Alimentatori switching? Ecco cosa sono

Gli alimentatori da 12 volt (https://www.alimentatorishop.com/s/57/alimentatore-12v) di tipo switching sono quelli utilizzati nei PC e in diversi device elettronici moderni. Si tratta di una soluzione in grado di contenere la dissipazione e di aumentare l’efficienza del circuito di alimentazione, portando vantaggi in termini di minor ingombro, di costo e di peso. Nel seguente articolo descriviamo brevemente le caratteristiche principali degli alimentatori switching.

Che cosa sono gli alimentatori da 12 volt di tipo switching

L’alimentatore switching, conosciuto anche come SMPS (Switching Mode Power Supplies) è una soluzione alternativa a quello lineare, rispetto al quale ha un’efficienza di gran lunga superiore. Questo tipo di alimentatore ha la caratteristica di far funzionare i transistor in commutazione, cioè fa sì che lavorino come interruttori: quando nessuna corrente circola, siamo in regione di interdizione e lo switch si trova in stato di off, quando invece circola la corrente siamo in regione di saturazione e lo switch si trova in stato di on. Grossolanamente, gli alimentatori switching funzionano prendendo energia in input, immagazzinandola in un “serbatoio” non dissipativo e rilasciandola al carico a tensione differente.

Come funzionano gli alimentatori switching

In un alimentatore switching sono presenti due stadi carica-scarica: il primo stadio ha il compito di filtrare picchi, distorsioni armoniche e altri disturbi prodotti dal circuito mediante un filtro capacitivo, impedendo a qualsiasi interferenza elettromagnetica generata dall’alimentatore di influenzare i device vicini; nel secondo stadio, che è quello che caratterizza i vari tipi di alimentatori switching, la tensione alternata di alimentazione viene raddrizzata mediante uno o più circuiti raddrizzatori a ponte.

A questo punto la tensione (325 V con una tensione d’ingresso di 230 V) viene inviata ad un convertitore APFC (Active Power Factor Correction) con due transistor a effetto di campo (FET) che modulano la corrente continua per ottenere sequenze di impulsi costanti. Questi ultimi sono livellati dai condensatori bulk che hanno lo scopo di stabilizzare il più possibile la tensione fornita dal ponte raddrizzatore. Un circuito di controllo agisce variando il duty cycle tramite un modulatore di larghezza di impulsi o PWM (Pulse Width Modulation).

Trasformatore di ridotte dimensioni

Il segnale DC viene così “affettato” generando corrente alternata ad onda quadra con duty cycle variabile, che viene ulteriormente raddrizzata da un diodo, filtrata e inviata al trasformatore principale il cui compito è quello di portare la tensione al livello richiesto. L’inverter, il raddrizzatore e il filtro d’uscita formano il convertitore DC/DC.

La grandezza del trasformatore è inversamente proporzionale alla frequenza di ingresso della tensione alternata. Poiché gli alimentatori switching funzionano tutti a frequenze molto più alte (in genere comprese tra 20 e 200 kHz) rispetto ai classici alimentatori lineari, i trasformatori sono molto compatti e leggeri. È inoltre possibile ridurre le problematiche di Interferenza Elettromagnetica (EMI), che genera sistemi rumorosi e può ostacolare il rispetto delle normative. Il nucleo in ferrite riduce al minimo la perdita di energia.

Per quanto riguarda il circuito integrato che realizza lo switching, esistono diverse soluzioni, alcune con il MOSFET che è parte integrante del chip, altri invece richiedono un MOSFET esterno.

Le tensioni necessarie sono 3,3 V, 5 V e 12 V. A questo proposito, un alimentatore può avere una singola uscita con canali separati per ogni tensione o canali distinti per tensioni diverse. Ciò che conta, però, è che le tensioni erogate siano costanti e che non vadano oltre il 5% della specifica ATX. A tal fine, l’alimentatore switching, a differenza di quello lineare, si autoregola a seconda del carico: sia che il PC sia inattivo sia che funzioni a pieno carico, la tensione rimane costante.