maggio 2004 L'alimentatore è un elemento chiave nell'assemblaggio di un personal computer ed assolve a diverse funzioni:
1) la conversione della tensione dai 220 V alternati della rete elettrica alle tensioni richieste dalla scheda madre e dalle periferiche
2) la rettificazione da corrente alternata a corrente continua
3) il filtraggio per ridurre al minimo l'ondulazione e il rumore sulle tensioni di uscita
4) la regolazione, per fornire tensioni di uscita stabili, entro le tolleranze previste, e indipendenti dalle variazioni di tensione di linea e di corrente assorbita
5) l'isolamento elettrico tra la rete elettrica e le uscite a corrente continua.
Switching
I PC, da molti anni, utilizzano alimentatori in modalità switching (commutazione),
in alternativa agli alimentatori lineari di un tempo, voluminosi, pesanti e
poco efficienti.
Un alimentatore switching (SMPS, Switching Mode Power Supply) funziona a frequenza molto superiore rispetto ai 50 (o 60) Hz della rete elettrica e utilizza circuiti di commutazione basati su componenti a basse perdite energetiche.
L'azione di switching, ovvero del commutare le polarità con cui viene alimentato il trasformatore che fornisce le diverse tensioni di uscita, viene eseguita da semiconduttori di potenza pilotati in modo da fungere da interruttori.
Diversamente da un circuito amplificatore, dove il segnale in uscita da un transistor riflette fedelmente il segnale in entrata, con maggiore escursione di tensione o corrente, un transistor che funge da interruttore ha solo due stati: alta resistenza (spento) o bassissima resistenza (acceso), entrambi caratterizzati da una minima dissipazione di potenza.
I semiconduttori usati in un alimentatore switching possono essere transistor bipolari BJT (Bipolar Junction Transistor o IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor), transistor MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect-Transistor) o thyristor (SCR o triac); nei casi più comuni si impiegano BJT e MOSFET.
Circuito
Lo schema di un alimentatore per PC, per quanto possa essere complesso, presenta
alcune parti fondamentali ben individuabili. Il primo blocco,
a ridosso della connessione alla rete elettrica, filtra la tensione, la raddrizza
(tramite un ponte di quattro diodi) per fornire corrente continua agli stadi
successivi e, soprattutto in Europa, modifica l'impedenza del circuito
per correggere il fattore di potenza, un indice dell'efficienza del circuito.
La tensione continua viene fornita ai circuiti di controllo e ai transistor di potenza che, pilotati ad alta frequenza, alimentano l'avvolgimento primario del trasformatore che fornisce le diverse tensioni di uscita.
A seconda di quale dei due transistor funge di volta in volta da interruttore chiuso, il primario viene alimentato con un segnale positivo o negativo, che si alterna migliaia di volte al secondo.
Grazie al funzionamento ad impulsi ad alta frequenza, questo trasformatore dissipa poca potenza ed è quindi di piccole dimensioni; idealmente può essere realizzato avvolgendo il primario e i secondari su un nucleo toroidale di ferrite, un materiale ad alta permeabilità magnetica composto di polveri ferromagnetiche e modellabile nella forma desiderata.
I circuiti di controllo hanno diverse funzioni, tra cui il pilotaggio ad alta frequenza dei transistor di switching, la regolazione delle tensioni di uscita, la diagnostica interna, la protezione da corto circuito e sovracorrenti di uscita, la protezione da tensione d'ingresso insufficiente e l'invio del segnale Power Good (o Power OK) necessario alla motherboard per avviare il processore e i circuiti.
Questo segnale è fornito solo finché l'alimentatore si trova in condizioni operative regolari e viene sospeso se si verifica una condizione anomala, per esempio un sovraccarico o una tensione di rete insufficiente (che tra l'altro causerebbe errori di elaborazione).
A valle del trasformatore pilotato dai transistor di switching, la tensione alternata viene raddrizzata su ciascuno dei secondari in modo da fornire le uscite principali a 3, 5, 12 V e quelle a -5 e -12 V, retaggio del passato.
L'uscita standby a 5 V, necessaria per alimentare i circuiti di accensione e risveglio (da LAN e modem) della motherboard viene prodotta da un circuito separato (non switching) che può avere un proprio trasformatore di alimentazione.
Il circuito deve essere in grado di mantenere le tensioni di uscita per un periodo intorno ai 20 ms in assenza di tensione di ingresso, in modo da essere insensibile a variazioni di rete di breve durata.
