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Alimentazione PC
Nuove tendenze


Quali sono , allora, le tendenze per il futuro ?

Nuove tendenze

La progettazione dei nuovi alimentatori per PC deve fare i conti con le nuove esigenze dei sistemi e della gestione energetica :

  1. le CPU recenti hanno consumi maggiori che in passato. Così pure le schede video di fascia alta, di cui sono possibili configurazioni a due e perfino a 4 unità. Occorre più potenza.
  2. La potenza viene distribuita in modo diverso che in passato. Se negli anni scorsi la prevalenza andava al +5V e poi al +3.3V, ora la prevalenza, per i motivi già spiegati nelle pagine relative ai VRM, va a concentrarsi sul +12V. Occorrono alimentatori strutturati in modo diverso (multiple rails, ecc).
  3. Aumentando le prestazioni, è obbligatorio ridurre la potenza persa in calore, dato che occorre rimanere nelle dimensioni dello standard e non è possibile installare superfici radianti o ventole maggiori delle attuali. E' necessario implementare circuiti e componenti con perdite minori.
  4. Anche il rumore delle ventole di raffreddamento comincia a diventare un limite. Occorre migliorare lo scambio termico e minimizzare la quantità di calore da asportare.
  5. La situazione energetica mondiale inizia a preoccupare i governi, che emettono leggi più restrittive sulla qualità dei carichi. Occorre aderire a queste norme con una nuova progettazione.
  6. Pure per quanto riguarda le emissioni elettromagnetiche si pongono problemi dovuti alla presenza ormai ovunque di apparecchiature elettroniche ed alla necessità di regolamentarne il funzionamento.

Per quanto riguarda il punto 1, la richiesta di maggiore potenza non è un problema eccessivamente difficile da superare : la potenza specifica (watt per centimetro cubo) degli alimentatori per PC è molto bassa rispetto ai limiti attualmente raggiunti dalla tecnologia. Si tratta principalmente della necessità di bilanciare le prestazioni ed i costi, in quanto fare stare un alimentatore da 1kW nello standard ATX-PS/2 non è impossibile, ma il prezzo è poco proponibile in un mercato a basso costo - basso margine.
Anche per il punto due, le soluzioni non sono complesse e già adesso la potenza si è spostata sul 12V, con sistemi a due, tre e perfino quattro rails.

Più impegnativi e collegati tra loro sono i punti 3 e 4. Non risulta più possibile salire in potenza con i rendimenti dati dagli schemi fino ad ora adottati; occorre una drastica riduzione dell' energia persa in calore. 
Questo si ricollega in qualche modo agli ultimi punti. Inizialmente, come accennato nelle pagine relative al PFC, le soluzioni di adeguamento alle normative energetiche e di inquinamento elettromagnetico sono state risolte prima con sistemi passivi, poi con sistemi attivi "trapiantati" come parti addizionali sugli schemi già esistenti.
Fortunatamente, l' industria dei semiconduttori si è data da fare prima per progettare e produrre IC per i pre regolatori PFC attivi, poi ha sfornato varie soluzioni in cui la gestione dello switch primari si integra con il controllo PFC in un unico componente complesso. Questo ha permesso importanti innovazioni :

  • i sistemi di PFC attivo integrati con lo switch primario.
     Essi consentono facilmente di realizzare circuiti con una gamma di tensioni di ingresso molto ampia, ad esempio da 86 a 240Vca, abolendo i problemi legati al cambiatensione e permettendo una maggior robustezza alle variazioni della rete.
  • Lo switch principale diventa un Forward Converter, abbandonando l' half bridge. Questa soluzione richiede un solo elettrolitico invece dei due fino ad ora presenti, con riduzione di costo e peso
  • .I transistor bipolari nelle sezioni di potenza sono completamente sostituiti con MOSFET, dalle migliori caratteristiche di commutazione e quindi minori perdite.
  • Gran parte delle funzioni sparpagliate nello schema sono ora svolta da uno o più circuiti integrati invece che da componenti discreti, con un miglioramento della qualità ed un aumento delle prestazioni possibili
  • Il tutto permette l' aumento della frequenza di lavoro, dai 33-66kHz dei vecchi progetti ai 100kHz e più dei nuovi. Questo produce un immediata e drastica riduzione delle dimensioni dei materiali magnetici su cui sono avvolte le bobine (meno peso, meno costo, meno superficie impegnata e quindi possibilità di implementare più funzioni).

Ovviamente tutto ciò ha costretto a cambiare radicalmente lo schema base, almeno nei prodotti di punta : il vecchio half bridge resiste ancora in molte fasce e resisterà ancora a lungo.
Però, queste soluzioni più recenti offrono indubbi vantaggi, come vedremo, ma non solo all' utente, bensì anche al costruttore, che quindi si sentirà sempre più portato ad abbandonare le vecchie.

Sono nate alcune famiglie di realizzazioni articolate attorno a uno o più circuiti integrati speciali, ognuno dei quali richiede una diversa circuiteria e una diversa componentistica, anche se l' impostazione generale, come vedremo, resta assolutamente analoga alla disposizione classica.

Così in un breve arco di tempo, ci sono diversi nuovi passi, che si sono succeduti velocemente in un ambiente, quello degli alimentatori PC, praticamente immobile e restio ad ogni innovazione, per i già citati motivi economici.
Vediamo in breve di cosa di tratta. 





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Aggiornato il 08/01/08 .