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  1. #1

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    Ma gli alimentatori, come funzionano?

    Prendo spunto da un MP inviatomi da un utente, per dare qualche nozione teorica sul funzionamento degli alimentatori.

    In pratica negli alimentatori del pc sono presenti alcuni pin nei quali vengono crimpati 2 fili, uno di sezione normale e uno più piccolo.

    Volevo chiedervi se per caso conoscevale il motivo per cui ci sono appunto questi due fili. Io ho ipotizzato per il controllo di cortocircuiti o per il controllo del voltaggio sul pin (sono sicuro che uno di questi sia un 12v).

    Però non avendo un alimentatore da aprire non posso osservare bene dove vanno a finire.
    Ora, la risposta che ho dato è: quei fili sono il voltage sensing dell'alimentatore.

    Ma questa risposta pone altre domande: perché l'alimentatore ha bisogno di un voltage sensing?

    Quindi mi trasformo in Barbara Giulienetti e provo a spiegare: l'alimentatore, com'è fatto?

    [continua...]
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  2. #2

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    grazie Davide, ottimo spunto!

  3. #3

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    Ora, poniamo di avere una lampadina a 12V e di volerla alimentare tramite i 230V della rete elettrica: per praticità, essendo questa una raccolta di cenni puramente teorici, supponiamo che l'isolamento non sia importante e non consideriamo più di tanto la differenza fra corrente continua ed alternata, un pò perché per una lampadina, 12VAC o 12VDC non fanno alcuna differenza, un pò perché ci arriveremo dopo.

    Il metodo più semplice per alimentare la nostra lampadina è quello di porre in serie ad essa una resistenza: essendo la lampadina stessa già una resistenza, abbiamo creato in questo modo un partitore - illustrato in questo schema.

    Ma gli alimentatori, come funzionano?-untitled.jpg

    Quindi consideriamo la resistenza della lampadina, ci calcoliamo la resistenza da mettere in serie ed il gioco è fatto. Oppure no?

    Si, così funziona, ok. Ma.. la resistenza deve smaltire in calore tutta la tensione che non deve arrivare alla lampadina.

    Facciamoci due conti: una W5W assorbe circa 300mA, quindi (230-12)*0.3= ...65.4W! Ma ci rendiamo conto, sessantacinque watt dissipati in calore per ottenere 5W di luce!

    E' come se noi avessimo un recipiente nel quale, grazie ad un foro, l'acqua cala progressivamente di livello (a rappresentare il consumo di corrente).

    Sopra questo recipiente c'è un rubinetto che rimane perennemente aperto (i 230V della rete, nel nostro esempio), e noi dovessimo fare sì che l'acqua nel recipiente rimanga ad un livello costante.

    Poniamo che, per fare ciò, ci munissimo di un recipiente più piccolo e svuotassimo in continuazione il recipiente grande... con un enorme dispendio di acqua. (il calore dissipato dalla resistenza, nel nostro esempio).

    Ed abbiamo così l'idea di come funzioni un regolatore di tipo lineare, che funziona con lo stesso principio della resistenza del nostro schema, con l'unica differenza che quella "resistenza" non ha un valore fisso, ma si tratta invece di un componente attivo, come per esempio un transistor, controllato da un circuito più complesso, che varia continuamente la sua resistenza al passaggio della corrente allo scopo di mantenere una tensione costante alla sua uscita. Ma il principio è esattamente lo stesso: l'energia che non usiamo per alimentare il carico, la dobbiamo disperdere sotto forma di calore. Ed assorbirla dalla rete senza che questa venga usata per scopi "nobili".

    Ma non sarebbe più semplice chiudere il rubinetto quando il recipiente è pieno, e riaprirlo quando l'acqua inizia a calare? Si sprecherebbe meno acqua, no?

    Esatto. Quindi si abbandona la tipologia di regolazione lineare e si passa a quella meglio conosciuta come tecnologia switching, ossia commutazione, che sta alla base di tutti gli alimentatori da PC, che offre molta più efficienza ( = minor disperdio di corrente in calore), permette dimensioni dei trasformatori d'isolamento (e quindi dell'intero alimentatore) molto più contenute, ed oramai è universalmente usata per la stragrande maggioranza delle apparecchiature elettriche, basti pensare ai piccoli caricabatteria dei cellulari.

    [continua...]
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  4. #4

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    Dicevamo, iniziamo ad introdurre cenni sulla commutazione.

    Sostituiamo alla resistenza del precedente esempio un interruttore, come in questo schema:

    Ma gli alimentatori, come funzionano?-untitled2.jpg

    Ora il carico o è alimentato oppure non lo è, fine. Ma la nostra lampadina è da 12V, e se la colleghiamo con un interruttore normale, in questo modo, dopo la prima accensione non ne rimarrà molto.

    Però, supponiamo di avere un interruttore molto particolare, che si possa accendere e spegnere molte volte in un secondo, ed ovviamente un dito tanto veloce da starci dietro. Ok, ci stiamo avvicinando.

    Supponiamo di tenerlo aperto per mezzo secondo e chiuso per il restante mezzo secondo: alla lampada arriverebbe una tensione media dimezzata, ossia 115V.

    Teniamolo chiuso per un quarto di secondo ed aperto per i restanti tre quarti: otteniamo un quarto della tensione d'ingresso, ossia 57V.

    Teniamolo chiuso per un diciannovesimo di secondo, ed aperto per il restante tempo: siamo a 12V. Ok, ci siamo.

    Questo si chiama duty cycle: invece di abbassare la tensione, lavoriamo sul tempo nel quale il carico è alimentato dalla tensione.

    Con questo sistema, teoricamente l'efficienza è del 100%; praticamente, invece, delle perdite ci sono anche in questo caso. Ma ne parliamo dopo, ed in ogni caso, le perdite sono inferiori a quelle che si hanno con il metodo lineare.


    Ok, ora abbiamo capito la teoria: ma otteniamo una lampadina la cui illuminazione ad occhio non sarà molto stabile, per quanto la lampada abbia la sua inerzia termica ( = non si spegne istantaneamente quando la tensione va a zero, ma per qualche frazione di secondo il filamento continuerà ad illuminare) la vedremo comunque flickare. Insomma la tensione che si ottiene così non è proprio stabilissima, ma nella prossima parte passeremo ad una bozza di circuito reale, e capiremo anche come risolvere.

    [continua...]
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  5. #5

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    Siamo quindi ad una prima bozza di schema reale, nel senso che è realmente simile a quanto realmente c'è dentro un reale alimentatore ( )

    Ma gli alimentatori, come funzionano?-untitled3.jpg

    Notiamo che:

    - la tensione di rete è raddrizzata e filtrata: questo perché il trasformatore presente nel circuito, a differenza dei normali trasformatori in lamierini di ferro, grossi e pesanti, normalmente presenti per una doppia ragione di efficienza e di sicurezza (efficienza perché grazie ad un differente rapporto tra le spire dell'avvolgimento primario e del secondario, si riduce la tensione e quindi la quantità di calore che andrebbe smaltita dalla resistenza nel primo schema; sicurezza in quanto in questo modo, siamo sicuri che non verremo mai in contatto con la tensione di rete, toccando l'apparecchiatura alimentata), questo è un trasformatore in ferrite e non lavora ai classici 50 Hz della rete, ma a 20-30kHz, vale a dire venti-trentamila commutazioni in un secondo; questo permette di aumentare l'efficienza del sistema ed anche di avere trasformatori più piccoli, difatti se raffrontiamo un trasformatore di un alimentatore da PC che eroga sui 400W, con un equivalente trasformatore classico con nucleo in lamierini, noteremo che il secondo è una decina di volte più grande del primo, come minimo;

    - C'è la solita lampadina a rappresentare il carico, alla quale oramai siamo affezionati;

    - Non c'è più l'interruttore ma un transistor, che di fatto si comporta in questo caso non come una resistenza variabile ma come un interruttore a stato solido, o lascia passare corrente o non la lascia passare, con il gran vantaggio che questo può commutare anche qualche centinaio di migliaio di volte al secondo senza rovinarsi;

    - C'è un circuito di controllo, là schematizzato come un banale quadrato visto che si tratta di pure nozioni teoriche;

    - C'è un fotoaccoppiatore, e di questo ne parleremo.


    Partiamo dal circuito PWM: PWM sta per Pulse-Width Modulation, modulazione della larghezza dell'impulso, ed è fondamentalmente quello di cui abbiamo parlato prima, chiamandolo duty-cycle.

    Questo svolge una duplice funzione, intanto c'è un oscillatore che si preoccupa di far oscillare continuamente il transistor a 20-30kHz: questa frequenza, normalmente, è fissa.

    Poi c'è il controller PWM che si occupa di aumentare o diminuire il duty-cycle, in modo da mantenere costante la tensione in uscita anche al variare del carico. In base a cosa?

    In base al fotoaccoppiatore, che effettua un sense della tensione in uscita: in altre parole la legge, e dice al controller "aumenta" o "diminuisci" a seconda dei casi. Si usa un fotoaccoppiatore, un altro trasformatore, un avvolgimento terziario del trasformatore di uscita oppure una combinazione tra le soluzioni 1 e 2 o 1 e 3, dipende da quanto è sofisticato l'alimentatore che abbiamo per le mani: in tutti i casi lo scopo è lo stesso, leggere la tensione in uscita mantenendo un isolamento galvanico tra questa e la rete.

    Precisiamo che il fotoaccoppiatore da solo non può fare sensing della tensione, occorrono altri componenti sul lato del secondario, come ad esempio uno zener, ma trattandosi di uno schema puramente teorico, li ho omessi per cercare di risultare il più comprensibile possibile, anche a chi si affaccia ora al mondo dell'elettronica.

    E qui ci riallacciamo alla domanda che ha dato lo spunto di partenza per il thread: quei filetti sottili a cosa servono?

    Risposta più dettagliata: quei filetti sottili sono collegati ad un circuito un pò più sofisticato del nostro fotoaccoppiatore, che anziché limitarsi a misurare la tensione in uscita dal trasformatore di commutazione, la misurano direttamente al punto di prelievo, ossia al connettore della mainboard. Perché?

    Principalmente perché ogni filo elettrico in realtà non ha resistenza pari a zero, ma una componente resistiva c'è sempre. Quindi anche una caduta di tensione.

    Parliamo di millivolts nel caso dei fili del connettore della mainboard, ma negli alimentatori di una certa caratura, non si lascia niente al caso.


    Con questo si conclude l'introduzione teorica agli alimentatori, riapro la discussione nel caso qualcuno volesse fare domande
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  6. #6
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    Ho da poco sventrato un alimentatore da pc guasto, tra i vari componenti recuperati è presente un integrato a quattro pin, due per parte, che assomiglia maledettamente ad un optoisolatore.
    Da quel poco che mi ricordo di elettronica industriale, il sense degli alimentatori ha forti analogie con il circuito di controreazione...
    "Nel mezzo del cammin di nostra vita mi ritrovai per una selva oscura chè la diritta via era smarrita"

  7. #7

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    Ho da poco sventrato un alimentatore da pc guasto, tra i vari componenti recuperati è presente un integrato a quattro pin, due per parte, che assomiglia maledettamente ad un optoisolatore.
    Da quel poco che mi ricordo di elettronica industriale, il sense degli alimentatori ha forti analogie con il circuito di controreazione...
    E' un circuito di controreazione a tutti gli effetti
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  8. #8
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    Darlington,ricorda di citare che il fotoaccoppiatore per gli switching off line,come è quello rappresentato va quasi sempre alimentato da uno zener programmabile
    Difatti il cuore della stabilizzazione è tutto li.
    Buon giorno e ben trovati.

  9. #9

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    Darlington,ricorda di citare che il fotoaccoppiatore per gli switching off line,come è quello rappresentato va quasi sempre alimentato da uno zener programmabile
    Difatti il cuore della stabilizzazione è tutto li.
    Buon giorno e ben trovati.
    Wee oggi è il giorno dei vecchi amici ritrovati

    Benvenuto Ciskopa , come te la passi?

  10. #10
    TecnicoERMETICO riciclato
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    Ciao Luigi.. e anche tutti gli altri,per ora tutto bene ma in ogni caso diceva il mio capo,usa il fiato per risolvere i problemi e non per lamentarti.
    Orca l'oca,se non era per Bambiniz che mi linkava il sito ero ancora a vagabondare per la rete a cercarvi .
    Mi fa estremamente piacere ritrovarvi,il tempo di rieditare il profilo,così non sembrerà nemmeno la differenza


 

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