I sistemi di conversione dell'energia, piccoli e grandi, sono soggetti oggi a una serie di requisiti sempre più stringenti e spesso contrastanti: da un lato le nuove norme impongono livelli di efficienza sempre più alti, dall'altro i vincoli di mercato non consentono di aumentare i costi e richiedono una riduzione degli ingombri. I produttori di semiconduttori rispondono a queste sfide mettendo a punto circuiti integrati innovativi rivolti alle funzioni di regolazione e controllo. Un esempio significativo giunge da Fairchild, che ha recentemente presentato due nuove famiglie di dispositivi dedicate rispettivamente ai caricabatterie (per telefoni cellulari, computer portatili ecc.) e agli alimentatori di potenza elevata.
La regolazione sul lato del primario
Per quanto riguarda i caricabatterie, i nuovi dispositivi Pwm Psr (Primary Side Regulation) di Fairchild consentono di ridurre il numero complessivo dei componenti eliminando la necessità del fotoaccoppiatore normalmente utilizzato per il feedback che riporta verso il lato dell'avvolgimento primario le grandezze elettriche rilevate sul lato dell'avvolgimento secondario. Ricordiamo brevemente che anche in questi piccoli sistemi la conversione dell'energia si basa sulla tecnologia a commutazione (switching); i dispositivi di regolazione si trovano a monte del trasformatore (cioè sul lato dell'avvolgimento primario), ma devono operare sulla base dei parametri elettrici rilevati sul carico (cioè sul lato dell'avvolgimento secondario del trasformatore stesso). Tradizionalmente il feedback di questa informazione viene ottenuto per mezzo di un fotoaccoppiatore, che consente di mantenere inalterato l'isolamento galvanico tra i due lati del trasformatore. L'approccio circuitale normalmente utilizzato per questa funzione, detto “ringing choke converter”, richiede una cinquantina di componenti e inoltre rende difficile la riduzione dei consumi in standby. La proposta di Fairchild consiste in un famiglia di circuiti integrati, denominata FSEZ13x7, che uniscono in uno stesso contenitore il circuito integrato di regolazione e un Mosfet da 700 volt. La particolarità della soluzione sta nel fatto che, grazie a un avvolgimento ausiliario del trasformatore e ad appositi circuiti, diviene possibile disporre sul lato del primario di grandezze elettriche esattamente correlate a quelle del secondario, eliminando così la necessità del fotoaccoppiatore di feedback. In questo modo il numero dei componenti scende da 50 a 23, con conseguenti vantaggi sul piano dei costi e degli ingombri. Un ulteriore vantaggio consiste nella possibilità di ridurre il consumo in stand-by diminuendo la frequenza di commutazione da 50 kilohertz fino a soli 370 hertz; stando ai dati diffusi da Fairchild, grazie a questo ed altri accorgimenti l'assorbimento senza carico scende a 30 milliwatt, valore corrispondente alla categoria “cinque stelle” nella classificazione dei caricabatterie messa a punto dai cinque principali produttori di telefoni cellulari. Il tutto senza compromessi per quanto riguarda l'accuratezza della regolazione, che si attesta a +/- 5% nella regione a tensione costante (con una funzione di compensazione della caduta di tensione sul cavo) e +/-7% nella regione a corrente costante. “La capacità di combinare la tecnologia Psr con l'erogazione di una corrente costante è una delle specialità di Fairchild”, ha affermato a questo proposito Jon Harper, market development manager europeo del Power Conversion and Industrial Product Group di Fairchild, nel corso di un'intervista rilasciata a Selezione di Elettronica. Tra le altre caratteristiche dei dispositivi FSEZ13x7 va ricordata la variazione ciclica della frequenza di commutazione (frequency hopping), che consente di distribuire le emissioni di radiofrequenza su uno spettro più largo per facilitare l'adeguamento alle norme Emi, e la presenza di varie funzioni di protezione (under-voltage lockout, sovratensione, sovratemperatura). I dispositivi della famiglia FSEZ13x7 utilizzano contenitori Sop-7 e Dip-7, così denominati perché uno degli otto pin del contenitore standard è mancante. Harper ha affermato che questi componenti possono trovare applicazione anche negli alimentatori per i sistemi di illuminazione a Led fino a 30 watt, che condividono con i caricabatterie numerosi requisiti.
La correzione del fattore di potenza
Per quanto riguarda invece gli alimentatori di potenza elevata, le novità presentate da Fairchild riguardano la correzione del fattore di potenza, un'espressione che oggi i produttori di semiconduttori utilizzano per indicare non solo il tradizionale “rifasamento” ma anche la riduzione della distorsione armonica totale. Com'è noto, la correzione del fattore di potenza è oggi richiesta dalla norma EN61000-3-2 in Europa e dagli standard JIS in Giappone. Come ha spiegato Harper, oggi il fattore di potenza degli alimentatori viene misurato in quattro diverse condizioni di carico e uno delle difficoltà principali riguarda il raggiungimento di valori soddisfacenti anche con carichi molto leggeri. Il dispositivo FAN6982 di Fairchild - basato sulla tecnologia Ccm (Continuos Conduction Mode), la più indicata per potenze superiori a 300 watt - si caratterizza appunto per la possibilità di migliorare il fattore di potenza anche con un carico limitato al 20% del valore massimo, grazie alla possibilità di regolare su due diversi livelli la tensione di uscita del circuito di correzione. Tra le altre caratteristiche del dispositivo vanno ricordate la possibilità di controllare la sequenza di “power on” tramite un segnale di “pronto” (ready) disponibile su un apposito pin, la distorsione Thd limitata al 4,6% a pieno carico, un fattore di potenza maggiore di 0,98 sull'intera gamma di tensione, la possibilità di semplificare l'alimentatore eliminando 54 componenti esterni grazie all'integrazione di quattro funzioni (brown out, Pfc con uscita regolabile, sequenza di “power on”, regolazione di Vdd). Il chip FAN6982 impiega un contenitore Soic a 14 pin. La gamma Fairchild comprende anche molti altri dispositivi per la correzione del fattore di potenza, basati non solo sulla tecnologia Continuos Conduction Mode ma anche sulla Boundary Conduction Mode.
