Design and Validation of a PFC Input Stage for a Three-Phase Brushless Fan of an Industrial Heat Pump

This thesis project describes the experience of research, analysis, design and implementation of an electronic product developed in collaboration with Sit S.p.A., an important company in the heating and ventilation sector. The objective of this thesis is therefore the development of a high power factor input stage for the control board of the main fan of an industrial heat pump. The concept of Power Factor and the most common topologies of high power factor rectifiers are discussed in the thesis, aiming to provide a comprehensive overview of these circuits and analyzing their importance in industrial applications of this type. The second chapter of the thesis focuses on the project specifications provided by the company, based on which the topological choice and subsequent calculations for the circuit design are made. The same chapter includes the realization of the schematic and layout of the board, with relevant practical observations followed during the PCB design phase. Finally, the third chapter of the thesis presents the functional validation of the prototype, including electrical tests to verify its correct operation, efficiency measurements and EMI emission tests for the development of the input filter. The conclusions offer final considerations on the completed project, a qualitative planning of the next steps for product commercialization and possible improvements and optimizations.

Questo progetto di tesi descrive l'esperienza di ricerca, analisi, progettazione e implementazione di un prodotto elettronico sviluppato in collaborazione con Sit S.p.A., un'importante realtà aziendale attiva nel settore del riscaldamento e ventilazione. Obiettivo di questa tesi è quindi lo sviluppo di uno stadio di ingresso ad elevato fattore di potenza per la scheda di alimentazione e controllo della ventola principale di una pompa di calore industriale. Il concetto di Fattore di Potenza e le topologie più diffuse di rettificatori ad elevato fattore di potenza sono trattate nell'elaborato, cercando di offrire una panoramica completa di tali circuiti e analizzandone l'importanza in applicazioni industriali di questo tipo. Il secondo capitolo della tesi porta l'attenzione sulle specifiche di progetto fornite dall'azienda, sulla base delle quali è basata la scelta topologica e i successivi calcoli per il dimensionamento del circuito. All'interno dello stesso capitolo è presente il design dello schematico e del layout della scheda, con relative osservazioni pratiche seguite in fase di progettazione del PCB. Infine, il terzo capitolo della tesi mostra la validazione funzionale del prototipo, comprendendo test elettrici per verificarne il corretto funzionamento, misure di efficienza e prove di emissioni ai fini dello sviluppo del filtro di ingresso. Nelle conclusioni vengono presentate le considerazioni finali sul progetto svolto, una pianificazioni qualitativa dei passi successivi per la commercializzazione del prodotto e possibili miglioramenti e ottimizzazioni.