Definizione e caratteristiche dell'elettronica di potenza

Il compito dell'elettronica di potenza

L'elettronica di potenza ha il compito di gestire e controllare il flusso di energia elettrica fornendo tensioni e correnti in una forma che si adatti in modo ottimale ai carichi utilizzatori. La figura rappresenta lo schema a blocchi di un sistema di elettronica di potenza. L'alimentazione proviene, di solito, da una linea elettrica monofase o trifase avente una frequenza di 50 o 60 Hz, e la topologia del sistema di controllo del sistema di connessione. L'uscita è adattata alle esigenze del carico.

Caratteristiche del sistema di potenza

Considerando l'uscita del sistema di potenza come un generatore di tensione, le correnti d'uscita e il loro assorbimento con la tensione dipendono dalle caratteristiche del carico. Normalmente un controllore gestisce l'uscita del sistema di conversione con un valore desiderato (riferimento). Il flusso della potenza attraverso questo stesso sistema può essere interrotto e può scambiare i ruoli di ingresso ed uscita. Il regolatore è composto da un circuito integrato lineare o da un DSP (Digital Signal Processor). In ogni processo di conversione di potenza è importante limitare le perdite, quindi avere un elevato rendimento energetico per il costo dell'energia non utilizzata e la difficoltà di smaltire il calore dovuto all'energia dissipata.

L'alimentatore in continua

Prendiamo in considerazione l'alimentatore in continua che fornisce ad un carico una tensione regolata V_o. La tensione di ingresso può avere un valore di picco di 120 o 240 V e quella di uscita può essere un circuito per ridurre la differenza di tensione tra V_i e V_o. Ingresso mostrato in figura, un transistor è usato per sostenere la differenza di tensione tra V_o e V_i. Il transistor funziona nella zona che come un resistore variabile, e ne consegue un basso rendimento energetico. La regolazione della tensione e l'isolamento elettrico sono ottenuti mediante il circuito in figura. La tensione di linea è caratteristica in una tensione di uscita V_o con un trasformatore alla frequenza di rete. Facendo funzionare questo con un interruttore (completamente on o completamente off) a una frequenza di commutazione f_s.

Schema a blocchi

Il compito dell'elettronica di potenza è quello di gestire e controllare il flusso di energia elettrica tornando tensioni e correnti in una forma che si addice in modo ottimale ai carichi utilizzatori. Potenza in ingresso sistema di conversione potenza in uscita:

• V_i ------------------------> V_o ----------------------> Carico
• I_i I_o----------------------------------------------------
• Segnali di controllo misure----------------------------------------------------
• Regolatore riferimento

La figura rappresenta lo schema a blocchi di un sistema di elettronica di potenza. L’alimentazione proviene di solito da una linea elettrica monofase o trifase avente una tensione di 50 o 60 Hz. La tipologia del sistema di controllo del sistema di conversione. L’uscita è adattata alle esigenze del carico. Considerando l’uscita del sistema di potenza come un generatore di tensione, la corrente d’uscita ed il suo spostamento con la tensione dipendono dalle caratteristiche del carico. Normalmente un controllore controlla l’uscita del sistema di conversione con un valore desiderato. Il flusso della potenza attraverso questo schema può essere reversibile, in modo da scambiare i ruoli di ingresso ed uscita. Il regolatore è composto da un circuito integrato lineare, o da un DSP (Digital Signal Processor). In ogni processo di conversione di potenza è importante limitare le perdite, quindi avere un elevato rendimento energetico per il costo dell’energia non utilizzata e la difficoltà di smaltire il calore dovuto all’energia dissipata.

Alimentatore lineare

Prendiamo in considerazione l’alimentatore in continua che fornisce ad un carico una tensione regolata V_o. La tensione di ingresso può avere un valore tipico di 220 o 240 V e quello d’uscita può essere 5 V. Si riduce così l'isolamento elettrico tra ingresso e uscita. In un alimentatore lineare, un trasformatore a frequenza di rete provvede a tale isolamento e abbassa la tensione della linea. Il raddrizzatore converte la corrente alternata di uscita dell’avvolgimento a bassa tensione del trasformatore in corrente continua. Il condensatore di filtro riduce il ripple della tensione continua V_dc. La figura mostra la forma d’onda V_i che dipende dall’ampiezza della tensione di linea. Il rapporto di spire del trasformatore deve essere scelto in modo tale che il valore minimo della tensione di ingresso sia più grande di quello V_o desiderato all’uscita, in relazione al campo di vari.