EMBEDDED
51 • FEBBRAIO • 2014
63
HARDWARE
FANLESS COOLING
Efficienza
L’efficienza è un parametro di gran lunga più importante per un
alimentatore raffreddato a convezione rispetto a quanto non lo sia
per uno con raffreddamento ad aria forzata, dal momento che tutto
il calore deve restare all’interno dell’involucro; se l’aria può essere
portata fuori, qualche Watt in più da dissipare non rappresenta un
problema. Ogni punto di efficienza in più significa meno calore dis-
sipato, e la tecnologia sta facendo grandi progressi in questo senso
(Fig. 1). Quando si specifica un alimentatore con raffreddamento
a convezione per una determinata apparecchiatura, è importante
scegliere il più efficiente tra tutti quelli compatibili con il budget di
costo. Ad esempio, per una applicazione che richiede la massima
efficienza, il CCB200 di XP è un 200W che, con il 94% di efficienza,
dissipa 12W in un ingombro di 3 x 5” (Fig. 2). Per applicazioni
più economiche, una valida alternativa potrebbe essere il 150W
GCS180 che, sempre con raffreddamento a convezione, ha una
efficienza del 92%. È consigliabile verificare sempre che tutto ciò
che il costruttore dichiara in merito alle prestazioni sia supportato
dall’efficienza, altrimenti il raffreddamento potrebbe diventare un
problema serio. Bisogna tener presente che sono molti i fattori che
possono influenzare i valori di efficienza riportati sui datasheet; ciò
che viene etichettato rappresenta solitamente uno scenario di caso
migliore e con ogni probabilità non sarà valido per l’intero campo di
applicazione del dispositivo.
Per esempio, nelle reali applicazioni l’efficienza dipende molto dalla
tensione d’ingresso. Molti alimentatori AC-DC presenti sul mercato
hanno un ingresso universale per poter essere impiegati dovunque.
In effetti, negli USA dove la tensione di rete è circa la metà della
equivalente europea (230V) per produrre la medesima potenza è
necessaria una corrente d’ingresso doppia. D’altra parte, correnti
più alte significano perdite più elevate nei vari componenti, a disca-
pito dell’efficienza. Considerando solo le perdite resistive, la potenza
perduta vale I 2 R così che raddoppiando la corrente d’ingresso (da
tensione di rete alta a tensione di rete bassa) l’effettiva potenza che
se ne va in perdite viene moltiplicata per quattro. Scendendo dalla
tensione di rete degli USA (115V) a quella presente in Giappone
(90V), la corrente aumenta di un ulteriore 28%, che corrisponde a un
altro 65% in più di perdite resistive. Per questa ragionemolti datashe-
et specificano soltanto l’efficienza ad alti valori della tensione di rete.
Prestazioni del raffreddamento a convezione
Altre cose da valutare sui datasheet sono le curve di rating dell’ali-
mentatore. Anche se la cosa può stupire, non esiste uno standard
industriale riconosciuto a cui i costruttori debbano attenersi nel
fornire queste informazioni. Generalmente i prodotti vengono testati
in una camera che simula le condizioni ambientali, ma spesso alcune
di queste camere fanno uso di ventilatori per mantenere la tempe-
ratura al valore prefissato, creando così un flusso di aria intorno al
dispositivo in prova.
Ovviamente una tale situazione deve essere evitata se si vogliono
eseguire misure in regime di rigorosa convezione, perchè anche
una piccola circolazione di aria può avere un effetto significativo. In
XP, i prodotti vengono posti in un contenitore supplementare prima
di essere introdotti nella camera e la temperatura ambiente viene
determinata in base alla temperatura all’interno del contenitore,
essendo questa l’unica che rispecchia fedelmente la prestazione
dell’alimentatore. Grazie a questa procedura possono essere instau-
rate uniformità di valutazione tra i vari gruppi di lavoro e ripetibilità
delle misure, cose molto cruciali quando si eseguono prove termi-
che. Normalmente, le informazioni sulle modalità di conduzione
delle varie prove, pur essendo molto importanti rispetto al risultato
finale, non vengono mai descritte nei datasheet.
Allo scopo di garantire la conformità con le prescrizioni di sicurezza,
siano esse industriali, medicali o IT, esistono dei valori massimi di
temperatura ai quali certi componenti, come ad esempio i trasforma-
tori, possono lavorare. Ciò che va tenuto ben presente è che questi
valori di sicurezza rappresentano lemassime temperature ammesse
in assoluto e non una raccomandazione per il normale utilizzo. Se
il prodotto deve funzionare consistentemente alla temperatura di
sicurezza, pur conservando l’approvazione UL, le aspettative di vita
di alcuni componenti critici ne possono soffrire. Una buona regola
generale è che per avere una lunga vita operativa il prodotto deve
lavorare alla più bassa temperatura possibile.
Suggerimenti e trucchi
Altri argomenti da tener
presente nei progetti con raf-
freddamento a convezione
comprendono il fatto che l’a-
limentatore è progettato per
montaggio orizzontale o ver-
ticale. In nessuna circostan-
za esso deve essere montato
capovolto: dal momento che
il calore prodotto sale verso
l’alto, non è assolutamente
consigliabile montare Il circui-
to stampato sopra componenti
che scaldano.
Inoltre, non va dimenticato
che altre parti del sistema
possono scaldare, come ad
esempio una grande CPU, un
display, una pompa o un motore. Tali componenti che producono
calore devono essere raffreddati e incrementano la quantità di calore
che deve essere smaltita all’interno della apparecchiatura.
In conclusione, sebbene il raffreddamento a convezione non con-
senta una dissipazione di calore paragonabile al raffreddamento ad
aria forzata, rappresenta comunque una scelta obbligata per quelle
applicazioni in cui la presenza di una ventola non è accettabile. Dal
momento che il calore rimane all’interno dell’involucro, è indispen-
sabile scegliere un alimentatore con il più alto grado di efficienza
possibile, e verificare con cura se le dichiarazioni del costruttore in
merito sono effettivamente compatibili con la specifica applicazione.
Fig. 2 - Il CCB200 di XP, col
94% di efficienza e una dissi-
pazione di 12W in un ingom-
bro di 3 x 5”, è adatto all’im-
piego con raffreddamento a
convezione.
