INFORMAZIONI TECNICHE

PFC
Cosa fa ?


Allora, cosa fa il PFC ?

Intendendo PFC - correzione del fattore di potenza - come riduzione dell' angolo di fase e per quanto implementato dai costruttori sulla maggior parte dei loro prodotti,  si può senz' altro dire quanto segue.

Il PFC :

- migliora l' efficienza delle reti di distribuzione dell' energia elettrica, riducendo la quantità di potenza reattiva che i circuiti si scambiano, riducendo i costi di produzione e trasporto e quindi cooperando nel senso di un risparmio di risorse energetiche e ambientali.
- tende a ridurre le armoniche prodotte e quindi riduce lo smog elettromagnetico 

 

Allora, cosa non fa il PFC ?

- non migliora la stabilità della tensione
Un circuito alimentatore con o senza PFC funzionano altrettanto bene. Il PFC in genere non riguarda minimamente la parte di conversione della corrente da alternata a continua e tanto meno la stabilizzazione di queste tensioni.
Il circuito PFC riguarda la parte di correzione del fattore di potenza del carico presentato sulla linea di alimentazione dell' Enel. 
I più recenti circuiti di controllo che integrano le funzioni PWM con quelle PFC, unito ad una riprogettazione generale, hanno sicuramente dato origine ad alimentatori mediamente di ottima qualità. Questo non toglie che un qualsiasi alimentatore professionale (Lambda, Celestica, ecc) di 10 anni fa, senza alcun artificio specificatamente dedicato al PFC, fosse di gran lunga migliore di un ottimo alimentatore PC attuale. Mercati diversi e costi diversi, purtroppo.
Il problema della stabilità della tensione di uscita dipende non da una singola parte, ma dal complesso del progetto.

- non prolunga la vita dell' alimentatore !  
Non è un sistema anti disturbi, non è un filtro contro le sovratensioni, non salva dai corto circuiti. Semmai è una ulteriore aggiunta di elettronica (nel caso di sistema attivo) che andrà ad aumentare i componenti soggetti a guasto. 
Il miglioramento del fattore di potenza non ha niente a che vedere sulla durata dell' alimentatore, con la sua sicurezza o con la soppressione di sovratensioni provenienti dalla rete.
Sicuramente la riduzione delle armoniche e il miglioramento del rendimento (ovvero la riduzione della potenza persa in calore) non possono che fornire una buona base per una maggiore durata dei componenti elettronici, così come la riduzione dei picchi delle correnti impulsive non può essere che benefico per condensatori e semiconduttori, ma la vita del prodotto dipende da come è stato progettato e realizzato e non da una singola innovazione. 
Posso benissimo avere cos phi = 1 e onda perfettamente sinusoidale, ma se poi per economia ho utilizzato componenti al limite del dimensionamento, la durata sarà proporzionale a questi e non a quelli.

- non migliora il rendimento dell' alimentatore !  
In primo luogo, PFC attivo migliora il fattore di potenza e PFC attivo dovrebbe migliorare il fattore di alimentazione, comprendendo la correzione della forma d' onda. Ma se PFC passivo ha un extra consumo minimo  dovuto alla piccolissima caduta di tensione sulla bobina, PFC attivo, per il suo funzionamento, richiede una certa potenza , che, nei casi peggiori,  può arrivare al 10% di quella transitante. Che il pre regolatore PFC impieghi energia dovrebbe essere ben documentato dalle foto delle pagine precedenti dove è ben evidenziato che i semiconduttori richiedono discrete alette di raffreddamento, proprio perchè disperdono in calore una buona potenza, potenza che sicuramente non finisce nello switch principale.

La correzione del fattore di potenza è elemento utile al grosso utente industriale che, altrimenti, si troverebbe a pagare bollette salate di energia reattiva e che, solitamente, agisce con una correzione del cos phi con metodi passivi, piuttosto che del fattore di forma con metodi attivi;  la perdita di potenza è assolutamente trascurabile rispetto al risparmio.
Per quanto riguarda un piccolo carico come l' alimentatore del PC sarebbe da verificare strumentalmente la realtà della situazione di rendimento con e senza il controller PFC, sopratutto per i pre regolatori. E' ragionevolmente prevedibile che, a fronte di un miglioramento sensibile del rapporto tra Potenza Attiva e Potenza Apparente ci si trovi con un peggioramento del rendimento inteso come rapporto tra Potenza Attiva assorbita dalla rete e potenza resa sulla bassa tensione. Ovvero l' alimentatore PFC, principalmente se attivo, costerà in bolletta Enel più di uno identico senza PFC.

Ma anche ammettendo che la perdita del controller PFC sia limitata e trascurabile, va considerato che un alimentatore che presenta sulla linea un fattore di potenza 0,9 progettato male dissiperà in calore più energia di uno con un fattore di potenza 0,7 ben progettato : il rendimento, se lo consideriamo come rapporto tra la potenza elettrica assorbita dalla rete e quella resa sulle uscite in corrente continua, dipende in gran parte dall' efficienza dello switching, non dal valore del cos phi.

E' essenziale comprendere che la correzione del fattore di potenza va a migliorare è quello dato dal rapporto tra la Potenza Apparente impegnata dalla rete e la Potenza Attiva. Ma questa Potenza Attiva prelevata dalla rete deve ancora essere "trattata" dalla sezione switching dell' alimentatore; il rendimento di questa parte sarà valutabile come rapporto tra la Potenza Attiva assorbita e quella resa sulla bassa tensione. Se questa sezione switch mode è mal progettata, il suo rendimento sarà basso, indipendentemente dal rapporto tra la Potenza Apparente e quella Attiva prelevate dalla rete !
Quindi affermare che il PFC determina il rendimento complessivo dell' alimentatore è ben poco corretto.

E ricordiamo pure che la potenza Reattiva NON finisce in calore, in quanto non compete a circuiti resistivi, ma induttivi e capacitivi, per cui da un basso cos phi  non dipendono strettamente neppure aumenti di temperatura dei componenti. Diverso è il problema se si intende fare riferimento non solo alla potenza reattiva vera e propria, ma anche alle componenti di potenza disperse dalle armoniche presenti in una forma d' onda non sinusoidale.
 
Come abbiamo detto, il PFC che agisce col riportare in fase corrente e tensione e quindi col minimizzare la componente reattiva, non modifica minimamente il sistema switching che converte la tensione primaria in quelle secondarie.  Per cui PFC passivo e PFC attivo con pre regolatore, se ben modificano il rapporto P/S,  ben poco intervengono sul rendimento dello stadio di commutazione.
Stiamo parlando di alimentatori basati su circuiti SMPS, in cui la maggior parte delle perdite di potenza dipendono dai cicli di commutazione dei semiconduttori, compresi i raddrizzatori : è facile notare che in un circuito standard l' aletta di raffreddamento maggiore compete ai diodi sul lato a bassa tensione. Utilizzando tecnologie più complesse, come quella del raddrizzamento sincrono, si possono ridurre queste perdite ed aumentare il rendimento. Ma questo non ha niente a che fare con il PFC normalmente inteso. 

Possiamo dire che una buona progettazione che tenga conto della necessità di abbattere le perdite porterà sicuramente ad aumento del rendimento complessivo inteso come rapporto tra la potenza attiva assorbita dalla rete e quella resa sul lato a bassa tensione, indipendentemente dal PFC.
PFC e rendimento complessivo possono essere legati solo da una revisione del progetto dell' alimentatore in questa direzione.

- non riduce il costo della bolletta !  
Come detto e ripetuto qui sopra, è essenziale comprendere che la correzione del fattore di potenza va a migliorare il rapporto tra la Potenza Apparente impegnata dalla rete e la Potenza Attiva., ma non riduce la Potenza Attiva, che è quella che che ci troviamo addebitata in bolletta : a meno che il nostro contatore misuri Potenza Apparente, una riduzione della stessa a favore di quella Attiva ovviamente non abbassa il conteggio.
Inoltre, come già detto, un circuito PFC consuma una certa energia per il suo funzionamento e quinid, a pari rendimento degli stadi successivi, il consumo conteggiato risulterà maggiore e non minore. Solo con un miglioramento de Ma questa Potenza Attiva prelevata dalla rete deve ancora essere "trattata" dalla sezione switching del rendimento dello switch e dei raddrizzatori finali sarà possibile avere una riduzione del consumo complessivo. 

- non riduce il riscaldamento 
E ricordiamo pure che la potenza Reattiva NON finisce in calore, in quanto non compete a circuiti resistivi, ma induttivi e capacitivi, per cui da un basso cos phi  non dipendono strettamente neppure aumenti di temperatura dei componenti. 
Diverso è il problema se si intende fare riferimento non solo alla potenza reattiva vera e propria, ma anche alle componenti di potenza disperse dalle armoniche presenti in una forma d' onda non sinusoidale.
Sicuramente un sistema dotato di PFC attivo non presenterà differenze sostanziali con il suo equivalente privo di PFC, in quanto la bobina, per la sua bassa resistenza, non sarà soggetta a particolare riscaldamento.
Un sistema con PFC attivo consuma una certa potenza e richiede quindi abbondanti dissipatori; per che farne ? per dissipare il calore in cui va persa buona parte di questa potenza ! Quindi, orientativamente, un sistema PFC attivo scalderà più di uno passivo. Certamente se la percentuale di armoniche si riduce, si riduce anche la potenza che esse disperdono in calore; quindi sarà da valutare quanto questo compensa la potenza necessaria alla correzione.
 
- non "altera la forma d'onda della corrente in ingresso e conduce a diversi effetti benefici"
almeno non nel senso taumaturgico-miracolistico che pretendono gli estensori di questo "panegirico al PFC". Chi andasse ad osservare le forma d' onda di buona parte degli alimentatori "PFC" troverebbe ben altro che le perfette sinusoidi della teoria, in quanto il raggiungimento di un rapporto tra Potenza Apparente e Potenza Attiva conforme alle normative si può ottenere anche in presenza di forme d' onda alterate.

Di per se non è per nulla funzione del PFC , inteso come riduzione dell' angolo di fase, la riduzione della "corrente delle armoniche". Come si è cercato di chiarire, la forma dell' onda e la sua fase sono cose ben differenti.
Sicuramente va detto che il riporto a fattore unitario, dove la causa è anche la deformazione dell' onda, deve comportare anche una correzione di questa forma d' onda e, in questo senso,  una riduzione dei disturbi elettromagnetici riflessi sulla linea di alimentazione. Inoltre, data la tendenza dei circuiti switching ad assorbire correnti non sinusoidali, una sistema che permetta il ritorno ad una forma quanto possibile sinusoidale è ideale sotto molti aspetti. Va ricordato che i problemi di generazione di disturbi ad alta frequenza non sono causati da un basso fattore di potenza, bensì dalla natura stessa del circuito a commutazione (switching mode) che costituisce il fulcro degli alimentatori PC classici. 

Corrente e tensione possono essere in perfetta quadratura (cos phi = 0) pur essendo perfettamente sinusoidali (ovvero niente armoniche) e produrre Potenza Attiva = 0, mentre si può avere corrente e tensione in perfetta fase, ma con forma d' onda alterata, squadrata, a gradini o triangolare, ovvero afflitte da una marea di armoniche e ritrovarsi comunque senza Potenza Attiva.
Solo in questo direzione, PFC va inteso anche come una correzione dell' onda ovvero eliminazione delle armoniche che disperdono parte della potenza entrante.

Di nuovo, PFC e forma d' onda sono legati solo da una revisione del progetto dell' alimentatore che tenga esplicitamente conto dell' effetto dei fattori di forma delle correnti e provveda sia ad una messa in fase tra corrente e tensione (correzione dell' angolo di fase), sia ad una correzione della forma.
In pratica, data la sensibile componente armonica, fattori di potenza elevati, prossimi a 1, potranno essere raggiunti solamente con il riportare la forma d' onda alla sinusoide pura.

E, tanto per ridere, diciamo anche che :

- PFC non "ripartisce il carico dell'alimentatore sulle varie linee in base alle esigenze del sistema", 
non ci pensa neppure, non è il suo compito .

- PFC non " riduce qualsiasi interferenza elettrica".
PFC non è una protezione contro i fulmini o un soppressore EMI. Sicuramente, come detto, una revisione del progetto che miri ad un miglioramento dell' efficienza probabilmente darà anche il risultato di un abbattimento dei disturbi, ma semmai quelli che l' alimentatore produce, non quelli che arrivano dalla rete, compito questo di altri componenti. 

- PFC non "rende idoneo" l' alimentatore a niente, salvo a rientrare nei termini previsti dalle leggi europee.
La riuscita di pratiche negromantiche come la convocazione dello Spirito dell' Overclock e funzionamenti 27h/24 dipendono da altri elementi.

- PFC non è un cambia tensione automatico e non ha niente a che fare con la possibilità dell' alimentatore di ricevere una gamma estesa di tensioni di ingresso.  Certamente un sistema di pre regolazione attivo ha molta facilità ad essere organizzato in modo da funzionare con un range esteso di tensione di ingresso, abolendo quindi la necessità del cambia tensione, ma questa non è una funzione del PFC, bensì un bonus addizionale che si può ottenere senza troppa fatica e senza eccessivo aggravio di costo dalla circuiteria implementata e non dalla correzione del fattore di potenza in se.

- PFC non ha niente a che fare con una " protezione delle periferiche".  
Non è nè un OVP (Over Voltage Protection) nè un OCP (Over Current Protection) nè un controllo di sovra potenza o sovra temperatura. Queste funzioni sono eventualmente svolte da altre parti del circuito che niente hanno a che fare con PFC. Certamente anche un semplice pre regolatore PFC, generalmente integra il proprio sistema di protezione, ma questo non ha riferimento con la sorveglianza del lato a bassa tensione.

Sostanzialmente andrebbe ricordato che i venditori di auto, per la maggior parte, sanno cosa vendono; i venditori di PC quasi mai.


 


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Aggiornato il 13/06/06 .