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POWER
FAST TRACK
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- ELETTRONICA OGGI 460 - MARZO 2017
(sempre con rapporto fisso di conversione), PRM, rego-
latore da utilizzare in architetture di tipo FPA (Factorized
Power Architecture) che potrebbe alimentare un VTM
per generare tensioni PoL e DCM, un convertitore DC-
DC regolato e isolato. Si tratta di esempi di blocchi fun-
zionali, regolati e non regolati, isolati e non isolati, che
possono essere assemblati in un numero di combina-
zioni virtualmente senza limiti. Per i progettisti, dunque,
il problema è la scelta della soluzione ottimale per lo
sviluppo del sistema di alimentazione, vista la quantità
di opzioni complete tra cui scegliere.
In passato, le scelte di progettazione erano spesso vin-
colate dalle prestazioni dei dispositivi e dall’adozione di
pratiche comunemente adottate. Per esempio, termina-
le di distribuzione a 48V era spesso una caratteristica
standard in uno schema di distribuzione della potenza.
Tuttavia, con l’avvento dei convertitori buck delle ulti-
me generazioni, si avrebbe un netto calo in termini di
efficienza di conversione in presenza di un rapporto di
conversione elevato (ad esempio da un 48V a un valore
di tensione a cifra singola). In presenza di schede PCB
che necessitano di alimentazioni un numero sempre
maggiori di terminali che richiedono tensioni di 1V o in-
feriori, sarebbe preferibile poter disporre di un valore di
tensione intermedio, ad esempio 12V.
Il costo dell’ottimizzazione
Con i componenti di potenza Vicor, la conversione da
una tensione da 48V a un valore richiesto da un re-
golatore PoL non solo è possibile, ma può rappresen-
tare l’opzione migliore nel momento in cui è possibile
eliminare le perdite associate alla generazione di un
bus intermedio. Non è necessario un grande sforzo di
immaginazione per osservare che “l’universo” di solu-
zioni flessibili si è allargato notevolmente. È divenuto
un problema di ottimizzazione, visto il gran numero di
opzioni possibili.
Per ottenere un’efficienza ottimale, i progettisti
non hanno avuto altre scelta che tornare alla
consultazione dei data sheet. Ogni data she-
et presenta, pagina dopo pagina, grafici che
mostrano parametri operativi e prestazioni di
quel particolare dispositivo. Dopo aver scelto
la topologia adatta per il sistema di potenza, il
progettista deve operare su di essa: stabilire il
punto di funzionamento di ogni modulo, con-
trollare la loro efficienza e perdite di conversio-
ne, eseguire somme e annotazioni con carta e
penna (o foglio elettronico), quindi ripetere tut-
te queste operazioni per ogni configurazione
alternativa che sembri un’opzione realistica.
Se la potenza in standby fosse un elemento da prende-
re in considerazione, si dovrà ripetere il processo uti-
lizzando i valori di potenza a riposo di ogni blocco. La
possibilità di posizionare le funzioni fondamentali della
conversione di potenza in modo flessibile nella catena
di conversione offre un ulteriore grado di libertà. In una
certa misura, e in considerazione del fatto che alcune
perdite /dissipazioni termiche sono inevitabili, i proget-
tisti possono configurare la topologia di alimentazione
in modo che le perdite risultino concentrate nel punto
in cui siano più facili da gestire.
Una volta completato questo lavoro, il progettista avrà
comunque preso in considerazione solamente gli aspet-
ti legati all’efficienza e alle perdite. Ma vi potrebbero es-
sere altri vincoli, non ultimi il costo. Configurazioni equi-
valenti che risultino conformi alle specifiche per quanto
concerne le prestazioni in termini elettrici possono
differire, e di molto, in termini di BOM. Un altro aspetto
della progettazione di alimentatori, fortemente cambia-
to nel corso di molte generazioni, è che l’alimentatore
deve essere posizionato nello spazio rimasto libero nel
cabinet o rack, una volta ultimato il posizionamento di
tutti gli altri componenti. Di conseguenza, il footprint
(ovvero l’ingombro) fisico può divenire un aspetto cri-
tico; non solo quello dei blocchi principali (conversio-
ne AC-DC off line), ma anche quello dei regolatori PoL
point-of-load ed ogni dispositivo passivo distribuito nel-
la scheda PCB.
Progettare sistemi di potenza: un approccio migliore
In un contesto come quello appena descritto Vicor ha
deciso di sviluppare il software online Power System
Designer (Fig. 2), esplicitamente ideato per consentire
a un progettista di creare un sistema di alimentazione in
pochi minuti. Power System Designer è un tool di facile
utilizzo che accetta ingressi di tipo parametrico basato
sulla Power Component Design Methodology di Vicor
Fig. 2 – Power System Designer è un tool online di Vicor che semplifica la proget-
tazione di alimentatori