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POWER
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- ELETTRONICA OGGI 442 - GENNAIO/FEBBRAIO 2015
DIGITAL
tatori di potenza e i filtri di uscita. L’anello di controllo interno,
invece, assicura la flessibilità propria dell’approccio digitale,
grazie alla quale è possibile erogare in modo preciso la potenza
richiesta dalla particolare applicazione e consentire ai sistemi
di potenza di adattarsi in modo dinamico e in tempo reale alle
differenti condizioni operative. Le funzioni di comunicazione,
monitoraggio e controllo sono implementate mediante PMBus.
Il controllo digitale
è
particolarmente utile per migliorare l’effi-
cienza dei sistemi di potenza delle reti dati. La potenza assorbita
dalle apparecchiature di rete aumenta con il throughput dei dati.
In presenza di un traffico dati ridotto, la rete opera ben al di sotto
della sua capacità, gli alimentatori operano in presenza di un
carico molto inferiore rispetto al massimo previsto e i processori
possono funzionare a velocità di clock più bassa.
Poiché per ridotti valori del carico gli alimentatori sono relati-
vamente inefficienti, il consumo di energia è elevato e il calore
generato va disperso, con conseguenze negative in termini tec-
nici, finanziari e ambientali. L’implementazione di un anello di
controllo digitale, che preveda convertitori di bus intermedio e
convertitori POL, permette di modificare la tensione del bus in-
termedio in modo dinamico in funzione della variazione del cari-
co. In presenza di carichi di basso valore, la tensione di ingresso
del POL è ridotta, con conseguente aumento dell’efficienza di
conversione in queste condizioni operative (Fig. 3).
Alcuni dispositivi di potenza digitali ricorrono alla tecnica DVS
(Dynamic Voltage Scaling) per risparmiare energia. Nel caso sia
richiesta una bassa potenza di elaborazione, sia la frequenza di
clock del processore, sia la sua tensione di alimentazione, pos-
sono essere ridotte. La riduzione dinamica della tensione è
solitamente implementata sotto forma di funzione ad anel-
lo aperto, che prevede una tabella di ricerca che contiene
combinazioni predefinite di frequenza e alimentazione.
La tecnologia AVS (Adaptive Voltage Scaling), senza dubbio
più avanzata rispetto alla DVS, adotta invece un approccio ad
anello chiuso in tempo reale, grazie al quale è possibile adattare
in modo preciso la tensione di alimentazione al valore minimo
richiesto dal processore, in base al carico di lavoro e alla velo-
cità di clock di quest’ultimo. Questa tecnica consente inoltre di
compensare le variazioni sia di processo sia di temperatura del
processore.
Parecchi alimentatori a commutazione utilizzano un anello di
controllo chiuso con retroazione negativa dall’uscita all’ingres-
so. Per regolare la risposta in frequenza
dell’anello al fine di ottenere una risposta ai
transitori ottimale senza compromettere la
stabilità, è richiesta una rete di compensa-
zione. Il progetto della rete di compensazione
può essere un compito oneroso in termini
temporali e non privo di errori. In ogni caso
le prestazioni dei componenti presenti nella
rete possono variare a causa di cambiamen-
ti di temperatura o di fenomeni di invecchi-
amento. Nel 2010 l’americana CUI è stato il
primo produttore a sviluppare e introdurre
sul mercato moduli convertitori POL non
isolati con compensazione automatica, una
funzione digitale che permette di eliminare
completamente questo problema.
Senza dimenticare che l’uso di moduli di po-
tenza digitali semplifica (o consente) l’inte-
grazione di numerose altre funzioni nel corso
della progettazione del sistema di potenza, tra cui la condivisio-
ne attiva di corrente, il rilevamento e la messa in sequenza della
tensione, l’avviamento e l’arresto graduali e la sincronizzazione.
La necessità della standardizzazione
Nel momento in cui è andata via via diffondendosi l’adozione di
moduli di potenza DC-DC, è cominciata a sorgere la necessità di
poter disporre di prodotti di differenti costruttori caratterizzati
da un certo livello di standardizzazione. I clienti, per garantire
l’affidabilità della catena di fornitura, richiedevano la disponibil-
ità di una seconda sorgente per i prodotti: da qui la costituzione
di associazioni che raggruppavano costruttori di alimentatori e
produttori di componenti.
Le alleanze che nel tempo si sono costituite sono riuscite a rag-
giungere accordi sulla standardizzazione del footprint (ovvero
degli ingombri) e dei pinout relativamente a determinate cate-
gorie di convertitori di potenza, come ad esempio i convertitori
DC-DC isolati e non isolati. Questi accordi, se da un lato hanno
garantito un certo grado di intercambiabilità tra prodotti realiz-
zati da costruttori differenti, non sono riusciti a definire in modo
Fig. 2 – Il proliferare di terminali di alimentazione a bordo delle schede ha portato allo sviluppo
di architetture IBA che richiedono la presenza di più convertitori POL