INFORMAZIONI TECNICHE

L'alimentatore AT-ATX
Il filtro EMI


Vediamo di tentare una rapida descrizione delle varie componenti dell' alimentatore del PC, seguendo lo schema di una delle realizzazioni più tipiche e diffuse.
Non c'è dubbio che una gran parte dei prodotti disponibili sia stata realizzata in questo modo, con variazioni più o meno impegnative dello stesso circuito elettrico, ripetuto (e copiato) fino all' inverosimile.
Anche se, come già accennato, nei prodotti più recenti, sono state finalmente introdotte modifiche sostanziali, gran parte di quello che diciamo qui è comunque valido, almeno per avere una idea di massima del funzionamento delle varie parti e del perchè delle varie scelte costruttive.


Vediamo nel dettaglio le varie componenti :

Il filtro EMI

La tensione alternata prelevata dalla rete viene passata per prima cosa in un filtro EMI che ha lo scopo di limitare la trasmissione di armoniche ad alta frequenza dall' alimentatore alla linea di distribuzione dell' energia elettrica, come pure ad evitare che disturbi di alta frequenza presenti sull' alternata creino problemi all' alimentatore. 
In effetti lo switch, quando commuta, lo fa con fronti ripidi e veloci, per cui si generano molte armoniche, anche a frequenza assai elevata, che, se trasmesse sulla rete, andrebbero a disturbare apparecchi radio e TV vicini. Il filtro EMI, solitamente un insieme di bobine e condensatori, cerca di bloccarle.

Solitamente il filtro EMI corrisponde ad uno schema simile al seguente :

Si tratta di un classico filtro LC doppio : l' impedenza delle bobine si oppone alla corrente quanto maggiore ne è la frequenza, mentre i condensatori diventano tanto più "trasparenti". In questo modo le correnti di disturbo ad alta frequenza sono bloccate e shuntate verso la terra.  

Da notare che, a questo scopo, il punto di connessione comune dei condensatori Cy è previsto per essere connesso alla terra dell' impianto di alimentazione e completare così il circuito di dispersione delle correnti di interferenza. Questo punto è altresì connesso con la massa comune e con il contenitore di metallo dell' alimentatore.
Senza il collegamento a terra, a parte il rischio di folgorazione, si toglie efficacia a questo circuito di riduzione delle interferenze.

Questo schema base ha lo scopo di contrastare sia le interferenze in modo differenziale (differential mode), ovvero quelle correnti di disturbo che fluiscono in entrambe le direzioni nei conduttori di alimentazione , sia quelle a modo comune (common mode) che fluiscono in una sola direzione, tra uno dei conduttori di alimentazione e la terra.
Lo schema può essere diverso da questo esemplificato a seconda del progetto del costruttore, complicandolo per rientrare nelle stringenti norme FCC americane, ma a volte anche semplificato a scopo di economia. Va da se che ogni costruttore impiega diversi componenti e schemi e il risultato dipende da quanto si è badato al costo piuttosto che alla qualità.
 
Tutti i componenti sono fissati sul circuito stampato principale. Solitamente le bobine sono avvolte su toroidi oppure su nuclei simili a piccoli trasformatori, come è visibile nelle foto, sia per le bobine singole che per quelle doppie. Va tenuto presente che la frequenza di lavoro della corrente, in questa parte del circuito, è quella di rete e lo scopo delle bobine è quello di ostacolare le frequenze ben superiori delle armoniche di disturbo.

I condensatori sono uno dei componenti più critici degli alimentatori da rete; una scelta non corretta del tipo da utilizzare può provocare danni e guasti. 
In particolare,  per quanto riguarda i condensatori del filtro EMI, una sovratensione che superi il limite di isolamento può perforare il dielettrico e trasformare il condensatore in un quasi-corto circuito. Il guasto ad un elemento delle coppie di by pass (collegate al comune) potrebbe quindi causare una corrente di dispersione eccessiva verso la terra, che, ricordiamo, è collegata allo chassis.
Se il collegamento a terra è presente, questa corrente dispersa, se sufficientemente grande, viene rilevata da un salvavita (se presente nell' impianto);  se, però, il collegamento a terra non è presente o non è di buona qualità, si crea un potenziale rischio di scossa per l' utente.

Per questa ragione esistono condensatori con una classificazione speciale, detti “condensatori-Y”: questi condensatori sono realizzati con un dielettrico che ha la proprietà di “auto-riparazione” (auto cicatrizzante) e con un doppio isolamento, ovvero il dielettrico, se perforato da una eccessiva tensione, si ripristina da solo e comunque impedisce la formazione di corto circuiti interni; questo permette ai condensatori di superare indenni eventuali  sovratensioni presenti sulla rete, oltre all' importante fatto di evitare il contatto di una fase con la massa metallica. Questi componenti riportano sull' involucro una fitta serie di marchi di certificazione (IEC384-14, EN132400  ,UL1283, ecc) e sono ovviamente più costosi dei normali condensatori per uso generale; la tentazione di "risparmiare" è forte nei costruttori no-name orientali e questa è una ulteriore ragione per evitare prodotti "troppo" low cost e di origini non chiare. Ugualmente i condensatori posti in parallelo non devono avere perdite di isolamento ne devono andare in corto circuito in seguito ad un danno al dielettrico, ovvero devono poter sopportare le possibili sovra tensioni presenti sulla rete elettrica senza creare una situazione di pericolo; solitamente sono definiti come X-cap e anche loro sono realizzati secondo una stringente normativa.
Apparecchiature collegate alla rete e i cui componenti non rispettino le norme di sicurezza, ad esempio IEC 60065 o 60950, sono fuori legge in molti paesi. Da qui una sensibile differenza tra i prodotti di qualità, che, rispettando le normative di sicurezza, montano questi componenti speciali e costosi ed i prodotti low cost cinesi che utilizzano elementi commerciali qualunque, con evidenti rischi per la sicurezza dell' utilizzatore.

In ogni caso, anche se i componenti della sezione di rete devono corrispondere a norme di sicurezza molto rigorose, la presenza di una terra collegata alle superfici metalliche non può essere considerata una opzione, ma è sempre l' elemento fondamentale per la sicurezza dell' utilizzatore e per il buon funzionamento dei sistemi anti disturbo e di protezione.

 Nelle immagini qui sotto, alcune soluzioni tipiche.

Un filtro EMI di buona qualità assemblato sul circuito stampato.  La sezione di ingresso è composta da tre condensatori (gli scatolini chiari in basso) e da due bobine, di cui una avvolta su una ferrite toroidale, l' altra simile ad un piccolo trasformatore.

Da notare la vite, in basso a destra con il simbolo della terra, che collega il punto comune dei due condensatori (C23/C25) alla massa generale (GND) per costituire una via di fuga alle alte frequenze di disturbo presenti in linea.

In alto a destra, sopra la bobina, appena visibili, si notano il PTC (nero) e uno dei varistor (blu).

A lato, l' immagine di un filtro EMI molto semplice, realizzato con diversi componenti.

In primo piano sono visibili due dei condensatori C, rivestititi di una lacca isolante solitamente di un tipico colore blu, che li distingue facilmente dagli altri condensatori a pastiglia. Sono elementi da 3.3kpF con tensione massima 400 Vca e tensione di lavoro continua 250Vca.
E' evidenziato il collegamento alla massa comune che avviene con la vite T che è avvitata su una colonnina metallica a sua volta fissata alla scatola dell' alimentatore.

A fianco e dietro, le due bobine L, avvolte su nucleo toroidale.

Si nota a destra il fusibile F, in questo caso saldato al circuito stampato, soluzione "economica" adottata da gran parte dei costruttori, anche su prodotti di qualità, per ragioni che cercheremo di chiarire più avanti.

In sostanza la funzione del filtro EMI è quella di limitare il passaggio di emissioni ad alta frequenza sulla linea di alimentazione prodotte dall' alimentatore switching e funziona anche come limitatore nel senso inverso. Attenzione , però, che il filtro EMI non è un dispostivo per salvare l' alimentatore da violenti disturbi che si formino sulla rete alternata ! Sicuramente ha un effetto di forte riduzione per i transienti e quasi sempre è dotato anche di un elemento addizionale (varistore, MOV o simile) che ha come funzione quella di sopprimere impulsi di tensione oltre un certo limite.
Però, se la linea di alimentazione è afflitta da gravi disturbi, occorrerà comunque pensare ad aggiungere un sistema di filtro e stabilizzazione esterno.

 


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Aggiornato il 15/01/08 .