INFORMAZIONI TECNICHE

L'alimentatore AT-ATX
La ventola


La ventola

Abbiamo detto che il raffreddamento dei componenti dell' alimentatore avviene solitamente per mezzo di una circolazione di aria forzata da una o più ventole.

Questa necessità è dovuta al fatto che, per quanto alto sia il rendimento, mai si arriva all' unità e quindi, in proporzione alla potenza trattata, ce ne sarà una parte più o meno grande che finisce persa in calore. E questo calore va eliminato, in quanto i componenti elettronici, sia attivi che passivi, hanno dei precisi limiti di funzionamento, oltre i quali si danneggiano irrimediabilmente.
Per quanto riguarda i semiconduttori, solitamente le temperature operative possono anche essere alte : anche 70 gradi misurati sull' esterno del componente possono rientrare nell' ambito operativo.
Il rischio che si corre è quello del run-down termico, ovvero aumentando la temperatura, si riduce la resistenza del semiconduttore, il che aumenta la corrente e quindi al temperatura in un loop che in qualche frazione di secondo vaporizza il chip. Quanto più è complesso il semiconduttore, tanto più si rischia che , se non tutto, anche solo una sua parte si danneggi : il componente è "cotto"; funziona in qualche modo, ma non come prima del fattaccio.
Per evitare queste situazioni i costruttori di CPU hanno finito comunemente per dotarle di sistemi di auto spegnimento, allarme o contenimento della potenza nel caso di sovra temperatura. Per i componenti semplici come i transistor o i diodi della parte di potenza dell' alimentatore, questo non è economicamente fattibile, quindi si deve ricorre ad altre soluzioni.

Però, più che i componenti attivi, sono quelli passivi, ed in particolare i condensatori elettrolitici, ad avere problemi con la temperatura. Infatti la loro struttura è basata sulla presenza di un liquido (l' elettrolita) che ne stabilisce i parametri di funzionamento; con il calore eccessivo questo viene danneggiato e il componente perde poco a poco le sue caratteristiche, creando problemi di funzionamento a tutto il circuito.
Se vogliamo il solito esempio, è come se considerassimo le gomme dell' auto : quando anche una sola è consumata oltre misura la guida diventa più difficile e si rischia l' incidente.

Come abbiamo accennato, esistono soluzioni prive della necessità del raffreddamento forzato : questo si ottiene con una completa riprogettazione del circuito, sia per migliorare lo scambio termico per convezione e radiazione, sia per ridurre le perdite di potenza in calore. Si tratta, quindi, di soluzioni ben più costose di quelle ordinarie, proprio per la necessità di essere prodotto nuovo e diverso da quello ormai stabilizzato e prodotto in milioni di esemplari.
Inoltre raramente si trovano alimentatori Zero-noise in formato standard ATX con potenze superiori ai 400W pechè comunque, il rendimento 1 non è possibile da raggiungere, per quanto raffinate siano le soluzioni progettuali, e una certa perdita di potenza in calore, per quanto minimizzata, ci sarà sempre. Certamente 400W sono più che abbondanti per il 99% dei PC esistenti (un PC consuma mediamente non oltre 250W), ma a fermare la scelta è solitamente il costo elevato rispetto al prodotto standard, mentre diventa scelta indispensabile là dove si voglia minimizzare il rumore .

Infatti resta il fatto che il flusso rapido dell' aria mossa dalle ventole crea numerose turbolenze e di conseguenza rumore che può anche essere intenso. Questo diventa sensibile man mano che aumenta la potenza trattata, quindi quella persa e, di conseguenza, la necessità di più aria per raffreddare.
A seguito di questo, la maggior parte degli alimentatori di buona qualità dispone del controllo termico della velocità della o delle ventole interne.
Il sistema è basato sulle seguenti considerazioni :

  • in primo luogo, va considerato che maggiore è la velocità della ventola, maggiore sarà la quantità di aria spostata, ma anche il rumore prodotto

  • normalmente una ventola ruota ad una velocità proporzionale alla tensione di alimentazione. Se la tensione è costante, anche la velocità è costante. Se la tensione è ridotta, anche la velocità si riduce

  • quando l' alimentatore non è caricato in modo sensibile, i semiconduttori non dissipano elevate quantità di calore. Quindi non è necessaria una forte ventilazione. Nel momento in cui la potenza erogata aumenta, aumenta anche il calore prodotto e la necessità di raffreddamento/li>

  • la necessità di aria dipenderà anche dalla temperatura dell' aria stessa, per cui con 20 gradi ambiente sarà necessario un flusso minore che con 35 gradi.

Ne deriva che, collegando in modo direttamente proporzionale la velocità e la temperatura si ottiene il miglior rapporto tra capacità di raffreddamento e rumore prodotto.

La velocità della ventola termocontrollata dipende dalla temperatura misurata da un sensore interno. Maggiore è la temperatura, maggiore sarà la velocità dell' aria. Questo consente di avere un buon rendimento termico con il minimo rumore.
Il grafico a lato riporta la curva di regolazione tipica di questi dispositivi.

Nell' immagine qui sotto è presentata una implementazione tipica.


Il sensore di temperatura, una resistenza a coefficiente negativi (NTC) è la pastiglia verde montata su due lunghi terminali.

I cavetti rosso e nero prelevano il +12V dall' alimentatore. La ventola è collegata al connettore a due poli visibile nell' angolo superiore destro del circuito stampato.

Il circuito di controllo termico, solitamente, è semplicissimo, costituito da due transistor e da un sensore termico.

La temperatura varia il valore resistivo del sensore e questo agisce sui transistor, posti in serie alla ventola, facendone variare la resistenza; in sostanza si tratta di un piccolo regolatore lineare comandato dalla temperatura.

Questo piccolo circuito stampato si trovava fissato con una vite nella posizione più opportuna all' interno della scatola dell' alimentatore, solitamente al dissipatore dei diodi, il più caldo tra i due. Di nuovo, la soluzione low cost che permette la nuova prestazione senza modificare lo schema base.
Nelle realizzazioni più recenti un circuito simile è integrato nella scheda di base dell' alimentatore.
Esistono anche realizzazioni più complesse in cui viene considerato anche il segnale di rotazione della ventola, che può venire anche riportato all' esterno per essere collegato alla scheda madre in funzione di un aumento della sicurezza.

 


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Aggiornato il 08/01/08 .