore funziona alla frequenza di ree (50-60Hz): è ingombrane e pesane Raddrizzaore e filro creano assorbimeno di correne dalla ree di ipo impulsivo: VIEAO DALLE NORME PER ASSORBIMENI SUPERIORI A QUALCHE DECINA DI WA Soluzione: sruura alernaiva con regolaore a commuazione 13 Alimenaori con regolaore lineare Poliecnico di orino 7

8 ensione sul filro Sudiamo ensione e correne sul filro: Senza filro la ensione in uscia dal raddrizzaore è una sinusoide raddrizzaa (curva gialla) V C 15 ensione sul filro Sudiamo ensione e correne sul filro: Senza filro la ensione in uscia dal raddrizzaore è una sinusoide raddrizzaa (curva gialla) Con filro si ha la curva blu V C V RI / Poliecnico di orino 8

9 ensione di ripple Quano vale V RI? Il rao reilineo è la scarica di C ad opera di I u (consideraa cosane in un ciclo) V C V RI / 17 ensione di ripple Quano vale V RI? Il rao reilineo è la scarica di C ad opera di I u (consideraa cosane in un ciclo) Se V RI èpiccola, si può approssimare la duraa del rao reilineo con / V C / V RI Poliecnico di orino 9

10 ensione di ripple Quano vale V RI? Il rao reilineo è la scarica di C ad opera di I u (consideraa cosane in un ciclo) Se V RI èpiccola, si può approssimare la duraa del rao reilineo con / Se f è la frequenza di ree, allora: V C / V RI I U f C V RI 19 ensione sul condensaore di filro Poliecnico di orino 10

11 Correne di ingresso La correne nei diodi e nel rasformaore scorre solo quando il condensaore viene ricaricao V C I INRUSH curren 1 Espressione della correne A regime la correne è a picchi, periodica con frequenza pari a quella di ree (50Hz) I 003 Poliecnico di orino 11

12 Espressione della correne A regime la correne è a picchi, periodica con frequenza pari a quella di ree (50Hz) Lo spero della correne può essere sviluppao in serie di Fourier, con fondamenale a 50Hz e armoniche pari praicamene nulle I i ( ) = n= 1 I sin( nω + ϕ ) n n 3 Espressione della correne A regime la correne è a picchi, periodica con frequenza pari a quella di ree (50Hz) Lo spero della correne può essere sviluppao in serie di Fourier, con fondamenale a 50Hz e armoniche pari praicamene nulle ensione in ingresso circa sinusoidale I i ( ) = n= 1 I sin( nω + ϕ ) n v ( ) = VPK sin( ω ) n Poliecnico di orino 1

13 Alimenaori con regolaore lineare 5 Poenza media La poenza media assorbia dall alimenaore è l inegrale (diviso per ) su un periodo del prodoo ra ensione e correne P i 1 = VPK sin( ω ) 0 = n 1 I n sin( nω + ϕ ) d n Poliecnico di orino 13

14 Poenza media Espandendo la sommaoria si oiene V Pi = PK I 1 I 0 0 sin( ω ) sin( ω + ϕ + 1) d sin( ω ) sin(ω + ϕ) d + 7 Poenza media L unico ermine della correne che dà conribuo non nullo all inegrale è quello relaivo alla fondamenale V Pi = PK I 1 I 0 0 sin( ω ) sin( ω + ϕ + 1) d sin( ω ) sin(ω + ϕ) d Poliecnico di orino 14

15 Poenza media Calcolando l unico ermine non nullo si oiene P i = VPK I 1 cos ϕ1 9 Power Facor La poenza aiva è dunque P AIVA =V RMS I 1RMS cosφ 1 La poenza apparene, che ransia nella ree, è invece P APPARENE = V RMS I RMS Poliecnico di orino 15

16 Power Facor Il faore di poenza o POWER FACOR è definio come PF = P AIVA / P APPARENE = cosφ 1 I 1RMS / I RMS Il rapporo I 1RMS / I RMS è denominao DISORION FACOR 31 Alimenaori con regolaore lineare Poliecnico di orino 16

17 Disorsione armonica Si può esprimere I RMS in funzione dell ampiezza delle armoniche di I, ricordando l espressione di i ( ) I = RMS 1 = n = 1 I nrms 0 i ( ) d = 33 Disorsione armonica Il disorion facor allora divena I I 1RMS RMS = = n = 1 I nrms n = 1 I 1RMS I I nrms 1RMS 34 = 003 Poliecnico di orino 17

18 Power Facor e disorsione La sommaoria a fianco rappresena la disorsione armonica oale della correne (HD ) HD = n = I I nrms 1RMS 35 Power Facor e disorsione La sommaoria a fianco rappresena la disorsione armonica oale della correne (HD ) HD = n = I I nrms 1RMS Il Power Facor può allora essere espresso in funzione di HD e dello sfasameno della fondamenale di I rispeo a V PF = 1 cos ϕ1 1 + HD Poliecnico di orino 18

19 37 Alernaive allo schema classico Problemi evidenziai: rasformaore ingombrane e pesane Power Facor molo basso (conro normaive) Poliecnico di orino 19

20 Alernaive allo schema classico Problemi evidenziai: rasformaore ingombrane e pesane Power Facor molo basso (conro normaive) Soluzioni Eliminare il rasformaore a 50Hz Uilizzare un circuio di correzione del Power Facor 39 Eliminazione rasformaore a 50Hz (1) 30V = 30V Regolaore di ensione Eliminando il rasformaore si hanno re problemi: ensione in ingresso al regolaore molo elevaa Mancao isolameno galvanico dalla ree Inrush curren dovua al condensaore di filro Poliecnico di orino 0

21 Eliminazione rasformaore a 50Hz () 30V = 30V Regolaore di ensione Soluzione ai primi due problemi: Regolaore a commuazione (swiching) per avere rendimeno elevao opologia isolaa (con rasformaore ad ala frequenza, leggero e di piccole dimensioni) 41 Eliminazione rasformaore a 50Hz (3) 30V = 30V Regolaore di ensione Queso schema risolve il problema dell ingombro e peso del rasformaore, ma non quello dell assorbimeno di correne impulsivo. Come fare per rispeare le norme sulla correne? Occorre eliminare il raddrizzaore o il condensaore Poliecnico di orino 1

22 Alimenaore con PFC 30V PFC Regolaore di ensione P i P r ra raddrizzaore e filro si inserisce un Power Facor Correcor (PFC). Il PFC presena impedenza d ingresso resisiva: Correne sinusoidale e in fase con la ensione Circuio swiching per avere rendimeno elevao 43 Alimenaore con regolaore swiching Poliecnico di orino

23 Funzioni del condensaore di filro P P i Poenza assorbia dalla ree: sinusoidale P i =V sin (ω )/R 45 Funzioni del condensaore di filro P P i P r Poenza assorbia dalla ree: sinusoidale P i =V sin (ω )/R Poenza usaa dal regolaore: cosane Se η =1, P r =V /R Poliecnico di orino 3

24 Funzioni del condensaore di filro P ε P i P r Poenza assorbia dalla ree: sinusoidale P i =V sin (ω )/R Poenza usaa dal regolaore: cosane Se η =1, P r =V /R Funzione di C: assorbire energia quando P i >P r e rilasciarla quando P i <P r 47 Rippple sul condensaore di filro Per accumulare energia occorre avere ripple su C: ε = C (V 1 -V )/ V ripple =V 1 -V V Cm =(V 1 +V )/ (ensione media su C) P ε Poliecnico di orino 4

25 Rippple sul condensaore di filro Per accumulare energia occorre avere ripple su C: ε = C (V 1 -V )/ V ripple =V 1 -V V Cm =(V 1 +V )/ (ensione media su C) Svolgendo i coni ε = C V Cm V ripple ε ènoa (inegrale) P ε 49 Rippple sul condensaore di filro Per accumulare energia occorre avere ripple su C: ε = C (V 1 -V )/ P ε V ripple =V 1 -V V Cm =(V 1 +V )/ (ensione media su C) Svolgendo i coni ε = C V Cm V ripple ε ènoa (inegrale) V Cm è più ala della ensione di picco in uscia dal raddrizzaore (es. 400V) Poliecnico di orino 5

26 Rippple sul condensaore di filro Per accumulare energia occorre avere ripple su C: ε = C (V 1 -V )/ P ε V ripple =V 1 -V V Cm =(V 1 +V )/ (ensione media su C) Svolgendo i coni ε = C V Cm V ripple ε ènoa (inegrale) V Cm è più ala della ensione di picco in uscia dal raddrizzaore (es. 400V) Si può calcolare C imponendo V ripple (es. 0V) Poliecnico di orino 6

27 Inrush curren Problema sugli alimenaori senza PFC Sovracorrene nel primo ciclo di ree durane l accensione Come limiarla? Resisenza in serie all ingresso? Valuiamo su un esempio R 30V Regolaore di ensione 53 Inrush curren (esempio) Esempio: si voglia I inrushmax =10A R = 35V/10A 3Ω Ma se in funzionameno normale I=1A allora: Su R cadono 3V e R dissipa 3W! Occorre corocircuiare R in funzionameno normale, es. con RIAC, ma il coso è alo: Si fa solo su alimenaori per ale poenze 30V R Regolaore di ensione Poliecnico di orino 7

28 Inrush curren - alernaiva In alernaiva si può usare resisenza NC A regime il valore può scendere fino ad es. a 1Ω Non può scendere a 0 perché non si scalda più Non si può spegnere e riaccendere subio l alimenaore: l NC non ha empo di raffreddarsi L alimenaore non è proeo da buchi di ensione. 30V R Regolaore di ensione Poliecnico di orino 8