Il digital power all’altezza delle sfide energetiche

POTENZA DIGITALE –

Mentre la legge di Moore sembra serbarci sfide sempre più impegnative in tema di disponibilità energetica ecco arrivare al momento giusto il digital power con alcune valide e gradite soluzioni.

Quello che segue è un elenco - in ordine casuale - di quelle che, secondo l'autore, sono le principali aspettative alle quali il digital power deve rispondere. La primitiva idea di stilare una sorta di "top ten" ha dovuto essere abbandonata per aggiungere all'elenco una voce a cui l'industria in genere risulta essere molto sensibile e quindi non poteva essere ignorata, neppure a costo di rompere la prevista rigidità schematica originale della classifica.

1 - Costo/Aspetto Economico - Chiunque stia lavorando nel campo del digital power, a qualsiasi livello, prima o poi dovrà confrontarsi con la domanda "...quanto costa?". Alcuni anni fa la risposta sarebbe stata così scioccante da far dimenticare a molti l'esistenza stessa del digital power.

2 - Vantaggi effettivi - "Quali sono i vantaggi che realmente offre il digital power?" Dal momento che la conversione di potenza per via analogica è alla portata di tutti, cosa ci sarebbe da guadagnare passando al digital power?

3 - Precisione/Accuratezza - La tecnologia analogica opera nel dominio del tempo e ha risoluzione infinita rispetto a tensione e corrente. Come può il digitale essere in grado di offrire di meglio?

4 - Affidabilità - Cosa succede quando si introduce una memoria non volatile in un alimentatore? Che avviene se la memoria diventa volatile?

5 - Facilità di impiego - I progettisti di alimentatori progettano hardware, non software. Dover scrivere un programma e poi assemblare l' hardware è più impegnativo che dedicarsi esclusivamente all' hardware.

6 - Interoperabilità - Acquistando parti diverse di un sistema di digital power da differenti fornitori, che certezze ci sono che queste parti possano lavorare assieme?

7 - Consumo energetico - Dsp, microcontrollori, memorie non-volatili hanno sempre avuto fama di assorbire grandi quantità di corrente a riposo.

8 - Sicurezza - Se è così facile modificare il software, sarà altrettanto semplice intervenire su di esso sul campo, più o meno volontariamente e in maniera più o meno legale.

9 - Dominio Z o dominio S - "Omega è bello, Zeta puzza”.

10 - Second Sourcing - Con tutti i nuovi controller per il digital power prodotti da aziende emergenti, sembrava troppo rischioso passare al digitale senza avere un secondo fornitore.

11 - Proprietà intellettuale - All'inizio gli ostacoli legali creavano paura, incertezze e timori.

Affrontare le sfide
Nonostante a una prima lettura la lista possa far perdere ogni speranza, il fatto che molte di queste sfide siano state vinte testimonia il valore del digital power e il forte impegno profuso da quelle aziende che si sono assunte il compito di superare questi ostacoli.

1 - Costo/Aspetto Economico - Le prime applicazioni di digital power si avvalevano della pura e semplice potenza di elaborazione dei Dsp, per via della difficoltà di risolvere tutti i problemi con semplici controller Pwm. Data la complessità delle problematiche da affrontare, il pedaggio che si doveva pagare per riuscire a superarle passava in secondo piano rispetto all'esito finale: in altre parole, si era disposti a spendere molto per ottenere in cambio la massima funzionalità del prodotto. Non appena si cominciò ad applicare questo approccio del digital power a problemi meno complessi ecco allora che quest'ultimo iniziò ad apparire "troppo costoso". Tuttavia, nel corso degli ultimi anni si è riusciti ad applicare questa tecnologia in ambiti meno complessi spendendo di meno ricorrendo a un approccio di tipo state machine per la conversione di potenza, abbinato a un semplice microcontrollore per la configurazione, la comunicazione e la gestione: architettura, questa, che ha ridotto di molto i costi del digital power. Resta comunque il fatto che se si vuole realizzare una pura e semplice conversione di potenza, allora non è detto che il digital power sia la giusta soluzione. Se al contrario si è alla ricerca di un maggiore livello di efficienza, di flessibilità, di densità di potenza o comunque di qualcosa di più facile impiego in progetti ad alta complessità, quella del digital power è la strada da percorrere.

2 - Vantaggi reali - Il vero vantaggio del digital power sta nel rendersi conto che i progetti inerenti alla gestione energetica non sono compartimenti stagni. Pur essendovi condizioni operative nominali ben definite, i progetti devono essere in grado di funzionare anche alle condizioni limite, minime o massime. Il digital power si caratterizza per un livello di adattabilità ai progetti che può essere definita "intelligenza". I moderni controller digitali possono acquisire la conoscenza dell'ambiente circostante e ad esso adattarsi. Ad esempio, il controller Intersil Zilker Labs ZL2008 può tener d'occhio le perdite durante il processo di conversione e automaticamente adattarsi per ottenere la massima efficienza. Questa tecnologia può monitorare il contesto in termini di controllo del feedback e, automaticamente, adattare il livello di compensazione al mutare delle condizioni operative.

3 - Precisione e Accuratezza - Con una risoluzione di 120 ps in quanto a duty cycle e inferiore al millivolt in tensione, i moderni digital power controller possono trovare applicazione sia nei progetti attuali che in quelli futuri.

4 - Affidabilità - Nei progetti complessi, è migliore con il digital power. Grazie all'alto livello d'integrazione è necessario un numero di componenti ridotto rispetto a quello richiesto dalle soluzioni convenzionali. Con l'impiego di una tecnica di controllo adattiva, il digital power garantisce migliori risultati a qualsiasi livello operativo. La maggior efficienza consente un'operatività meno stressata, mentre la scelta di algoritmi di controllo più sofisticati permette di prevenire i problemi incombenti, mettendo in atto le opportune contromisure, ancor prima che essi si verifichino. Per quanto riguarda la memoria non volatile, va detto che nella realtà i moderni controllori sono strutturati secondo un approccio a segnale misto, con circuiti di backup/watchdog che li tengono sotto controllo e li proteggono da problemi alla memoria. Sotto questo punto di vista, un progetto può definirsi "prudente" quando è dotato di algoritmi di error checking per controllare l'integrità dei dati che entrano ed escono dalla memoria.

5 - Semplicità d'uso - Non sono richieste capacità di programmazione. Questo articolo è scritto usando un computer con una interfaccia grafica che permette all'utente di lanciare un'applicazione con un click. Quindi, non c'è alcun bisogno che chi scrive sappia programmare. Lo stesso discorso si applica al moderno digital power che, grazie alla presenza di un'interfaccia Gui, permette di configurare un alimentatore con alcuni click. Gli algoritmi fanno tutto il resto.

6 - Interoperabilità - Oggi abbiamo a disposizione un linguaggio standard e  un'interfaccia di comunicazione per controllori di potenza e dispositivi di gestione chiamata PMBus. Uno degli scopi di PMBus è assicurare l'interoperabilità tra controller e periferiche.

7 - Consumo energetico - Rispetto al passato si è ridotto di molto. I vecchi Dsp avidi di potenza sono stati sostituiti da state machine proprio per ridurre significativamente l'assorbimento di corrente a riposo.

8 - Sicurezza - I moderni progetti di digital power sono provvisti di password, limiti hardware, e circuiti watchdog.

9 - Dominio Z vs dominio S - Non c'è alcun motivo di imparare la teoria del dominio Z: esistono molti metodi consolidati per passare da un dominio all'altro. I venditori di controllori digitali sono in grado di fornire design tool più che adeguati nel familiare dominio S.

10 - Second Sourcing - l'industria sta maturando e ciò che una volta era patrimonio di piccole realtà industriali è diventato oggi dominio dei leader della produzione di circuiti integrati. Molte di queste realtà d'avanguardia sono state acquisite dai colossi, cosa che le ha rese molto più salde nella continuità del loro business facendo fronte alle richieste di clienti Tier I e Tier II di pari passo con lo sviluppo di soluzioni innovative.

11 - Proprietà intellettuali - Oggi tutti noi traiamo vantaggi dalla vigente legislazione in materia. Quelle stesse leggi che sulle prime possono apparire come ostacoli alla diffusione delle nuove tecnologie forniscono allo stesso tempo stimoli per continue innovazioni. Si stanno trovando soluzioni alle sfide in tema di proprietà intellettuale attraverso la concessione di licenze su IP già esistenti e la creazione di nuove e attraenti IP per il futuro.

Sfide ancora aperte
Mentre molte delle sfide elencate hanno trovato una risposta adeguata, altre rimangono ancora in sospeso. La telemetria di tensione e corrente, ad esempio, continua la sua partita di ping-pong tra costo e prestazioni; la risoluzione stessa della misura è prevista in evoluzione. Anche la memoria non-volatile è in bilico tra risparmio e performance. Esiste già un certo numero di metodologie alternative per raggiungere un livello di affidabilità soddisfacente per tutti, ma i criteri di scelta sono destinati a cambiare nel tempo. Sembra che il numero di ostacoli in materia di IP stia diminuendo, ma alcuni di essi rimangono. E mentre tentiamo di dare una risposta alle sfide sugli IP di oggi dobbiamo trovare modalità più efficienti per gestire quelle di domani. Ora che il digital power sta decollando, ci rendiamo conto che non ci sono più limiti. Come accadde per i personal computer - una volta allargata la possibilità di accesso si aprirono nuove vie verso innovazioni sempre più all'avanguardia - lo stesso avviene per il digital power: più adattabilità significa incremento di prestazioni, affidabilità e valore. Il digital power si sta quindi dimostrando all'altezza della sfida e nulla lo può fermare.

Pubblica i tuoi commenti