Gestione dell’alimentazione: parametri principali degli alimentatori

L’efficienza è una delle caratteristiche più importanti degli alimentatori e per questo motivo esistono dei fattori che contribuiscono alla determinazione del costo totale del sistema, sia per quanto riguarda l’hardware che il software. Le schede tecniche degli alimentatori di solito includono un grafico riguardante l’efficienza in correlazione alla corrente di uscita, che principalmente varia a causa della tensione applicata dell’alimentatore e della corrente di carico in uscita.

Immagine 1: Tipico diagramma di efficienza per un alimentatore.

Efficienza, affidabilità e temperatura di esercizio sono correlati. Le schede tecniche dell’alimentatore di solito includono dei requisiti specifici per il flusso d’aria e il dissipatore di calore. Ad esempio, la temperatura di esercizio influisce sulla corrente di carico in uscita che può gestire in modo affidabile l’alimentatore. Le curve nel grafico dell’immagine 2 indicano la corrente in rapporto alla temperatura.

Immagine 2: Tipiche curve di declassamento per un alimentatore.

Protezioni per gli alimentatori

Tra i parametri che influiscono sul funzionamento di un alimentatore si trovano i seguenti:

Sovracorrente: si definisce così la presenza di una corrente di carico in uscita maggiore di quella prevista. In alcuni casi questo fenomeno può danneggiare l’alimentatore. Senza alcuna limitazione, questa corrente elevata può causare un surriscaldamento eccessivo e danneggiare l’alimentatore, il carico e il cablaggio (tracce di circuiti stampati, cavi). Pertanto, la maggior parte degli alimentatori dovrebbe includere una limitazione di corrente (protezione da sovracorrente) che si attiva se la corrente di uscita supera un valore massimo programmato.

Sovratemperatura: una temperatura superiore a quella di funzionamento indicata dal produttore, può causare l’interruzione dell’erogazione di corrente. Una temperatura di esercizio eccessiva può inoltre danneggiare l’alimentatore e i circuiti ad esso collegati. Pertanto, molti alimentatori includono un sensore di temperatura ed un circuito logico programmabile, per disabilitare automaticamente l’alimentazione nel caso in cui la sua temperatura di esercizio dovesse superare un valore limite specificato.

Sovratensione: se la tensione di uscita supera il valore CC specificato, può verificarsi il danneggiamento del carico utilizzatore. Generalmente, i carichi possono sopportare fino al 20% di sovratensione senza subire dei danni permanenti, ma è comunque buona norma scegliere degli alimentatori che riducano al minimo questo discostamento. Molti alimentatori includono una protezione da sovratensione che interrompe l’alimentazione se la tensione di uscita supera un valore specifico.

Avviamento graduale: in alcuni casi potrebbe essere necessario limitare la corrente di spunto. Tipicamente, ciò si può ottenere prevedendo un circuito di avviamento graduale. Se non gestita, la corrente di spunto può generare una corrente di carica di picco elevata che influisce direttamente sulla tensione di uscita.

Blocco di sottotensione: noto come UVLO, permette l’erogazione di corrente quando viene rilevato il raggiungimento di una tensione di ingresso sufficientemente alta da permettere il corretto funzionamento e spegne l’alimentazione nel caso in cui la tensione di ingresso scende al di sotto di un certo valore. Questa funzione viene utilizzata per gli alimentatori che prevedono una doppia fonte alimentazione, sia dalla rete che a batteria. Quando l’alimentatore funziona a batteria, UVLO disabilita l’alimentazione (così come il sistema) se la batteria raggiunge il suo livello di scarica da non consentire un funzionamento affidabile.

Compatibilità elettromagnetica (EMC): implica delle tecniche di progettazione atte a ridurre al minimo le interferenze elettromagnetiche (EMI). Negli alimentatori a commutazione, per il loro modo di operare viene generato rumore a banda stretta (EMI) alla base della frequenza di commutazione e delle armoniche associate.

Per contenere il rumore, i produttori devono ridurre al minimo le emissioni. Per questo motivo in genere racchiudono l’alimentatore in una scatola di metallo o rivestono il contenitore dell’alimentatore con un materiale metallico.

Con la correzione del fattore di potenza e la progettazione adeguata del trasformatore, il collegamento del dissipatore di calore e la progettazione del filtro, il produttore dell’alimentatore può ridurre le interferenze condotte in modo che l’alimentatore possa ottenere le approvazioni dell’agenzia di regolamentazione EMI senza incorrere in costi eccessivi per un filtro.

Articolo originale: https://www.electronicdesign.com/technologies/power-electronics-systems/article/21199509/electronic-design-power-management-chapter-2-power-supply-characteristics

Redazione Fare Elettronica