INFORMAZIONI TECNICHE

L'alimentatore AT-ATX
Remote sensing

 

Se quanto visto fino ad ora è stato per lungo tempo l' applicazione classica per produrre il 3.3V, successivamente, con la conversione della tensione di molte funzioni logiche da 5 a 3.3V, questa linea ha cominciato ad avere una importanza sempre maggiore. I progettisti hanno modificato il rapporto tra le varie potenze attribuendone sempre di più al 3.3V a scapito del +5V e quindi si sono realizzati altri tipi di circuiti :  diventata una delle tensioni principali, in varie release di alimentatori di alta qualità si trova un riferimento di feedback specificamente relativo ad essa.
Per questo, in schemi più recenti, il 3.3V viene prodotto con avvolgimenti separati e va a far parte delle tensioni controllate dal feedback di regolazione, magari utilizzando un conduttore si misura (sensing) a parte, come visibile nella immagine successiva. 

Qui vediamo il connettore ATX di un alimentatore ridondante di buona potenza, studiato per alimentare sistemi dual processor e con array di dischi, quindi nell' area server e professionale. Sul connettore alla mainboard un cavetto arancione è collegato ad uno dei contatti con cavo dello stesso colore, relativo al 3.3V : è un feedback per misurare il valore di questa tensione sulla scheda madre. 

Nella foto il particolare ingrandito

Un cavetto a parte riporta al controller del PWM il valore reale della tensione 3.3V (freccia arancione) dal connettore alla fine del cavo, in modo da misurare quanto più possibile il valore reale disponibile sulla scheda madre.

In questo connettore, un altro cavetto rosso (freccia rossa) fa la stessa funzione per il +5V.

Il plug marcato CN15 (freccia gialla) collega i due cavetti ad uno speciale connettore disponibile sull' alimentatore.

Questa misurazione influenza il regolatore che modifica il valore della tensione prodotta in modo da compensare sempre esattamente le perdite sul cavo e mantenere perfettamente stabile la tensione alla scheda madre. Oltre a questo, il sistema di feedback mantiene sotto stretta sorveglianza il 3.3V che, essenzialmente, va ad alimentare la CPU e le la sua logica circostante, ovvero le zone più sensibili e delicate del sistema e dove una cattiva alimentazione non solo non sarebbe tollerata, ma potrebbe danneggiare gravemente i chip

La necessità deriva dalla considerazione seguente :

se ricordiamo la Legge di Ohm, nella scrittura V = R * I, notiamo subito che il valore di V dipende dal valore di I in modo direttamente proporzionale : a parità di resistenza R, maggiore sarà I, maggiore sarà V.

La tensione di dopo la resistenza sarà minore di quella prima, essendo

Vout = Vin - Vr

dove    

Vr = R * I

Ora, il cavo che va dall' alimentatore alla scheda madre, per quanto dotato di molti conduttori per ogni linea,  per aumentare la sezione complessiva e ridurre la resistenza, ha, comunque, una certa resistenza non sopprimibile, a cui si sommano le resistenze dei contatti dei connettori.
Come abbiamo visto, il sistema di generazione della tensione, richiede la presenza di un segnale che, riportando al controller la tensione prodotta, ne consenta la stabilizzazione ad un valore prefissato.

Se preleviamo questo segnale di feedback della regolazione della tensione dal circuito stampato dell' alimentatore, la tensione tenuta sotto controllo sarà quella presente sul circuito stesso (Val) ed è questo il valore che il sistema cercherà di mantenere costante. Però, la tensione alla scheda madre (Vmb) arriva dopo aver percorso i cavi e connettori e sarà tanto più bassa quanto maggiore sarà la corrente, che, nella resistenza (R) di cavi e connettori, produrrà una caduta di tensione :

Vmb = Val - Vr

 

Se passa una corrente, si verifica una caduta di tensione, per cui la tensione alla fine del cavo sarà minore di quella all' inizio. Tanto maggiore sarà la corrente, tanto maggiore sarà la caduta di tensione. Questa caduta di tensione è poco importante se la corrente è bassa, in quanto la resistenza dei cavi e dei connettori è minima, ma può diventare sensibile se la corrente è aumenta e se i circuiti alimentati sono delicati. 
Quale è la soluzione ?  E' il remote sensing, che non è per nulla una novità, se non negli alimentatori PC.

La tensione da stabilizzare viene misurata non sul circuito stampato dove partono i cavi, ma sul connettore alla fine dei cavi, in modo da inglobare nella misura il valore della loro resistenza.
Ora la tensione che sarà stabilizzata sarà la Vmb e si avrà :

Val = Vmb + Vr

 


Nell' alimentatore PC, la linea del 3.3V , la più bassa tensione generata dall' alimentatore, è la più sensibile al problema : per avere molta potenza, occorre far circolare molta corrente. 

V= R * I

per cui, a parità di resistenza del cavo, maggior corrente, maggior tensione persa. E qui si parla di correnti dell' ordine di varie decine di ampere e di tensione di 3.3V, sulla quale una variazione del 5% corrisponde a soli 0.16V !  
Facili da perdersi sulle resistenze di cavi e contatti dei connettori. Allora ecco la necessità del feedback remoto, che, negli alimentatori PC si concentra su proprio su questa linea, anche se esistono realizzazioni che hanno remote sensing anche sul 5 e sul 12V.
Se la verifica della tensione viene effettuata non all' uscita dell' alimentatore, ma all' estremità del cavo (remote sensing), la resistenza di questi non ha più importanza (entro certi limiti, ovviamente).

Per sciogliere ogni dubbio, nel cavo di sensing non scorre potenza, ma solo una piccolissima corrente necessaria ai circuito di misura e feedback, dell' ordine dei microampere, e quindi la lunghezza di questo cavo e la sua sezione, e la relativa caduta di tensione, entro limiti ragionevoli, non ha alcuna influenza sulla misura stessa. 




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Aggiornato il 08/01/08 .