L'importanza di un alimentatore come componente del computer è spesso sottovalutata da buona parte di coloro che hanno un pc. Gli utenti più esperti, appassionati di hardware, sanno invece che la scelta di un buon alimentatore non è affatto facile, specialmente quando si tratta di trovare un prodotto affidabile e durevole. Ciò comporta spesso una spesa comparabile a quella di altri componenti di un pc;Pubblicità
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PFC (Power Factor Correction)
Abbiamo tralasciato, nella descrizione dei blocchi principali di un alimentatore, il PFC, poiché merita alcuni chiarimenti sul suo significato.
Prima di tutto occorre effettuare un piccolo ripasso della potenza in regime sinusoidale.
La potenza istantanea è generalmente definita come p(t)=v(t)*i(t), ossia il prodotto in ogni istante della tensione per la corrente. In regime sinusoidale (AC) la tensione e la corrente di un bipolo sono descritti rispettivamente da v(t)=Vp*sin(w*t) e i(t)=Ip*sin(w*t) dove il rapporto tra le ampiezze Vp e Ip ci dà l'impedenza (resistenza) del bipolo stesso. Generalmente quando nel bipolo non sono presenti soltanto resistenze ma anche capacità e induttori si viene a creare uno sfasamento fi tra la corrente e la tensione (dovuta all'impedenza complessa che si viene a creare). Se pensiamo ad un alimentatore possiamo immaginarlo come un bipolo visto dall'ingresso in AC e come sappiamo, anche nei modelli più semplici, esso conterrà almeno un condensatore per ottenere una forma d'onda continua a partire da quella rettificata con il diodo. La potenza in questo caso sarà composta ora da due contributi:
Prima di tutto occorre effettuare un piccolo ripasso della potenza in regime sinusoidale.
La potenza istantanea è generalmente definita come p(t)=v(t)*i(t), ossia il prodotto in ogni istante della tensione per la corrente. In regime sinusoidale (AC) la tensione e la corrente di un bipolo sono descritti rispettivamente da v(t)=Vp*sin(w*t) e i(t)=Ip*sin(w*t) dove il rapporto tra le ampiezze Vp e Ip ci dà l'impedenza (resistenza) del bipolo stesso. Generalmente quando nel bipolo non sono presenti soltanto resistenze ma anche capacità e induttori si viene a creare uno sfasamento fi tra la corrente e la tensione (dovuta all'impedenza complessa che si viene a creare). Se pensiamo ad un alimentatore possiamo immaginarlo come un bipolo visto dall'ingresso in AC e come sappiamo, anche nei modelli più semplici, esso conterrà almeno un condensatore per ottenere una forma d'onda continua a partire da quella rettificata con il diodo. La potenza in questo caso sarà composta ora da due contributi:
p(t)=v(t)*i(t)=Vp*sin(w*t+fi)+Ip*sin(w*t)=(1/2)*Vp*Ip*cos(fi)-(1/2)*Vp*Ip*cos(2*w*t+fi)
applicando una formula trigonometrica.
Possiamo facilmente individuare in tale espressione una parte della potenza che rimane invariata nel tempo e proporzionale al fattore cos(fi) e una parte che oscilla con frequenza doppia rispetto a quella della tensione e della corrente. La prima parte rappresenta la potenza attiva ossia la potenza effettivamente utilizzata, mentre la seconda rappresenta la potenza reattiva ossia l'energia che viene in continuazione rimbalzata tra induttanze e capacità del bipolo senza essere sfruttata.
Benché i nostri fornitori energetici addebitino nelle nostre bollette soltanto la potenza attiva consumata, lo spreco della potenza reattiva è comunque un costo per la società in generale in quanto rappresenta energia sprecata e conseguentemente anche inquinamento. In ambienti industriali inoltre, un consumo eccessivo di potenza reattiva viene fatto pagare oppure viene costretto l'utente a rifasare l'impianto in modo da raggiungere un certo cos(fi). Molti enti pubblici tra cui la comunità europea hanno promulgato norme volte alla minimizzazione di tale spreco e in questo ambito all'utilizzo di PFC. Il PFC ha dunque il compito di ridurre tale sfasamento tra corrente e tensione e di fare sì che in ogni istante le due forme d'onda siano il più possibile simili (non sempre a causa delle non linearità dell'alimentatore abbiamo correnti assorbite perfettamente sinusoidali).
Queste norme si applicano ovviamente non solo agli alimentatori ma a qualsiasi dispositivo elettrico che non abbia una impedenza puramente resistiva.
Essendo il cos(fi) un numero compreso tra 0 e 1 esso sarà massimo quando l'angolo di sfasamento è nullo e cos(0)=1. Generalmente può essere utilizzato anche una percentuale: ad esempio un cos(fi) di 0.95 o 95%.
Possiamo facilmente individuare in tale espressione una parte della potenza che rimane invariata nel tempo e proporzionale al fattore cos(fi) e una parte che oscilla con frequenza doppia rispetto a quella della tensione e della corrente. La prima parte rappresenta la potenza attiva ossia la potenza effettivamente utilizzata, mentre la seconda rappresenta la potenza reattiva ossia l'energia che viene in continuazione rimbalzata tra induttanze e capacità del bipolo senza essere sfruttata.
Benché i nostri fornitori energetici addebitino nelle nostre bollette soltanto la potenza attiva consumata, lo spreco della potenza reattiva è comunque un costo per la società in generale in quanto rappresenta energia sprecata e conseguentemente anche inquinamento. In ambienti industriali inoltre, un consumo eccessivo di potenza reattiva viene fatto pagare oppure viene costretto l'utente a rifasare l'impianto in modo da raggiungere un certo cos(fi). Molti enti pubblici tra cui la comunità europea hanno promulgato norme volte alla minimizzazione di tale spreco e in questo ambito all'utilizzo di PFC. Il PFC ha dunque il compito di ridurre tale sfasamento tra corrente e tensione e di fare sì che in ogni istante le due forme d'onda siano il più possibile simili (non sempre a causa delle non linearità dell'alimentatore abbiamo correnti assorbite perfettamente sinusoidali).
Queste norme si applicano ovviamente non solo agli alimentatori ma a qualsiasi dispositivo elettrico che non abbia una impedenza puramente resistiva.
Essendo il cos(fi) un numero compreso tra 0 e 1 esso sarà massimo quando l'angolo di sfasamento è nullo e cos(0)=1. Generalmente può essere utilizzato anche una percentuale: ad esempio un cos(fi) di 0.95 o 95%.
PFC Passivo e PFC Attivo
Un primo modo per correggere il fattore di potenza di un alimentatore è inserire degli elementi passivi in grado di compensare lo sfasamento introdotto. Questo può essere ottenuto semplicemente inserendo una rete di capacità e induttanze opportuna. Una rete simile è meno costosa specie dal punto di vista progettuale ma di solito non garantisce cos(fi) molto elevati (solitamente i valori si aggirano intorno allo 0.7).
Il PFC attivo utilizza invece una rete switching del tutto simile a quelle utilizzate nei DC-DC converter. L'obiettivo è prendere la corrente rettificata dal ponte a diodi posto subito dopo l'ingresso dell'alimentatore e ottenerne una corrente in uscita il più possibile costante. Questa corrente verrà poi passata alla sezione switching e poi al trasformatore come già visto.
Mentre nella soluzione con il condensatore che mantiene la tensione di picco per tutto il semiperiodo la corrente circola solo in un breve istante come in figura (2a) con l'utilizzo del PFC attivo la corrente circola sempre ed è in fase con la tensione (figura 3a).
Uno dei vantaggi secondari del PFC Attivo è quello di generare una corrente priva di ripple e quindi senza armoniche in frequenza piuttosto fastidiose, che se non filtrate potrebbero giungere fino all'uscita dell'alimentatore. C'è da dire che il PFC attivo suppone in ingresso una corrente perfettamente sinusoidale, cosa spesso non veritiera, pena la propagazione di contenuti in eccesso in frequenza, nei circuiti a valle; è importante quindi, come dicevamo, un prefiltraggio della corrente in input affinché ciò non si verifichi.
Il PFC attivo utilizza invece una rete switching del tutto simile a quelle utilizzate nei DC-DC converter. L'obiettivo è prendere la corrente rettificata dal ponte a diodi posto subito dopo l'ingresso dell'alimentatore e ottenerne una corrente in uscita il più possibile costante. Questa corrente verrà poi passata alla sezione switching e poi al trasformatore come già visto.
Mentre nella soluzione con il condensatore che mantiene la tensione di picco per tutto il semiperiodo la corrente circola solo in un breve istante come in figura (2a) con l'utilizzo del PFC attivo la corrente circola sempre ed è in fase con la tensione (figura 3a).
Uno dei vantaggi secondari del PFC Attivo è quello di generare una corrente priva di ripple e quindi senza armoniche in frequenza piuttosto fastidiose, che se non filtrate potrebbero giungere fino all'uscita dell'alimentatore. C'è da dire che il PFC attivo suppone in ingresso una corrente perfettamente sinusoidale, cosa spesso non veritiera, pena la propagazione di contenuti in eccesso in frequenza, nei circuiti a valle; è importante quindi, come dicevamo, un prefiltraggio della corrente in input affinché ciò non si verifichi.
