Gli alimentatori che utilizzano un controllo di tipo digitale rappresentano una soluzione consolidata e ampiamente accettata per garantire una conversione di potenza efficiente e fornire potenza ai terminali Dc in applicazioni quali server e data center. Sono molteplici le ragioni alla base dell’adozione su vasta scala degli alimentatori digitali in applicazioni di questo tipo, che sono tra i maggiori responsabili dei consumi di energia elettrica. Tra queste si possono segnalare: gli alimentatori digitali a elevate efficienza permettono di ridurre i costi operativi, dissipano meno calore e soddisfano le normative per l’ambiente; la flessibilità intrinseca degli alimentatori digitali consente di soddisfare al meglio i complessi requisiti necessari per fornire la potenza richiesta da processori ed Fpga; la flessibilità di questi alimentatori consente di gestire le critiche sequenze di accensione/spegnimento nonché regolare in maniera dinamica il loro funzionamento.
Un’adozione lenta
Il concetto di potenza digitale non è stato perà ancora completamente accettato in ambito industriale. I motivi alla base di questa esitazione sono molteplici, inclusa una certa mancanza di fiducia da parte degli utilizzatori, le problematiche legate all’approvvigionamento, nonché la percezione che parecchi dei vantaggi legati all’uso della potenza digitale non siano in realtà necessari. Senza dimenticare che priorità e prospettive degli utenti operanti in campo industriale possono divergere da quelle dei progettisti di data center per tre motivi fondamentali: la base di utilizzatori in genere è formata da persone prudenti, che preferiscono utilizzare prodotti che possono vantare precedenti di successo testimoniati da cicli di vita dell’ordine di uno o due decenni, se non superiori; gli utenti vogliono essere certi di poter contare su seconde sorgenti affidabili, piuttosto che su fornitori alternativi; per poter ottenere il più ampio supporto possibile gli utenti preferiscono non ricorrere a soluzioni di tipo proprietario e sfruttare i vantaggi legati a una corretta concorrenza.
Vantaggi e potenzialità
Nonostante queste problematiche, nelle applicazioni industriali è possibile sfruttare vantaggi e potenzialità tipiche della potenza digitale: migliore efficienza per tutti i valori di carico; riduzione della sollecitazione termica sui componenti; semplificazione delle problematiche legate al raffreddamento; incremento del Mtbf (Mean time between failure). Anche se l’incremento dell’efficienza legato all’uso della potenza digitale potrebbe da solo essere un valido motivo per giustificarne l’adozione in numerose applicazioni, un approccio di questo tipo comporta numerosi altri vantaggi. La potenza digitale rappresenta l’unica soluzione possibile per alimentare i circuiti integrati delle più recenti generazioni che richiedono complesse regolazioni per i loro numerosi rail in Dc a bassa tensione che forniscono potenza al core. Anche la messa in sequenza di questi rail è un compito complesso in quanto è necessario gestire i tempi di salita e di discesa, l’ordine in base al quale fornire/togliere potenza ai rail e la temporizzazione tra i processi di attivazione/disattivazione dei rail stessi. Solo un approccio di tipo digitale, che prevede la presenza di un processore che abbia il completo controllo di ciascun convertitore e conosca in dettaglio il funzionamento di ognuno di essi permette di realizzare sequenze così complesse. A differenza delle precedenti generazioni di processori, le tensioni dei terminali Dc dei dispositivi di nuova generazione non sono di natura statica. In base alle specifiche, ampiamente accettate, Intel/Xilinx VR13, un rail può ridurre il valore di tensione nominale nel momento in cui il core del processore a cui è connesso si trova in modalità “idle” o a basso consumo per ridurre la dissipazione del processore. Questa tecnica, denominata Avs (Adaptive voltage scaling), adatta il valore della tensione di alimentazione a quello minimo richiesto dal processore, in funzione della velocità di clock e del carico di lavoro, ed effettua la compensazione automatica al variare dei processi e della temperatura del processore. Questo convertitore Dc deve essere anche in grado di ripristinare la tensione del rail quando il core è riattivato. Solamente un convertitore programmabile controllato via firmware può fornire questo livello di sofisticazione a costi ragionevoli e senza un eccessivo incremento di complessità.
Amp Group, non solo standard
Architects of Modern Power Group è un consorzio formato da tre aziende di primo piano nel settore dei convertitori Dc/Dc di tipo Ibc (Intermediate bus converter) e dei convertitori PoL (Point of Load) per applicazioni industriali, come Cui, Ericsson e Murata, costituito per trasferire i vantaggi della potenza digitale in una pluralità di applicazioni. Amp Group è impegnato nella definizione di un insieme di standard completi che non solo integrano la diffusa specifica PMBus, ma prendono in considerazione molti altri aspetti. Parecchie funzioni e modalità di funzionamento di PMBus non sono specificate o lasciate alla discrezione dell’utente. Di conseguenza un modulo di potenza compatibile con PMBus realizzato da un produttore può fornire risposte diverse rispetto a un modulo di un altro costruttore. A differenza di altri consorzi del passato che hanno focalizzato l’attenzione sugli aspetti meccanici e sulla compatibilità a livello fisico, gli standard definiti da Amp prendono in considerazione anche le interfacce elettriche e la compatibilità software. Senza dimenticare che l’obiettivo di Amp Group non è solo quello di mettere a punto le specifiche di nuovi standard, ma anche di fornire roadmap che definiscono le future evoluzioni tecnologiche. Fin dalla sua costituzione, nel 2014, il consorzio ha definito un certo numero di standard per dispositivi di tipo isolato e non isolato. Cinque di questi sono relativi a convertitori di tipo PoL che coprono differenti intervalli di corrente: picoAmp (da 6 a 18 A); microAmp (da 20 a 25 A); megaAmp (da 40 a 50 A), gigaAmp (60 A) e teraAmp (da 90 a 120 A). Ciascuno di questi standard definisce in modo accurato ingombri, specifiche di interfacciamento, comandi e formato dei report e assicura che una determinata unità fornita dal produttore A sia intercambiabile in termini di forma, prestazioni e funzionalità, con un’analoga unità del produttore B. Tre invece sono finora gli standard definiti per i convertitori di bus avanzati. Si tratta di ABC-ebAmp (per potenze da 264 a 300 W), ABC-qbAmp (da 420 a 468 W) e HPABC-qbAmp (fino a 1 kW).
