Il progetto di un alimentatore Ac/Dc nel mondo reale

SISTEMI DI POTENZA –

Progettare un alimentatore Ac/Dc è una parte essenziale di molti progetti, ma potrebbe non essere un lavoro facile tanto quanto appare.

Se seguissimo il tipico esempio dal manuale, il progettista dovrebbe iniziare il progetto valutando i requisiti. Certamente dobbiamo considerare le regole di sicurezza, le normative Emi/Rfi, le regolamentazioni per l’ efficienza, la correzione del fattore di potenza in aggiunta alle specificazioni base. Gli strumenti medicali ed altre applicazioni critiche creano i propri requisiti come ad esempio mantenere le perdite sotto un certo livello. Quindi cosa occorre per progettare un alimentatore Ac/Dc di media potenza come l’unità open frame XL280 da N2Power. Le specifiche di base del XL280 sono: entrata universale AC (90-264 Vac), potenza totale di uscita di 280W (12, 24, 48, 54 o 56 V), condivisione di corrente opzionale attiva sull’uscita principale V1, +12V 5As sull’uscita V2, +5V 1A uscita stand-by, e fan out di 1A a 12V. Tutte le uscite, eccetto la standby +5V, sono controllate in remoto e l’unità raggiunge il 90% di efficienza. Ha una densità di energia maggiore di 13W/in3 in una dimensione di 3 x 5.3 pollici. Intraprendere un progetto in casa significa prendere in considerazione molti fattori. Per prima cosa occorre trovare i componenti giusti. Esiste una vasta gamma di componenti per alimentatori disponibili, molti dei quali includono sofisticati algoritmi e configurazioni. Alcuni dispositivi forniscono anche il supporto per il controllo digitale dei moduli Pwm che permette un adattamento dinamico al variare di fattori come temperatura e carico. La scelta del giusto insieme di componenti implica prendere molte decisioni e bilanciare i compromessi per assicurare una compatibile interoperabilità. Esempi di progetti e strumenti di sviluppo resi disponibili dai fornitori di chip possono semplificare la vita - sia con un progetto di riferimento completo, sia con uno strumento che fornisce il disegno in risposta alle specifiche assegnate dall’utente. Questi progetti arrivano solo fino a un certo punto tuttavia. Spesso non prendono in considerazione parametri come i magneti e le caratteristiche del layout della scheda che possono avere un impatto significativo sulle prestazioni dell’ alimentatore nel sistema completo. Mentre il progetto base di un alimentatore non è così difficile, rispettare tutte le specifiche di prestazione e le regolamentazioni rende le cose molto più complesse. Inoltre il progetto deve essere qualificato. Infine l’approvvigionamento dei componenti richiede altro tempo e lavoro.

Problemi con il progetto di un alimentatore
Invece di progettare il proprio alimentatore, che richiede di risolvere tutte le problematiche prima descritte, l’alternativa è comprare un modulo di serie che è già stato progettato e disegnato per l’ occorrenza. Se si sta valutando quale sia l’opzione migliore, ecco dieci ragioni per le quali farsi il proprio progetto dell’alimentatore potrebbe non essere la scelta giusta:
1.    Determinare e approvvigionare componenti passivi è spesso difficoltoso, in particolare nei termini delle loro caratteristiche secondarie. Per esempio, la resistenza serie equivalente di un condensatore influenza la sua prestazione specialmente alle alte frequenze.
2.    Le cose possono andare storte nell’acquisizione. Se un codice nominalmente identico a un altro fosse sostituito dall’ ufficio acquisti o da terzisti per la produzione, ad esempio per ridurre i costi, ci potrebbero essere dei minimi cambiamenti nelle prestazioni causa di problemi in campo.
3.    Se si sta cercando di servire i mercati mondiali, si ha bisogno di progetti multipli? O di creare un prodotto meno costoso che funzioni dappertutto?
4.    Testare tutti i casi può essere difficile come per esempio individuare problemi causati dall’alta temperatura, dai transitori e alto carico che avvengano simultaneamente, più le altre circostanze estreme che accadono solo raramente.
5.    Scegliere il giusto raffreddamento, e mettere a punto il suo funzionamento, è difficoltoso. Si può essere sicuri che il raffreddamento sarà sufficiente? Se si ha bisogno di una ventola, come specificare quale?
6.    Se si sta usando un progetto di riferimento, potrebbe non esser completamente accurato – in modo particolare se il fornitore di chip ha fatto affidamento su una simulazione piuttosto che costruire e testare l’effettivo alimentatore.
7.    Anche se il disegno di riferimento è stato propriamente testato, cambiamenti apparentemente insignificanti possono causare un enorme variazione di prestazione.
8.    Pochi progetti rispettano i tempi di sviluppo e progettare il proprio alimentatore aumenta il rischio che l’intero progetto ritardi.
9.    L’affidabilità prende tempo per affermarsi, le reputazioni sono distrutte in pochi secondi. Non sarebbe meglio comprare un progetto già collaudato?
10.    Ottenere le approvazioni dagli enti certificatori può essere un incubo, con regole sempre più severe e normative molteplici che variano da paese a paese.

Custom o di serie?
Esistono ovviamente delle applicazioni che richiedono un progetto dedicato. Ragioni per tale scelta possono includere:
1.    Un parametro performante è così critico che solo un alimentatore custom potrà soddisfarlo poiché non sono disponibili in commercio delle unità che valorizzino tale parametro in modo adeguato.
2.    Il fattore di forma del prodotto è insolito e niente fisicamente si adatta nello spazio a disposizione.
3.    Si sta puntando a un prodotto ad alto volume quindi potrebbe essere meglio investire inizialmente nel progetto per risparmiare successivamente nella produzione in alti volumi.
4.    Si hanno esigenze estreme, come ad esempio alti voltaggi, e nessun fornitore può soddisfare i requisiti- sebbene possano fornire qualcosa che possa essere modificato.
5.    I requisiti sono meno stringenti di quelli degli alimentatori di serie, così che un progetto a basso costo può svolgere il compito.

Se si hanno già in casa competenze ad alto livello, sviluppare il proprio progetto dell’alimentatore potrebbe essere la scelta migliore, ma tuttavia questo è un caso molto raro. Mentre un progetto di riferimento potrebbe funzionare in linea di principio, potrebbe non comportarsi come ci si aspetti- e ci sono i problemi di certificazione ed acquisizione da considerare. Per molti progetti, comprare un alimentatore reperibile in commercio è di gran lunga la scelta migliore. Ciò fa risparmiare tempo e ridurre i rischi permettendo al team di progetto di concentrarsi su altri sforzi. Quando, poi, si considerano tutti i costi, includendo le risorse del progetto, la spesa totale di comprare un alimentatore già fatto può essere confrontabile se non addirittura minore di quella dell’alimentatore autoprodotto. I fornitori di alimentatori offrono spesso anche la personalizzazione dei loro prodotti per andare in contro alle richieste non-standard dei clienti anche per quantità relativamente piccole come dell’ ordine delle centinaia. Ogni progetto è differente, ma è importante valutare quando assumersi la responsabilità di un progetto di un alimentatore fatto in casa sia la scelta giusta o quando un prodotto disponibile in commercio può far risparmiare tempo e denaro e molti mal di testa.

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