POWER 2 - luglio/agosto 2013
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Power
elettrica: benché la compensazione sia normalmente
percepita come mezzo per ridurre gli stress termici,
anche la densità di corrente può contribuire ai mec-
canismi di guasto. Un esempio è l’elettro-migrazione
nelle tracce dei circuiti stampati;
•
ridondanza: i componenti critici il cui guasto pro-
vocherebbe una disponibilità parziale della macchi-
na devono essere resi ridondanti e devono essere
previste delle scorte per la sostituzione sul campo.
Servizio e telemetria diagnostica
Obiettivo: garantire il massimo livello di modularità e do-
tare il sistema con opzioni di diagnosi on-line per tutto il
ciclo di vita
L’approccio di distribuzione via backplane è ineren-
temente flessibile: esso consente la sostituzione a
caldo dei carichi non-critici (per esempio, le vento-
le) che possono essere rimpiazzate mentre il sistema
è in funzione. Lo stesso livello di flessibilità dovreb-
be essere previsto anche all’altro capo della rete di
distribuzione, permettendo un facile accesso al siste-
ma di alimentazione principale.
Anche la diagnostica rappresenta un aspetto criti-
co. È necessario identificare e isolare rapidamente
le problematiche legate a componenti e sottosiste-
mi per proteggere il sistema dalla propagazione dei
guasti.
Quasi impossibile in presenza di architetture di ali-
mentazione centralizzata, sia le architetture distri-
buite sia quelle fattorizzate offrono l’opportunità di
automatizzare la diagnosi della rete di distribuzione
dell’alimentazione. Le architetture di alimentazione
distribuite utilizzano tradizionalmente una tecnica
“a compartimenti” dove il convertitore DC/DC re-
moto è inserito in una sequenza predeterminata e
una rete di retroazione dedicata provvede a verifi-
care la dinamica DC o AC ottenuta. I componenti
di potenza moderni e le architetture di alimentazio-
ne fattorizzate offrono una interfaccia digitale più
semplice, dove i controlli di supervisione possono
sondare le informazioni di stato in tempo reale attra-
verso un bus seriale, tipicamente I
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C o UART.
Fonti di rumore e immunità
Obiettivo: minimizzare EMC ed EMI nel sistema, disaccop-
piare la distribuzione dell’alimentazione per ridurre inter-
ferenze irradiate e condotte
Nei progetti di alimentazione, EMC ed EMI sono nor-
malmente percepiti come elementi di “magia nera”.
È però possibile semplificare il quadro applicando
alcune regole generali. Primo, identificare le fonti
di rumore; secondo, contenere o filtrare il rumore
il più vicino possibile alla fonte (dando per sconta-
to che il rumore non può essere del tutto evitato).
Sfortunatamente, le reti di alimentazione distribuita
sono un buon candidato anche per la distribuzione
del rumore condotto all’interno del sistema, oltre
che per irradiare rumore attorno al rack. Pertanto
per evitare diafonie attraverso il backplane è estre-
mamente importante implementare un filtraggio
adeguato se non a livello di singolo convertitore DC-
DC almeno all’interno di ogni scheda.
Un aspetto particolarmente insidioso è il rumore a
bassa frequenza generato sul backplane e sui bus in-
termedi. Questo rumore è dovuto alle interazioni tra
le correnti di ingresso dei vari converti-
tori, le quali provocano dei battimenti
a bassa frequenza. I progettisti devono
tentare di evitare queste problematiche,
assicurandosi che tutte le componenti
delle correnti di commutazione siano
sufficientemente confinate all’interno
di ciascun convertitore.
Nei sistemi di test allo stato dell’arte,
la progettazione di una rete di distribuzione dell’a-
limentazione rappresenta una vera e propria sfida.
È necessario, infatti, sottostare a numerosi compro-
messi, i quali devono essere valutati attentamente
tenendo conto dell’architettura prescelta per il si-
stema di alimentazione. Benché le architetture di-
stribuite con backplane a 48V rappresentino attual-
mente la scelta più comune, stanno affacciandosi
anche nuove architetture, come ad esempio la distri-
buzione fattorizzata a 400V DC: tale soluzione mi-
gliora la densità di sistema offrendo livelli superiori
di efficienza e una maggiore granularità. La figura
3 mostra un esempio di progetto standard a doppio
stadio per alimentazione point-of-load ricavata da
una distribuzione a 400V DC: a sinistra, è visibile il
modulo di front-end costituito da due bus converter
a 400V (posti al di sotto dei dissipatori; vicino alla
graffetta è mostrato il singolo modulo); sopra, un
Voltage Regulation Module (VRM) multi-fase basato
su un classico buck converter a 12V.
Tabella 1 - Potenza trasportabile rispetto alla tensione
di distribuzione per ottimizzare il total-cost-of-ownership
Tensione DC di backplane
o di distribuzione intermedia
Range
di potenza ottimale
12V
Fino a 5kW
48V
Da 4kW a 20kW
380V
Maggiore di 15kW
