L’elettronica di potenza si occupa dello studio, della progettazione e della realizzazione di circuiti elettronici che sono in grado di gestire grandi quantità di potenza elettrica. Si tratta di un campo molto ampio che comprende diversi settori, come la conversione di potenza, il controllo motore, la protezione di sistemi elettrici, l’alimentazione di emergenza e molto altro ancora.
La progettazione di circuiti di elettronica di potenza richiede una ottima conoscenza delle tecniche di conversione di potenza, dei principi di funzionamento dei dispositivi di potenza, come i diodi, i tiristori e i transistor, e delle tecniche di controllo e protezione dei sistemi elettrici. Inoltre, è importante essere in grado di valutare le prestazioni dei circuiti di elettronica di potenza in termini di efficienza, affidabilità e sicurezza.
Oggi, la tecnologia permette l’utilizzo di nuove tipologie di semiconduttori, SiC e GaN per citarne alcuni, e la percentuale di efficienza ottenuta con i dispositivi elettronici di potenza è sempre più alta.
Il confine tra elettronica di bassa potenza ed elettronica di alta potenza è principalmente una questione di scala. In generale, si può dire che l’elettronica di bassa potenza si occupa di circuiti che gestiscono correnti di pochi ampere (solitamente fino a 5-10 A), mentre l’elettronica di potenza si occupa di circuiti che gestiscono correnti di decine o centinaia di ampere. Tuttavia, non c’è una soglia esatta che definisca il limite tra questi due campi dell’elettronica.
Va tenuto anche presente che il limite di corrente di un circuito dipende anche dal tipo di dispositivi che vengono utilizzati. La figura 1 mostra come un aumento della corrente che circola in un circuito elettrico corrisponde a un aumento ancora più grande della potenza generata dal generatore e di quella dissipata dal carico. Il circuito di esempio è formato da un semplice generatore di corrente e da un carico resistivo da 10 Ohm. Come si vede dal grafico, aumentando il valore di corrente (espresso nell’asse delle ascisse) aumenta molto più proporzionalmente il valore della potenza sviluppata nel circuito (espressa nell’asse delle ordinate). La formula che lega i parametri della potenza, della tensione e della potenza si basa sulla legge di Ohm:
dove:
- P è la potenza, misurata in watt;
- V è la tensione, misurata in volt;
- I è la corrente, misurata in ampere.
Quindi, per calcolare la potenza in un circuito elettrico avendo a disposizione la tensione e la corrente, basta moltiplicare queste due grandezze tra loro. Per avere un’idea di come la potenza generata o dissipata aumenti in modo più che proporzionale, si osservi la seguente tabella relativa allo schema di cui sopra:
| Corrente circolante (A) | Potenza dissipata dal carico (W) |
| 1 | 10 |
| 5 | 250 |
| 12 | 1440 |
| 30 | 9000 |
| 60 | 36 kW |
| 100 | 100 kW |
| 500 | 2500 kW |
In pratica è sufficiente un piccolo aumento di corrente (o di tensione) per determinare un grande aumento della potenza.
I progettisti devono analizzare e osservare proprio le casistiche peggiori in quanto esse possono verificarsi con conseguenze disastrose. Grandi potenze implicano aumenti smisurati di calore e potenziali danneggiamenti ai circuiti e ai componenti.
Figura 1: il grafico mostra come la potenza in un circuito aumenti molto più che proporzionalmente
Power supply: soluzioni affidabili ed efficienti
Tra i diversi partner di cui si avvale MOS, società di distribuzione di elettronica con sede a Nova Milanese, c’è PAIRUI, un produttore in grado di fornire alti standard di qualità e supporto tecnico per prodotti e componenti elettronici. La sua attività spazia tra la produzione e sigillatura di componenti magnetici, dispositivi di potenza e tecnologia di assemblaggio. Tra i prodotti forniti, si trovano diverse famiglie di power supply. Ecco le principali.
Gli alimentatori Din Rail
I dispositivi Din Rail Power Supply di Pairui Electronics sono progettati per essere installati su guide DIN, un sistema di montaggio standard utilizzato in molti impianti elettrici e di automazione industriale (vedi i modelli in figura 2). Questi alimentatori sono solitamente utilizzati per fornire energia a sistemi di automazione, come sensori, attuatori e altri dispositivi elettronici. Possono anche essere utilizzati per alimentare sistemi di controllo e automazione, come PLC, interfacce e altri dispositivi di automazione.
Figura 2: i modelli di alimentatori Din Rail di PAIRUI
I dispositivi Din Rail Power Supply sono disponibili in diverse gamme di tensione e corrente e possono essere utilizzati in una varietà di ambienti, inclusi quelli industriali, commerciali e residenziali. Sono progettati per essere facili da installare e gestire, e hanno caratteristiche di protezione da sovracorrente, sovratensione e cortocircuito per garantire la sicurezza durante l’utilizzo. Al momento tali alimentatori sono contemplati nelle seguenti categorie:
- IS Standard type (single phase);
- LIS Compact type (single phase);
- TIS Three-Phase Dedicated.
La seguente tabella mostra i vari modelli suddivisi per serie, accanto alle principali caratteristiche elettriche ed elettroniche.
| Serie | Potenza nominale | Tensione di ingresso | Tensione di uscita |
| IS15 | 15 W | 90-264 V | 12 V, 15 V, 24 V |
| IS30 | 30 W | 90-264 V | 5 V, 12 V, 15 V, 24 V |
| IS50 | 50 W | 90-264 V | 12 V, 24 V, 48 V |
| IS70 | 70 W | 90-264 V | 12 V, 15 V, 24 V, 48 V |
| IS120 | 120 W | 90-264 V | 12 V, 15 V, 24 V, 48 V |
| IS180 | 180 W | 90-264 V | 24 V, 48 V |
| IS240 | 240 W | 90-264 V | 24 V, 48 V |
| IS480 | 480 W | 90-264 V | 24 V, 48 V |
| LIS30 | 30 W | 85-264 V | 12 V, 24 V, 48 V |
| LIS50 | 50 W | 85-264 V | 12 V, 24 V, 48 V |
| LIS75 | 75 W | 85-264 V | 12 V, 24 V, 48 V |
| LIS120 | 120 W | 85-264 V | 24 V, 48 V |
| TIS240 | 240 W | 340-550 V | 24 V, 48 V |
| TIS480 | 480 W | 340-550 V | 24 V, 48 V |
| TIS960 | 960 W | 340-550 V | 24 V, 48 V |
L’offerta è davvero molto ampia, si consiglia di analizzare le caratteristiche tecniche del modello che più si adatta alle proprie esigenze di applicazione.
I trasformatori a bassa frequenza e ad alta frequenza
I trasformatori sono componenti elettronici progettati per trasformare la tensione in un circuito elettrico. Sono spesso utilizzati in sistemi di alimentazione per aumentare l’efficienza energetica e ridurre le perdite di potenza.
I trasformatori di Pairui distribuiti da MOS sono realizzati utilizzando materiali magnetici di alta qualità e sono caratterizzati da alte resistenze magnetiche e basse perdite di energia. Inoltre, questi trasformatori (vedi alcuni modelli in figura 3) sono progettati per operare a frequenze comprese tra i 20 kHz e 1 MHz, il che li rende ideali per l’utilizzo in sistemi elettronici ad alta frequenza come i circuiti di alimentazione switching. Questi componenti sono disponibili in una grande varietà di forme e dimensioni per soddisfare le esigenze di diversi tipi di circuiti. Inoltre, sono progettati per essere facilmente installati in circuiti stampati e possono essere utilizzati in una vasta gamma di temperature, senza che si verifichino perdite di efficienza.
I trasformatori a bassa frequenza sono distribuiti nelle seguenti categorie:
- Potting Transformer;
- Linear transformer;
- Toroidal transformer.
I trasformatori ad alta frequenza sono distribuiti nelle seguenti categorie:
- Flyback transformer;
- Power Transformer;
- Telecommunication Transformer;
- Lan Transformer;
- RF Transformer;
- Audio Transformer.
Figura 3: alcuni trasformatori a bassa e ad alta frequenza di PAIRUI
A titolo di esempio è possibile osservare, in figura 4, il trasformatore di potenza toroidale, distribuito nelle serie FATR25, FATR50, FATR250, FATR500, FATR1000, FATR2500, FATR100 e FATR160. La struttura toroidale di tali trasformatori contribuisce intrinsecamente a ridurre i campi parassiti, aumenta l’efficienza e riduce al minimo le dimensioni rispetto ai trasformatori tradizionali. Essi sono realizzati con il sistema di isolamento di Classe B e sono progettati per soddisfare la maggior parte degli standard internazionali di sicurezza.
Figura 4: un trasformatore di potenza toroidale di PAIRUI
I moduli AC-DC e DC-DC
I moduli AC-DC e DC-DC sono dispositivi utilizzati per convertire una tensione alternata in una tensione continua (AC-DC) oppure modificano la tensione in ingresso in un’altra in uscita (DC-DC). I moduli sono distribuiti nelle seguenti categorie:
- AC-DC Module
- – DIP:1-10W
- DC-DC Module
- SMD:1W
- SIP:1-3W
- DIP:1-30W
- Non-Isolated power supply
I moduli AC-DC sono distribuiti nelle serie elencate nella seguente tabella.
| Serie | Potenza nominale | Tensione di ingresso | Tensione di uscita | Tensione di isolamento |
| ASQ03 | 3 W | 85-265 V | 3.3-24 V | 2000 V |
| ASQ05 | 5 W | 85-265 V | 3.3-24 V | 2000 V |
| ASP07 | 7.5 W | 85-265 V | 3.3-24 V | 2000 V |
| ASP10 | 10 W | 85-265 V | 3.3-24 V | 2000 V |
| ASP20 | 20 W | 85-265 V | 3.3-24 V | 2000 V |
I moduli DC-DC sono molto più numerosi e prevedono ampie classi di potenza nominale, di tensione di ingresso e di uscita, di dimensioni e di efficienza.
Figura 5: alcuni moduli AC-DC e DC-DC prodotti da PAIRUI
A titolo di esempio vengono presi, a campione, i convertitori DC-DC della serie DMV-30W. La figura 6 mostra il dispositivo, assieme ad altre sue caratteristiche tecniche. Questi convertitori sono caratterizzati da un ampio intervallo di ingresso (4:1), un basso tasso di ripple e una protezione da sovracorrente e da cortocircuito. La tensione di uscita è regolabile e può essere acceso e spento a distanza. E’ contenuto in una custodia metallica schermata a sei lati. La seguente tabella mostra una panoramica di tutti i modelli della serie, evidenziandone la flessibilità delle caratteristiche.
| Serie | Tensione di ingresso | Tensione di uscita | Corrente di uscita | Efficienza tipica |
| DMV30W-2411 | 24 V (9 V ~ 36 V) | 5 V | 6 A | 82 % |
| DMV30W-2415 | 24 V (9 V ~ 36 V) | 9 V | 3.3 A | 78 % |
| DMV30W-2412 | 24 V (9 V ~ 36 V) | 12 V | 2.5 A | 87 % |
| DMV30W-2413 | 24 V (9 V ~ 36 V) | 15 V | 2 A | 87 % |
| DMV30W-2414 | 24 V (9 V ~ 36 V) | 24 V | 1.25 A | 87 % |
| DMV30W-2421 | 24 V (9 V ~ 36 V) | +/- 5 V | 3 A | 82 % |
| DMV30W-2423 | 24 V (9 V ~ 36 V) | +/- 9 V | 1.65 A | 78 % |
| DMV30W-2422 | 24 V (9 V ~ 36 V) | +/- 12 V | 1.25 A | 87 % |
| DMV30W-2424 | 24 V (9 V ~ 36 V) | +/- 15 V | 1 A | 78 % |
| DMV30W-2425 | 24 V (9 V ~ 36 V) | +/- 24 V | 0.625 A | 78 % |
| DMV30W-4811 | 48 V (18 V ~ 72 V) | 5 V | 6 A | 82 % |
| DMV30W-4815 | 48 V (18 V ~ 72 V) | 9 V | 3.3 A | 78 % |
| DMV30W-4812 | 48 V (18 V ~ 72 V) | 12 V | 2.5 A | 87 % |
| DMV30W-4813 | 48 V (18 V ~ 72 V) | 15 V | 2 A | 87 % |
| DMV30W-4814 | 48 V (18 V ~ 72 V) | 24 V | 1.25 A | 87 % |
| DMV30W-4821 | 48 V (18 V ~ 72 V) | +/- 5 V | 3 A | 82 % |
| DMV30W-4823 | 48 V (18 V ~ 72 V) | +/- 9 V | 1.65 A | 78 % |
| DMV30W-4822 | 48 V (18 V ~ 72 V) | +/- 12 V | 1.25 A | 87 % |
| DMV30W-4824 | 48 V (18 V ~ 72 V) | +/- 15 V | 1 A | 78 % |
| DMV30W-4825 | 48 V (18 V ~ 72 V) | +/- 24 V | 0.625 A | 78 % |
Il controllo remoto permette di accendere il dispositivo, se il segnale di pilotaggio è a livello logico alto o assente, oppure di spegnerlo, se il segnale di pilotaggio è a livello logico basso o collegato a massa. La frequenza di switching è di circa 300 Khz. La temperatura di funzionamento è compresa tra -25 ℃ e +55 ℃.
Figura 6: il convertitore della DMV-30W di PAIRUI
MOS e Pairui per l’elettronica di potenza
MOS è un distributore di componenti elettronici presente sul mercato da oltre 30 anni. L’azienda è certificata ISO 90001, ISO 14001 e ISO 45001 e sono in corso le procedure per l’ottenimento delle certificazioni ISO 26001, ISO 27001 e per l’ottenimento del rating ESG. Attraverso la collaborazione con i nostri partner, tra cui Pairui, siamo in grado di soddisfare in maniera efficace le esigenze dei nostri clienti creando per ognuno di loro un servizio tailor-made.
Pairui è un’azienda attiva nel mercato dei componenti magnetici e power supply dal 1986 e opera nel settore industriale, consumer e negli ultimi anni sta investendo nelle nuove applicazioni smart home, smart city ed e-mobility al fine di contribuire alla creazione di un futuro migliore e “green” favorendo il miglioramento della qualità della vita.
