ELMA

	Alimentatori ATX
	PFC

Introduzione

Queste pagine si sono rese necessarie per dissipare la foschia creata dalle solite dis-informazioni presenti in rete, informazioni per lo più buttate lì da persone veramente poco competenti o peggio, che hanno il solo risultato di confondere le idee di chi le recepisce. Questo diventa molto evidente nel caso di problematiche il cui contenuto tecnico si trova al di fuori delle conoscenze scolastiche non specifiche.

Ad esempio, è il caso dell' ormai noto PFC, sconosciuto alla stragrande maggioranza degli utenti PC fino all' introduzione di una normativa restrittiva da parte dell' Unione Europea ed inizialmente magnificato da una propaganda che, non avendo altro di nuovo su cui parlare, lo ha gabellato (ed ancora lo presenta) come panacea di tutti mali progettuali del PC.

Si leggono, quindi, assurdità come "Il PFC attivo migliora la stabilità della tensione"
oppure "Questa tecnologia ... altera la forma d'onda della corrente in ingresso e conduce a diversi effetti benefici:... prolungamento della vita utile dell'apparecchio, maggiore stabilizzazione della tensione di uscita" e via straparlando.
Sembrano le grida degli imbonitori da fiera ! E, sfortunatamente, lo sono...

Internet , se da un lato è fonte di informazione ormai difficilmente sostituibile, dall' altro lo è anche di non-informazione, se non di vera disinformazione. Per cui su siti che si dichiarano competenti (autocertificazione!) ad effettuare "test" su vari prodotti e ad emettere giudizi relativi, si trovano delizie del genere :
"Questo alimentatore è di tipo Active PFC (Power Factor Correction), ovvero in grado di ripartire il carico dell'alimentatore sulle varie linee in base alle esigenze del sistema", teoria degna di una nomination al premio Ignobel.
Oppure si viene a sapere con sorpresa e gioia che l' alimentatore "implementa il PFC (Power Factor Correction) attivo così da ridurre al minimo qualsiasi tipo di interferenza elettrica", meglio del parafulmine.

Inoltre il PFC è indispensabile "rendendo idoneo" il fortunato alimentatore ed il suo ancor più fortunato possessore"ad essere utilizzato per sistemi "ALWAYS ON" (sempre accesi) e per le pratiche di overclock" (probabilmente confuse con le pratiche negromantiche e similari !)
E ancora che, incredibile, ma vero : "particolarmente utile è la protezione PFC, ovvero "correzione fattore potenza" che consente all'alimentatore di adattare automaticamente il voltaggio operativo" (sic !!!).
e non si capisce perchè non ci si precipiti a comperare immediatamente "questo alimentatore si avvantaggia anche della tecnologia PFC, che, come ricorderete dalle precedenti spiegazioni, controlla i picchi di corrente erogata, offrendo così una protezione base alle periferiche"; meglio di una assicurazione !

E ci fermiamo qui, con questa minima raccolta delle boiate pazzesche che vengono ammannite con noncuranza saccente e si trasformano poi in discussioni deliranti sui forum, attorno ai temi più gettonati delle superstizioni tecnologiche correnti.

Vediamo, allora, se possibile, di chiarire un po' meglio la situazione.

PFC : chi è costui ?

L' espressione "correzione del fattore di potenza" si riferisce alla riduzione della potenza reattiva che un carico presenta alla rete. L'acronimo PFC sta per Power Factor Correction : esso rappresenta, matematicamente, il rapporto fra la potenza attiva e quella apparente, assorbite in ingresso dall'alimentatore.

La Potenza Apparente è il prodotto della tensione per la corrente in entrata nel dispositivo e comprende sia la componente Attiva sia quella Reattiva; la Potenza Attiva è la parte che viene resa in uscita per svolgere il lavoro richiesto.
In questo senso si può intendere, anche se non è proprio corretto, che il Fattore di Potenza sia un indicatore del rendimento elettrico.

A questo proposito, sarà opportuno chiarire che PFC riguarda solo ed esclusivamente la linea di alimentazione elettrica in corrente alternata, ovvero quella fornita dall' Enel e non ha niente a che vedere con il rendimento della conversione da corrente alternata a corrente continua operata dal circuito switching dell' alimentatore, ovvero con il funzionamento dell' alimentatore vero e proprio quando questo è parte separata dal sistema di controllo del PFC .
Infatti, fino a poco tempo fa, per la maggior parte dei costruttori, il controllo PFC si è risolto nell' aggiunta di qualche componente alle strutture ben collaudate già esistenti, senza minimante modificarle. E' solo da non molto tempo che lo schema base dell' alimentatore PC è stato oggetto di novità, anche consistenti, alla luce delle mutate necessità di potenza dei sistemi attuali; in questi nuovi progetti il controllo PFC è divenuto parte integrante e non solo come sistemazione sul circuito stampato principale dei componenti che prima stavano su un sub assembly, ma come elemento di controllo del funzionamento dello switch primario.

Scopo del PFC, dunque, è quello di migliorare il rapporto tra la Potenza Apparente e quella Attiva, riducendo quindi la componente Reattiva e migliorando il rendimento della produzione e della distribuzione dell' energia elettrica. Questo è valido non solo per il PC, ma per qualsiasi altro dispositivo elettrico, dalla lavatrice all' illuminazione stradale. Questo perchè il problema della produzione di energia elettrica è strettamente legato a quello della disponibilità di sorgenti non rinnovabili (carbone, petrolio) o non sempre disponibili (energia idraulica, geotermica) o pericolose (energia atomica) o non sfruttate che minimamente(eolica, solare, ecc).
Da tempo le normative relative alla produzione e distribuzione dell' energia elettrica imponevano limitazioni alla componente reattiva dell' energia consumata dalle utenze. Le più recenti norme europee relative al risparmio energetico sono diventate più restrittive e rendono obbligatoria una correzione del fattore di potenza delle apparecchiature collegate alla rete elettrica.

Detto così ...

Detto così, non si è chiarito molto. In effetti non è semplice spiegarlo a chi non ha conoscenze di elettrotecnica e non è possibile in poche righe riassumere quello che tema di studio di un triennio ad un Istituto Tecnico o di laurea ad una Università. Si richiede, però, almeno per capire i termini minimi come tensione e corrente, quello che si dovrebbe aver studiato in Fisica nelle superiori, ovvero una minima conoscenza dell' elettrologia. Non possiamo fare qui un corso di elettrotecnica, non è il nostro scopo e rimandiamo chi sia interessato all' argomento alla lettura di testi e articoli specifici.
Qui proviamo a dare qualche idea sull' argomento.

L' alimentatore del PC

Un alimentatore PC si compone, almeno, di due parti distinte : un circuito in corrente alternata, che riceve l' energia dalla rete di distribuzione (sintetizziamo chiamandola Enel, anche se il panorama delle società di distribuzione e produzione attuale è molto più variegato e, purtroppo, contorto) ed uno in corrente continua che fornisce le tensioni stabilizzate alle uscite. La conversione avviene attraverso circuiti abbastanza complessi e critici, che prendono il nome di switching, ovvero "a commutazione".
I passaggi sono i seguenti
- la tensione di rete a 230V viene raddrizzata e trasformata in continua
- un commutatore elettronico trasforma questa corrente continua in una alternata con frequenza molto elevata
- questa energia alternata passa attraverso un trasformatore che ne abbassa il voltaggio mentre contemporaneamente isola la rete dalla parte a bassa tensione
- la corrente alternata viene raddrizzata e trasformata nei valori continui necessari al PC
- un circuito elettronico specifico supervisiona il processo e regola il funzionamento del commutatore in modo da mantenere stabili i valori delle tensioni continue al variare sia del carico che della rete.
Un processo che deriva la sua energia dalla rete primaria alternata disponibile (si spera) in ogni casa.

Tutto questo è indispensabile perchè, per varie ragioni, si è trovato pratico produrre e trasportare l' energia elettrica sotto forma di alternata, a tensioni piuttosto elevate, mentre i circuiti elettronici richiedono tensioni continue a valori molto bassi (e molto stabili).

La potenza

In un circuito in corrente continua, tensione e corrente hanno valori appunto "continui" nel tempo e la potenza (P), misurata in watt [W] è definita come il prodotto della tensione (V) per la corrente (I)

P = V * I

Questo vale per un circuito in corrente continua, dove, ad esempio, l' energia fornita dal generatore (una pila) si trasforma in calore ed energia luminosa nella lampadina.

Per un circuito in corrente alternata, le cose sono diverse, in quanto la corrente (e la tensione) variano ciclicamente nel tempo, alternando un valore massimo positivo con uno negativo. L' oscillazione tra i due valori avviene, per l' Europa, 50 volte al secondo (50 hertz), mentre negli USA la frequenza sale a 60 hertz.
Usualmente si impiegano delle rappresentazioni grafiche (diagrammi) in cui sull' asse x è riportato il tempo e su quello i valori che tensione e corrente assumono momento per momento. Il diagramma, per la corrente alternata che utilizziamo normalmente assume un tipico andamento sinusoidale, in quanto essa è generata da macchine rotanti.

In queste condizioni, la presenza nel circuito di oggetti non puramente resistivi, come condensatori (capacità) o bobine (induttanze) ha effetti ben diversi da quelli che si verificherebbero nel caso della corrente continua.

In pratica, se alimentiamo una resistenza (ad esempio la lampadina) con una corrente alternata, la sua natura essenzialmente resistiva non oppone al passaggio della corrente alternata altro se non il suo valore di resistenza ohmica e la corrente e la tensione sono presenti in modo sincrono tra di loro, ovvero variano tra il massimo e il minimo allo stesso momento. In questo caso si dice che i due valori sono "in fase" ovvero il fattore di potenza (coseno dell' angolo di sfasamento tra tensione e corrente, il famoso cos phi) è uguale a 1.
In questa circostanza ideale, la potenza vale

P = V * I * fattore di potenza (=1)

ovvero ha lo stesso valore che nel caso del circuito in corrente continua.

Il caso ideale di tensione e corrente "in fase" è, però, proprio ideale e si ottiene in pratica solo ed esclusivamente se il carico, ovvero quanto collegato alla linea, è composto da una resistenza pura (per avere un esempio pratico, una lampadina ad incandescenza o il riscaldatore del boiler è quanto di più prossimo ad una resistenza pura possiamo avere in casa.).
In realtà questa condizione ideale è irraggiungibile in quanto i dispositivi collegati sono composti non solo da resistenze, ma anche da induttanze (ad esempio, gli avvolgimenti dei motori degli elettrodomestici) e da capacità (i condensatori di avviamento degli stessi, le lampade a fluorescenza, ecc). Anche il solo cablaggio, ovvero i fili che costituiscono l' impianto, in corrente alternata, non è carico "ideale", ma presenta, per quanto minime, data la bassa frequenza di lavoro, induttanze e capacità.

Nel caso in cui il carico sia composto anche da induttanze e capacità di valore considerevole, queste fanno si che corrente e tensione non siano più "in fase", ma si verifichi che il massimo della tensione non si trovi più corrispondente a quello della corrente, ma anticipato o ritardato nel tempo. Si dice che c' è uno "sfasamento", ovvero il fattore di potenza è minore di 1.
In pratica, collegando una bobina ad un generatore di corrente alternata, si potrà osservare che la corrente e la tensione non raggiungono il massimo e il minimo nello stesso momento, ma la corrente vi arriva con un certo ritardo di tempo (sfasamento); così pure collegando un condensatore, si avrà uno sfasamento, ma nella direzione opposta, ovvero la corrente arriverà al massimo in anticipo sulla tensione.
Dal punto di vista trogometrico-vettoriale, si forma un angolo di sfasamento (phi) tra corrente e tensione, tanto maggiore quanto maggiore è la componente non resistiva; per una pura reattanza induttiva o capacitiva, l' angolo di sfasamento equivale 90 gradi e il coseno di 90 gradi è uguale a zero.

In queste condizioni, la potenza misurata con la formula vista sopra,

P = V * I * fattore di potenza

a pari corrente e tensione, diventerà sempre più piccola al diminuire del fattore di potenza.
Ma questa potenza è un valore "medio" (in effetti il termine corretto è "efficace"), mentre quello presente momento per momento sarà diverso. Infatti notiamo che , a seconda di quale sia lo sfasamento, il valore reciproco di tensione e corrente varia momento per momento e quindi varia il loro prodotto, tanto che se lo sfasamento è massimo (fattore di potenza = 0 ovvero sfasamento di 90 gradi) la potenza calcolata con questa formula è 0, anche se misuriamo comunque la presenza di corrente e tensione !
Va ben precisato che il funzionamento di un dispositivo non è legato al suo fattore di potenza nel senso che un motore elettrico lavora perfettamente con il suo cos phi naturale che potrà anche essere 0,3. Così pure un alimentatore elettronico potrà generare la tensione richiesta anche con cos phi = 0,12 !
Semplicemente, in queste situazioni, sarà assorbita dalla linea di distribuzione una fortissima componente reattiva che ingrosserà il valore delle Potenza Apparente senza riflettersi minimamente nella Potenza Attiva resa dal dispositivo.
Questa "Potenza Reattiva" consisterà solamente in energia che si scambiano i campi elettrici e magnetici del carico e del generatore, senza svolger attività diretta. Ma assorbe energia, perchè deve comunque essere prodotta.

Un esempio approssimativo può essere quello di un circuito idraulico dove l' acqua scorre regolarmente (in fase) e di un altro (non in fase) in cui si creano turbolenze, vortici, bolle.

Questo esempio , attenzione, non ha un valore "morale", in quanto, se nell' impianto di riscaldamento cercherò di evitare vortici e gorgoglii che niente hanno a che vedere con il corretto funzionamento dei termosifoni, la presenza di potenze reattive in un circuito elettrico non è affatto indice di un cattivo funzionamento, perchè può far parte indissolubile del funzionamento proprio di molte macchine. Come detto, motori elettrici hanno fattori di potenza molto bassi e nessuno si sognerebbe di accusarli di scarsa funzionalità.
Semplicemente, la possibilità di abolire la componente reattiva porta come immediata conseguenza non un miglioramento del funzionamento del motore, ma una drastica riduzione dell' energia prodotta dal generatore e quindi minor consumo di materia prima, minor inquinamento, migliore efficienza del trasporto dell' energia, minore rischio di black out, ecc.

Il fattore di potenza è un confronto con un circuito ideale in corrente continua, per cui se la corrente è 10 ampere e la tensione 230V, la potenza attiva è 10 * 230 = 2300 watt. Nel caso di corrente alternata, se il fattore di potenza è 1, la potenza attiva è ancora 2300W, ma nel caso di un fattore di potenza di 0,5, la potenza attiva sarà 10 * 230 * 0,5 = 1150W, pur essendo uguali la corrente e la tensione ! La differenza di potenza va a finire nella componnete reattiva (che si misura in VAr - VoltAmpere reattivi).
E se il fattore di potenza è zero, il prodotto 10 * 230 * 0 darà un risultato di 0 kilowatt !! pur essendoci una potenza in linea di 2300 VA ( VoltAmpere).
Questo vuol dire che i generatori elettrici alle centrali non si possano fermare nel caso di uno sfasamento, ma che l' energia che producono non genera una "attività" nel senso di un effetto Joule come nel caso del filamento della lampadina, pur richiedendo una corrente sensibile.

Per inciso, il prodotto della corrente e della tensione alternate, escludendo il fattore di potenza, da origine ad un' altra misura, ovvero la Potenza Apparente, che abbiamo già citato senza specificazioni, misurata in VA (da leggere voltampere).
Questa potenza "apparente" è tale perchè deriva dalla moltiplicazione brutale dei valori di tensione e corrente letti da due strumenti inseriti sulla linea, ma ha solo un valore indicativo per il dimensionamento delle linee, in quanto la potenza reale cambia momento per momento con il variare del carico e dello sfasamento tra i due valori.

Comunque, come abbiamo visto adesso, sia che il fattore di potenza sia alto, sia che sia basso, ugualmente corrente è richiesta dalla linea e le centrali elettriche devono lavorare per generarla : sia che il fattore di potenza sia alto sia che sia basso, scorre comunque una corrente e questa va generata e trasportata.
Però, maggiore è il PF, minore sarà la corrente da trasportare e la potenza da produrre.

E a noi cosa interessa ?

Personalmente, potremmo dire ben poco : è un fenomeno che non vediamo e sul quale non abbiamo alcun controllo diretto.
In pratica questo interessa moltissimo le aziende produttrici di energia, in quanto la produzione di energia elettrica richiede che vengano consumate altre risorse, dai combustibili fossili (centrali termoelettriche) a quelli "naturali" (geotermica, idraulica, eolica, ecc). Ovviamente queste conversioni hanno un certo rendimento e, dato che le materie prime e gli impianti hanno un costo, maggiore è questo rendimento, minore sarà il costo dell' energia prodotta. Inoltre, questa energia è prodotta in luoghi spesso lontani da quelli di consumo ed anche le linee elettriche che la trasportano hanno costi e rendimenti.

E qui veniamo al punto centrale del problema, ovvero alla produzione ed al trasporto dell' energia elettrica.

La distribuzione dell' energia elettrica fa fronte, a parte casi speciali, essenzialmente a tre ambiti : illuminazione, riscaldamento e movimento. Nel caso di illuminazione, buona parte è prodotta con lampade ad incandescenza, caso in cui, come abbiamo già accennato, il fattore di potenza è vicino a 1. (diverso è il caso di altri sistemi di illuminazione, come lampade a fluorescenza, a gas, ecc). Lo stesso discorso si può fare per il riscaldamento elettrico.
Diverso, invece, il caso di movimento, in quanto la maggior parte dei motori elettrice sono carichi fortemente induttivi, ovvero nei quali la componente principale non è la resistenza, ma l' induttanza degli avvolgimenti. ed in cui il fattore di potenza può scendere anche a bassi valori, con una evidente prevalenza della componente "reattiva" della potenza.
Questa potenza reattiva non compie un "lavoro" e , teoricamente, non corrisponderebbe neppure ad un costo di produzione. In effetti, però i generatori elettrici alle centrali devono comunque girare e l' energia , anche se reattiva, viaggia sulle linee di distribuzione e quindi ha un costo per le società produttrici.

Queste società recuperano i costi (e l' utile !) attraverso un metodo di tariffazione di quanto consumato dagli utenti che avviene attraverso la lettura di "contatori". Questi contatori misurano la potenza (in watt o kilowatt) per il tempo e , nella comune versione elettromeccanica (quella con la finestrella di vetro dove si vede un disco girare e i numerini del conteggio che salgono inesorabilmente) fanno riferimento ad una misura di potenza attiva, escludendo quella reattiva.
Quindi, se la mia utenza consumasse, per assurdo, solo potenza reattiva, il contatore sarebbe fermo e la bolletta a zero, anche se la centrale elettrica e le linee di distribuzione dovrebbero essere comunque in piena funzione.

E' ovvio che questo non accade ad un comune utente "domestico" e il suo fattore di potenza medio sarà accettabile; in pratica gli apparecchi per uso domestico sono costruiti per presentare fattori di potenza con un limite minimo di 0,75.
Il fattore di potenza, senza una "correzione" sarà sempre minore di 1, a volte molto minore di 1, quando le componenti reattive sono fortemente prevalenti in una direzione. Solitamente si ritiene che un carico con cosphi da 0,7 in su sia un buon carico, anche se, attraverso il "rifasamento" si possono raggiungere facilmente valori di 0,9 e oltre.

Si può qui fare un inciso : tra le varie amenità reperibili in rete, risulta pure l' affermazione che non è raggiungibile il Fattore di Potenza = 1 perchè si tratterebbe di "moto perpetuo".
La cosa è ampiamente "unsinn" perchè non stiamo parlando di generazione dell' energia, ma di conversione della stessa energia da un rapporto tensione/corrente ad un altro. Quindi, PF = 1 indica solo che la trasformazione non ha alcuna perdita, non che si inneschi un ciclo di moto perpetuo, in quanto la potenza in uscita è uguale a quella in entrata e se se quella in entrata è 0, anche quella in uscita lo è.
Non stiamo neppure parlando di rendimento delle fasi successive della trasformazione da 230V a 5V, bensì del rapporto che esiste tra la Potenza Attiva, che genera il lavoro, e quella Reattiva, che i campi magnetici si scambiano tra di loro. PF viene infatti misurato sul lato dell' alimentazione alternata e non come rapporto tra la potenza richiesta in rete e quella resa sul lato a corrente continua; in questo caso non avrei solo a che fare con il PF, ma anche, e sopratutto, con il rendimento del circuito switching che effettua la conversione. Ma questo circuito opera già alimentato in corrente continua e quindi nulla ha a che fare con il PFC.
Quindi, potendo compensare totalmente la componente reattiva, cosa del tutto possibile, anche se difficoltosa su carichi variabili, il cos phi = 1 è possibile e non ha niente di magico.

Nel caso di utenti speciali, come industrie manifatturiere, processi chimici, siderurgici, ecc., tutte cose che si presentano come carichi fortemente sfasati e che quindi consumano una rilevante potenza reattiva, il fattore di potenza si abbassano anche a 0,2.
Allora la società di distribuzione dell' energia provvederà a piazzare misuratori di energia reattiva (ed emettere le relative bollette salate), il che costringerà l' utente a installare sistemi di "rifasamento", ovvero dispositivi che intervengono momento per momento per correggere il fattore di potenza, mirando a portarlo quanto più possibile vicino a 1 e a non fare avanzare i contatori della potenza reattiva.
In generale, essendo i carichi costituiti da motori (induttivi) il sistema di rifasamento è effettuato con batterie di condensatori. Per contro, se si deve rifasare un carico capacitivo, la soluzione consisterà nell' aggiunta di una uguale componente induttiva, ovvero una bobina.

E' qui evidente che il rifasamento non ha niente a che vedere con il funzionamento dei motori, non li modifica, nè ne modifica le caratteristiche, il rendimento, il calore prodotto, la velocità o la durata. Si tratta solamente di aggiungere esternamente ad un carico che è "sbilanciato" verso una componente (in questo caso induttiva) l' equivalente opposto (in questo caso capacitivo) che la compensi e riporti in fase corrente e tensione.
Questo va ben compreso e tenuto a mente.

In sostanza, anche se si tratta di una conclusione molto riduttiva, un carico a fattore di potenza 1 è preferibile in quanto migliora il rendimento generale della produzione/distribuzione dell' energia e quindi, indirettamente, ha anche una valenza di risparmio energetico ed ambientale-ecologico. Da queste considerazioni globali e per altre ragioni, la normativa nazionale ed europea tende a emettere leggi in questa direzione.

ma non basta...

Va aggiunto, tanto per complicare le cose, che, sopratutto in presenza di circuiti elettronici, le forma d' onda si discostano molto da quella teorica sinusoidale e questo introduce una ulteriore complicazione nella valutazione della reale potenza attiva assorbita dal circuito.
Inoltre, la deformazione delle sinusoidi equivale all' introduzione di componenti armoniche a frequenze maggiori che hanno come effetto immediatamente percepibile il disturbo delle radio comunicazioni e, in senso più ampio, un peggioramento dell' inquinamento elettromagnetico dell' ambiente.

... e il PC ?

E qui veniamo finalmente al punto che ci interessa direttamente, ovvero l' alimentatore del PC.
Fino a prima della normativa europea, nessuno si era particolarmente interessato al problema, in quanto le potenze utilizzate, in confronto a quelle di altri elettrodomestici, sono basse (ad es. lavatrice 1000-2000W, PC 250W).
Però, l' aumento del numero dei PC installati e l' aumento del loro consumo medio hanno fatto si che anche questo segmento ricadesse sotto la legiferazione comunitaria, con la nascita dell' obbligo di inserire un circuito di rifasamento.

L' alimentatore PC, per le sue caratteristiche costruttive, è essenzialmente un carico con un fattore di potenza basso, di tipo capacitivo, per cui un primo approccio, il più semplice, è quello di aggiungere la componente mancante, ovvero quella induttiva, realizzata con bobine avvolte su nuclei metallici. Questo è il sistema di correzione passiva..

Diversamente, però, da un motore elettrico, l' alimentatore non ha parti in movimento, ma solo componenti elettronici e risulta più semplice l' adeguarlo ad un fattore vicino ad 1 con un approccio puramente elettronico.
La correzione passiva è il sistema meno costoso e fornisce un adeguato valore medio del fattore di potenza corretto, mentre sarà vario, a seconda del carico imposto a valle dell' alimentatore.

Da qui l' idea di inserire una correzione attiva : in questo caso un circuito elettronico modifica istante per istante il valore del fattore di potenza, cercando di mantenerlo quanto possibili al massimo. Il sistema è più costoso, ma il valore medio è il più alto possibile.

Il più alto possibile si intende in relazione al fatto che un fattore 1 sarà in qualsiasi caso difficile da raggiungere perchè non viene modificata la struttura del circuito dell' alimentatore vero e proprio, ma solo aggiunta una componente di correzione.

Esistono diversi approcci al pfc attivo, per cui parlare di "pfc attivo" come di una unica realtà è un primo grave errore.

Ad esempio, il sistema più semplice di PFC attivo prevede di sostituire il ponte raddrizzatore iniziale con sottoinsieme composto da uno switch di potenza, una bobina e un controller integrato che ha lo scopo di raddrizzare la corrente mantenendo quanto più possibile in fase corrente e tensione. In questo caso NULLA del circuito che segue viene modificato !

A questo punto, va osservato che la forma delle correnti/tensioni assorbite da un circuito in alternata ben raramente corrisponde alle perfette forme sinusoidali dei diagrammi teorici, in quanto si introducono deformazioni anche consistenti dovute alla presenza contemporanea di induttanze e capacità e di campi magnetici ed elettrici alternati non uniformi, di fattori di risonanza, di filtraggio, ecc., con la conseguente generazione di armoniche a frequenze elevate. Oltre a questo, concorrono a produrre disturbi a varie frequenze anche le strutture stesse di vari dispositivi, come i motori a collettore (provare ad accendere una radio in prossimità di un phon o di un rasoio elettrico), starter di lampade fluorescenti . Così pure nel caso di alimentatori elettronici, in cui la conversione delle tensioni è fatta con complesse parzializzazioni dell' energia primaria e che generano un elevato numero di armoniche.
Un miglioramento del fattore di potenza potrà essere utile anche alla riduzione di questi disturbi, ma la loro eliminazione non dipende certo dall' aggiunta di un rifasamento esterno; sarà necessaria una revisione complessiva del progetto.

In conclusione, serve o no questo PFC ?

Da un punto di vista dell' utente singolo, che pensa al proprio orticello, la risposta è sicuramente no. Infatti da un punto di vista puramente egocentrico, gli unici che ne traggono vantaggio sono le società di distribuzione, in quanto se il vostro alimentatore presenta 100W a fattore di potenza 0, 5, vi troverete fatturati 50W. Se il fattore di potenza è 0,98, ve ne troverete fatturati 98 ! Quindi, in tal senso, sarebbe auspicabile un fattore di potenza 0!

Però, se vediamo la cosa da un punto di vista generale, non possiamo che concordare con ogni tentativo di miglioramento del risparmio energetico globale e della riduzione dello smog elettromagnetico; i PC installati, per quanto poco possano consumare, sono milioni ed è insensato sprecare risorse sensibili se è possibile evitarlo con interventi minimi.

Quanto agli imbonitori da fiera e ai loro epigoni, il cui clamore è proporzionale all' utile ricavato, vale in generale quanto si sa già comunemente, ovvero che l' ignoranza della gente è mezzo di sopravvivenza dei furbi; ma va anche ricordato che l' ignoranza è fatto facilmente sanabile :è questione di volerlo.

Allora, cosa fa 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 aiutando nel senso di un risparmio di risorse.
- riduce 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, Clestica, 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, 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 ! Non comunque nel senso che si da ad intendere. Un alimentatore che presenta sulla linea un fattore di potenza 1 progettato male dissiperà in calore più energia di uno con un fattore di potenza 0,7 ben progettato . Come abbiamo detto, il PFC agisce col riportare in fase corrente e tensione e quindi col minimizzare la componente reattiva, ma non modifica minimamente il sistema switching che converte la tensione primaria in quelle secondarie. Il rendimento vero e proprio dell' alimentatore, ovvero il rapporto tra potenza richiesta dalla rete e potenza resa sul lato a bassa tensione dipenderà anche da altri fattori. Stiamo parlando di alimentatori basati su circuiti a commutazione, in cui la maggior parte delle perdite di potenza dipendono dalla commutazione dei semiconduttori. Ad esempio è facile notare che in un circuito standard l' aletta di raffreddamento maggiore non compete agli switch sul alto ad alta tensione, ma ai diodi sul lato a bassa tensione; utilizzando tecnologie più complesse, come quella del raddrizzamento sincrono, si possono ridurre queste perdite. 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 sono legati solo da una revisione del progetto dell' alimentatore in questa direzione.

- 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 !
Sicuramente va detto che il riporto a fattore unitario può comportare una diversa forma d' onda e, in questo senso, una riduzione dei disturbi elettromagnetici riflessi sulla linea di alimentazione. 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) mentre posso avere corrente e tensione in fase, ma con forma d' onda squadrata, a gradini o triangolare, ovvero afflitte da una marea di armoniche.
Di nuovo, PFC e forma d' onda sono legati solo da una revisione del progetto dell' alimentatore in questa direzione.

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 negromatiche con la convocazione dello Spirito dell' Overclock e funzionamenti 25h/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. Questa caratteristica dipende dalla circuiteria implementata dal progettista e non dalla correzione del fattore di potenza.

- 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.

Inoltre :

- attivo è migliore di passivo ? Non in assoluto. Anche perchè, come già accennato, non esiste "un" PFC attivo, ma una molteplicità di soluzioni diversissime tra di loro per implementare soluzioni "attive".
Sicuramente la tecnologia impiegata nell' implementazione di circuiti di rifasamento elettronici è notevole, ma per quanto riguarda l' utente, il fatto che la correzione del fattore di potenza sia attiva o passiva non ha alcun peso, né tanto meno ne ha per i circuiti alimentati. I PC hanno funzionato benissimo dalla data della loro nascita senza alcun controllo PFC. Quello che importa è la qualità complessiva del progetto dell' alimentatore, che dipende da moltissimi fattori, di cui il controllo del fattore di potenza è solo uno.
Più in generale, si può rilevare che lo schema base degli alimentatori PC correnti è il medesimo da anni e anni e solo minime modifiche sono implementate di quando in quando. L' introduzione dei circuiti PFC, attivi o passivi, si è risolta, anche per la loro natura, che abbiamo cercato di chiarire, solo come un innesto che non ha modificato minimamente il resto della struttura, che rimane invariata nella sua essenza.

Sicuramente, dal punto di vista della rete, si può affermare che il valore di cos phi ottenibile con la soluzione attiva è mediamente migliore (e a volte molto migliore) di quello ottenibile con l' approccio passivo.
Però, per quello che riguarda il funzionamento dell' alimentatore vero e proprio, solamente le revisioni di progetto di cui il rifasamento attivo diventa una componente primaria, hanno effetti migliorativi per il complesso dello switching, come forma d' onda migliore e migliori prestazioni.

In conclusione

In conclusione, l' obbligo del PFC anche su piccoli apparati è una piccola, ma utile modifica ad un complesso stato di cose pre esistenti, che andrebbe rivisto complessivamente alla luce della situazione energetica globale.

Se vogliamo ricorrere ad un esempio, potremmo dire che il PFC, fino a che è analogo alla marmitta catalitica delle auto, è certamente un necessario miglioramento, ma non l' optimum.
La marmitta catalitica non migliora le prestazioni del motore, non aumenta la velocità, non riduce i consumi, non aumenta la sicurezza, non riduce i costi di gestione, non sostituisce l' ABS nè evita di fare il pieno ogni tanto. Ma solo perchè questo non è il suo scopo : il suo scopo è quello di ridurre il tasso di inquinamento atmosferico del motore ed in tal senso diventa un addizionale indispensabile per chiunque sia alla guida. Miglioramenti nelle prestazioni, consumi, sicurezza e costi dell' auto non derivano certo dall' aggiunta della marmitta catalitica, bensì da una eventuale revisione dei criteri costruttivi dell' intero veicolo.
Così pure il PFC non trasforma una zucca di alimentatore nella carrozza dorata di Cenerentola.
I miglioramenti nelle prestazioni, consumi, sicurezza, durata, efficienza, contenimento dell' elettrosmog , ecc. non derivano certo dall' aggiunta di un controller PFC ad un progetto esistente, bensì da una ampia revisione dei criteri costruttivi dell' intero apparecchio.
Cosa che, fortunatamente, pare cominci a diventare comune.

Note

Sembra confermata una "incompatibilità" tra gruppi di continuità (UPS) di basso costo/qualità e alimentatori dotati di controllo PFC, sopratutto se del tipo attivo. Risultano casi di danneggiamento serio dell' alimentatore nella parte a tensione di rete a seguito di mancanze e ripristino di rete sotto UPS. La cosa è da ritenersi possibile nei casi in cui la forma d'onda generata dal gruppo di continuità sia particolarmente irregolare o l' elettronica del gruppo, nelle transizioni tra rete e mancanza di rete, generi picchi o deformazioni della sinusoide tali da innescare risposte distruttive nella circuiteria dell' alimentatore.
A questo problema, l' unica soluzione possibile è quella di utilizzare UPS di qualità, con forma d' onda sinusoidale ed evitando i modelli off-line (a intervento), sopratutto se di marche ignote e costi troppo bassi.