(la videolezione) Nell’elettronica di potenza, il controllo efficiente dell’energia è cruciale. Che si tratti di alimentare un motore elettrico, regolare la luminosità di un LED o modulare la tensione in un convertitore, due protagonisti emergono costantemente: i chopper e la modulazione PWM (Pulse Width Modulation). Vediamo come funzionano e perché sono fondamentali.
Il termine "chopper" designa un circuito elettronico che converte una tensione continua in un'altra tensione continua, mediante commutazione rapida. Funziona interrompendo periodicamente il flusso di corrente in modo controllato, producendo impulsi di tensione che possono essere trasformati (mediante filtraggio) in un valore medio desiderato. Un chopper non è semplicemente un interruttore: è un sistema che permette di regolare l'energia con estrema precisione e viene spesso impiegato in:
azionamenti per motori DC, sistemi di alimentazione per treni e veicoli elettrici, convertitori DC-DC step-up o step-down, sistemi UPS e inverter.
Il vantaggio principale è l'efficienza: anziché dissipare potenza per ridurre la tensione, il chopper la trasforma mantenendo alti rendimenti.
Molti chopper DC utilizzano la tecnica PWM per modulare la tensione o la corrente erogata. In pratica, il MOSFET, o qualsiasi altro componente di potenza utilizzato, nel chopper viene acceso e spento rapidamente, e il tempo in cui rimane acceso (duty cycle) determina la tensione media in uscita.
È proprio grazie alla PWM che il chopper può realizzare conversioni regolabili, come: riduzione della tensione (buck converter), aumento della tensione (boost converter), inversione della polarità (chopper invertente), combinazioni complesse (buck-boost).
In effetti, nelle applicazioni elettroniche di potenza tutti i dispositivi vengono utilizzati come interruttori elettronici al fine di conseguire elevati rendimenti e bassa dissipazione di potenza.
I primi componenti utilizzati in questo ambito sono stati diodi e tiristori, in particolare SCR (Silicon controlled rectifier) e TRIAC (Triode alternate current switch), su cui si è basato lo sviluppo dei circuiti raddrizzatori a stato solido già a partire dagli anni Cinquanta del Novecento e diffusamente impiegati dagli anni Sessanta. Nel decennio successivo si sono affermati i transistori bipolari di potenza (BJT, Bipolar junction transistor), poi affiancati e superati dai transistori di potenza a effetto di campo (power MOSFET, Metal oxide semiconductor - Field-effect transistor), sviluppati negli anni Ottanta, e dai transistori bipolari a gate isolato (IGBT, Insulated gate bipolar transistor), introdotti negli anni Novanta. Per le potenze più grandi sono in uso i GTO (Gate turn-off thyristor) e i GCT (Gate commutated thyristor).
