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Alimentatori Switching
L'utilizzo della tecnologia switching è ormai comune. Un SMPS (Switched Mode Power Supply) è solitamente composto da diversi stadi. Per prima cosa troviamo un filtro per la tensione in ingresso all'alimentatore e un rettificatore (realizzato solitamente con dei diodi) che ottiene una corrente DC da 330V in modo analogo a quanto già visto per il rettificatore dell'alimentatore lineare (considerando che i 230V in ingresso sono RMS e non di picco). In caso di presenza di switch manuale per i 110v dei paesi anglosassoni, dopo il filtro di input troviamo un duplicatore di voltaggio che si attiva solo quando lo switch è sui 110V. A questo punto, se presente, troviamo la circuiteria dedicata alla correzione del fattore di potenza (PFC) di cui discuteremo in seguito le caratteristiche. Per ora ci basterà sapere che l'uscita del rettificatore ha solitamente dei contenuti in frequenza piuttosto rilevanti a causa del ripple e che per ottenere una forma d'onda della corrente il più possibile simile a quella della tensione in ingresso viene utilizzato questo dispositivo.
La corrente continua così ottenuta viene trasformata in un'onda quadra attraverso uno stadio inverter che realizza lo switching. La frequenza di questa onda quadra è solitamente scelta tra le decine e le centinaia di kHz, preferibilmente sopra ai 20kHz per evitare che sia udibile dall'orecchio umano. In questa fase viene inoltre regolata la durata in cui l'onda quadra assume un valore positivo rispetto a quando l'onda è nulla (duty cycle). Maggiore è la richiesta di corrente in uscita all'alimentatore maggiore sarà il duty cycle. Questo controllo viene effettuato con una retroazione dall'uscita e una PWM (Pulse Width Modulation) dell'onda quadra in questione.
Dopo lo stadio inverter troviamo il trasformatore, questa volta a frequenza maggiore rispetto a quella di input e quindi di facile realizzazione. In uscita al trasformatore avremo ancora un'onda quadra ma di ampiezza minore.
Nel settore, in gergo, viene chiamato primario tutto ciò che è a monte del trasformatore e secondario tutto ciò che è a valle (analogamente ai rispettivi avvolgimenti del trasformatore stesso).
A questo punto la corrente viene di nuovo rettificata in continua e vengono generati gli output necessari (+12V +5V +3.3 -12V).
Il circuito di switching e la successiva rettificazione dopo il trasformatore può essere anche visto come un DC-DC converter, che trasforma la corrente continua in corrente continua di diversa ampiezza senza idealmente sprecare potenza, e in ogni caso in modo molto efficiente. Le tipologie di DC-DC converter (e quindi di circuiteria switching) sono moltissime, ciascuna utilizzata per diversi scopi in svariate applicazioni al di fuori dell'utilizzo in alimentatori. Non tratteremo questo argomento vista la sua complessità e la sua vastità. E' necessario però dire che la maggior parte dei DC-DC converter non genera una corrente continua molto pulita ma presentano spesso molte armoniche e frequenze spurie. Una parte molto importante dell'alimentatore diventa quindi il filtraggio dei vari output per rendere tale tensione il più possibile libera da rumore e oscillazioni.
La stabilità dell'uscita è invece garantita dalla retroazione e dal controllo effettuato tramite PWM.
La complessità dell'alimentatore è poi ovviamente accresciuta dalle varie sezioni che hanno il compito di proteggere l'intero sistema da corto circuiti e sovraccarichi.
Troviamo quindi:
La corrente continua così ottenuta viene trasformata in un'onda quadra attraverso uno stadio inverter che realizza lo switching. La frequenza di questa onda quadra è solitamente scelta tra le decine e le centinaia di kHz, preferibilmente sopra ai 20kHz per evitare che sia udibile dall'orecchio umano. In questa fase viene inoltre regolata la durata in cui l'onda quadra assume un valore positivo rispetto a quando l'onda è nulla (duty cycle). Maggiore è la richiesta di corrente in uscita all'alimentatore maggiore sarà il duty cycle. Questo controllo viene effettuato con una retroazione dall'uscita e una PWM (Pulse Width Modulation) dell'onda quadra in questione.
Dopo lo stadio inverter troviamo il trasformatore, questa volta a frequenza maggiore rispetto a quella di input e quindi di facile realizzazione. In uscita al trasformatore avremo ancora un'onda quadra ma di ampiezza minore.
Nel settore, in gergo, viene chiamato primario tutto ciò che è a monte del trasformatore e secondario tutto ciò che è a valle (analogamente ai rispettivi avvolgimenti del trasformatore stesso).
A questo punto la corrente viene di nuovo rettificata in continua e vengono generati gli output necessari (+12V +5V +3.3 -12V).
Il circuito di switching e la successiva rettificazione dopo il trasformatore può essere anche visto come un DC-DC converter, che trasforma la corrente continua in corrente continua di diversa ampiezza senza idealmente sprecare potenza, e in ogni caso in modo molto efficiente. Le tipologie di DC-DC converter (e quindi di circuiteria switching) sono moltissime, ciascuna utilizzata per diversi scopi in svariate applicazioni al di fuori dell'utilizzo in alimentatori. Non tratteremo questo argomento vista la sua complessità e la sua vastità. E' necessario però dire che la maggior parte dei DC-DC converter non genera una corrente continua molto pulita ma presentano spesso molte armoniche e frequenze spurie. Una parte molto importante dell'alimentatore diventa quindi il filtraggio dei vari output per rendere tale tensione il più possibile libera da rumore e oscillazioni.
La stabilità dell'uscita è invece garantita dalla retroazione e dal controllo effettuato tramite PWM.
La complessità dell'alimentatore è poi ovviamente accresciuta dalle varie sezioni che hanno il compito di proteggere l'intero sistema da corto circuiti e sovraccarichi.
Troviamo quindi:
- OCP: Over Current Protection (protezione di sovracorrente)
- OVP: Over Voltage Protection (protezione di sovratensione)
- OPP: Over Power Protection ( protezione di sovraccarico strettamente legata all'OCP)
- SCP: Short Circuit Protection (protezione di cortocircuito anche questa legata all'OCP)
I circuiti si comportano in modo da evitare lesioni alla PSU e al PC stesso nel caso che siano verificate alcune condizioni limite sulla tensione e sulla corrente di uscita. Nella maggior parte dei casi se il PC è già in funzione si spegnerà, mentre se non è ancora acceso sarà impossibile avviarlo.
Strettamente legato a questa necessità è la generazione da parte dell'alimentatore di un segnale chiamato PowerGood o PowerOK (solitamente corrispondente al filo grigio nel connettore 20+4 pin) che comunica alla scheda madre se tutto funziona correttamente ed è possibile avviare il sistema.
