Elettronica_Oggi_442

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POWER
DIGITAL
33 - ELETTRONICA OGGI 442 - GENNAIO/FEBBRAIO 2015
tisti non erano più costretti a utilizzare componenti
discreti per realizzare circuiti complessi e relati-
vamente costosi. Essi invece potevano far ricor-
so a un modulo compatto montato su ciascuna
scheda, che richiedeva solamente l’aggiunta di un
numero molto ridotto di componenti per il disac-
coppiamento e il filtraggio. L’utilizzo dei moduli di
potenza comportava anche un sensibile aumen-
to dell’affidabilità del sistema. Questo aspetto è
particolarmente importante per tutti i progettisti
impegnati nello sviluppo di apparecchi per reti di
comunicazione, per i quali è richiesta una durata
operativa dell’ordine dei 25 anni (o addirittura su-
periore).
Solitamente l’unità AC-DC di front-end forniva
un’uscita a -48V e un modulo di potenza DC-DC
presente su ciascuna scheda convertiva questa
tensione a valori inferiori (12 o 5V o una combinazione di en-
trambi) al fine di erogare la corretta tensione di alimentazione ai
semiconduttori presenti nel sistema (Fig. 1). Successivamente,
hanno iniziato a fare la loro comparsa dispositivi a semicondut-
tore operanti a 3,3V e attualmente molti di essi utilizzano ten-
sioni di soli 0,9V e non sono rari i casi di microprocessori che
assorbono una corrente fino a 90A a pieno carico.
Tanto maggiore è la differenza tra la tensione (o le tensioni) di
uscita di un convertitore DC/DC, tanto minore è l’efficienza del
processo di conversione. È presto apparso evidente che per ga-
rantire la massima efficienza del sistema era più opportuno
gestire la conversione finale nelle immediate vicinanze del
carico, ovvero il processore, l’FPGA o dispositivi simili. Oltre
ad aumentare notevolmente il livello di efficienza, il fatto di
posizionare i convertitori di potenza il più vicino possibile
ai loro carichi, evita il verificarsi di fenomeni di instabilità
imputabili alle impedenze parassite che caratterizzato le
piste di una certa lunghezza presenti sulla scheda PCB o
nei cablaggi del sistema. La società Datel, che faceva parte
della divisione elettronica di potenza di C&D Technologies e
fu acquisita da Murata nel 2007, è stata negli anni ‘80 e ‘90
uno dei pionieri nel settore dei convertitori DC-DC isolati e
dei moduli POL. Le architetture di potenza distribuite possono
essere implementate in vari modi, utilizzando tensioni di bus
regolate o non regolate. Nel momento è aumentata la comples-
sità dei sistemi e di conseguenza il numero delle differenti ten-
sioni richieste – ad esempio 12, 5, 3,3, 2,5 e 1,2V – i progettisti
dei sistemi di potenza hanno iniziato ad adottare, all’incirca una
quindicina di anni fa, architetture di tipo IBA (Intermediate Bus
Architecture). In architetture di questo tipo (Fig. 2) l’alimentatore
AC-DC invia a un convertitore IBA una tensione di 24 o -48V. il
convertitore IBA isolato a sua volta eroga uscite comprese tra 5
e 14 V destinate ai convertitori POL.
Il passaggio al digitale
La crescente richiesta di funzioni sofisticate per la gestione del-
la potenza, tra cui la messa in sequenza delle alimentazioni con
velocità di rampa (ramp rate) controllate come richieste dagli
FPGA di grandi dimensioni, unita alla necessità di ridurre sia
l’occupazione di spazio a bordo della scheda, sia il numero di
componenti esterni sono i fattori che nel corso dell’ultimo de-
cennio hanno indotto i progettisti dei sistemi di potenza a consi-
derare con sempre maggiore attenzione il passaggio alla poten-
za digitale. Questo passaggio è stato favorito dalla disponibilità
di circuiti integrati per la gestione della potenza realizzati da
aziende come Texas Instruments che nel 2002 ha introdotto il
primo kit di sviluppo per DSP destinato espressamente al mon-
do degli alimentatori.
Negli ultimi cinque anni la sempre più massiccia adozione del
concetto di “digital power” è ascrivibile in larga misura allo
sviluppo di moduli convertitori di potenza digitali standard. Il
capostipite è il convertitore di bus intermedio BMR453 introdot-
to da Ericsson nel 2008. I convertitori digitali hanno molto in
comune con le loro controparti analogiche, compresi i commu-
AL VIA I PRIMI STANDARD
Il consorzio AMP ha annunciato di recente l’introduzione dei primi standard il cui
obbiettivo è definire specifiche meccaniche ed elettriche comuni per lo sviluppo
di tecnologie avanzate di conversione della potenza, da utilizzare in sistemi di po-
tenza distribuiti. Questi standard si riferiscono a convertitori di bus dc-dc avanzati
e convertitori PoL (Point-of-Load) digitali. Per i convertitori PoL digitali il consorzio
ha definito due standar: la specifica ‘microAMP’ copre gli alimentatori con correnti
nominali comprese tra 20 e 25A in configurazione verticale orizzontale, mentre la
specifica ‘megaAMP’ definisce i requisiti per le unità con correnti nominali comprese
tra 40 e 50A, sempre in configurazione verticale e orizzontale. Per i convertitori di
bus dc-dc avanzati, la specifica ‘ABC-ebAMP’ è destinata a moduli brick di dimen-
sioni pari a 58,42 x 22,66 mm con potenze nominali comprese tra 264 e 300W. Per
gli alimentatori brick di dimensioni uguali a 58,42 x 36,83 mm e potenze comprese
tra 420 e 468W, il consorzio ha definito lo standard ‘ABC-qbAMP’. Questi standard
definiscono gli ingombri meccanici, le caratteristiche e i file di configurazione.
Fig. 1 – Le prime soluzioni di potenza di tipo distribuito utilizzavano
una conversione a due stadi che prevedeva una tensione di bus inter-
medio di -48V e una singola uscita a 12 o 5V