Tutti i sistemi e circuiti elettrici richiedono energia elettrica per poter funzionare. Tale energia elettrica viene trasmessa da una sorgente ad un carico. La trasmissione avviene facendo uso delle tecniche e dei componenti che rientrano nell’ambito di applicazione di una disciplina denominata elettronica di potenza.
L’elettronica di potenza è un sottoinsieme dell’elettronica e gioca un ruolo fondamentale poiché la troviamo ovunque, all’interno di un dispositivo come per esempio il caricabatterie oppure nei sistemi di generazione elettrica come quelli dei pannelli solari oppure delle turbine eoliche. Ogni dispositivo elettrico richiede alimentazione per poter funzionare e l’elettronica di potenza riguarda tutti quegli aspetti che permettono all’energia elettrica di poter alimentare un qualsiasi carico.
Cosa si intende per elettronica di potenza? In questo articolo verranno presentati gli aspetti principali che riguardano l’elettronica di potenza incluso il suo significato e le sue applicazioni tipiche. Se hai sempre sentito parlare di elettronica di potenza ma non hai mai capito bene di cosa si tratta, questo articolo è quello che fa per te.
Cosa significa elettronica di potenza
L’elettronica di potenza è la disciplina che studia come gestire, elaborare e convertire l’energia elettrica. L’elettronica di potenza è quella parte dell’elettronica che riguarda di tutte quelle tecniche di progettazione circuitale che permettono, tramite l’utilizzo di componenti (di potenza) di controllare e manipolare l’energia elettrica. Obiettivo dell’elettronica di potenza è quello di far giungere in maniera controllata l’energia elettrica dalla sorgente al carico sulla base di quanto richiesto dalla stessa tipologia di carico.
Sulla base di quanto detto si può comprendere come l’elettronica di potenza riguardi quell’elettronica che si trova in una posizione intermedia tra una sorgente capace di generare dell’energia elettrica e un carico che richiede tale energia elettrica per poter funzionare. In generale, il carico, per poter funzionare non richiede soltanto dell’energia elettrica ma richiede che questa energia gli arrivi con particolari caratteristiche che sono quelle che il carico richiede per poter funzionare in maniera corretta ed efficiente.
A cosa serve l’elettronica di potenza
L’elettronica di potenza serve a garantire che l’energia elettrica che proviene da una sorgente venga trasmessa al carico che la richiede nella forma richiesta ed in maniera efficiente. L’obiettivo è quindi che il carico possa funzionare bene, come previsto e senza danneggiarsi. L’energia elettrica, infatti, dopo essere stata trasmessa dal generatore, prima di giungere al carico attraversa diverse fasi in cui viene manipolata e convertita. L’elettronica di potenza permette che l’energia elettrica giunga al carico esattamente nella forma e nelle specifiche richieste dal carico per funzionare.
Ne deriva che l’elettronica di potenza gioca un ruolo chiave nella trasmissione dell’energia con un impatto importante sulle performance e sul funzionamento di qualsiasi dispositivo o componente elettrico. I circuiti di potenza hanno inoltre un impatto importante nella progettazione dei dispositivi elettrici ed elettronici in quanto, nonostante la crescente miniaturizzazione dei singoli componenti ed integrati, rappresentano sempre quella parte del circuito più grande in termini di volume richiesto.
Applicazioni dell’elettronica di potenza
L’elettronica di potenza è presente in qualsiasi circuito elettrico che richiede di essere alimentato e quindi la troviamo praticamente ovunque, all’interno dei dispositivi elettrici che utilizziamo nella quotidianità come a valle dei grandi generatori di energia elettrica per la distruzione elettrica residenziale ed industriale.
Di seguito alcuni esempi di applicazione dell’elettronica di potenza.
- Dispositivi portatili come computer, telefoni, caricabatterie, power bank
- Convertitori, alimentatori da laboratorio, convertitori di potenza nelle centrali di distribuzione dell’energia elettrica
- Inverter per la regolazione dell’energia elettrica all’interno di elettrodomestici come lavatrici, condizionatori ed inverter per sistemi eolici, fotovoltaici
- Amplificatori radio-frequenza, raddrizzatori, etc.
Componenti e dispositivi di potenza
I principali componenti nell’ambito dell’elettronica di potenza e quindi più utilizzati nei circuiti che modulano l’energia elettrica sono componenti a semiconduttore. I componenti prevalentemente utilizzati nell’elettronica di potenza sono:
- Diodo
- Tiristore
- Transistor bipolare BJT
- Transistor ad effetto di campo MOSFET
- Transistor bipolare a gate isolato IGBT
Questi componenti vengono tipicamente utilizzati, in combinazione con altri componenti, per realizzare dispositivi più complessi come:
- Raddrizzatore: convertitore da alternata a continua (AC/DC). Tipicamente utilizzati per alimentare dispositivi portatili.
- Inverter: convertitore da continua ad alternata (DC/AC). Utile soprattutto quando si vuole modulare in maniera efficiente la tensione alternata in uscita e la relativa frequenza.
- Convertitore DC/DC: convertitore da continua a continua. La conversione del livello di tensione, più alto o più basso può essere richiesta per alimentare un circuito secondario oppure una porzione del circuito. Sono convertitori DC/DC i convertitori boost, buck-boost, split-pi.
- Convertitore AC/AC: convertitore da alternata ad alternata. I valori di tensione e frequenza in uscita variano sulla base di come è realizzato il convertitore.