Alimentazione elettrica delle schede

1. Alimentazione elettrica delle schede

2. Alimentazione delle schede Normativa Caratteristiche Da rete Batterie Switching o a Commutazione Non Ricaricabili Ricaricabili Tecnologia lineare Effetto memoria Componenti tradizionali Componenti tradizionali Oscillatore Sistema di alimentazione CPA DPA POL M. Di Vincenzo

3. Caratteristiche di un’alimentazione elettrica Caratteristiche tecniche: • Sistema di distribuzione • Tensione di esercizio • Tipologia della tensione (CC, CA, impulso, rampa, onda quadra, sinusoidale, etc) • Frequenza di esercizio (se alternata) • Potenza nominale erogabile • Caduta di tensione ammissibile nel punto di consegna • Corrente di corto circuito nel punto di consegna • Range di tolleranza (in %) sul valore della tensione nominale, solitamente ± 5% Caratteristiche qualitative: • Continuità • Autonomia • Stabilità • Pulizia della rete espressa in % (contenuto armonico THD) affidabilità efficienza sicurezza M. Di Vincenzo

4. Riferimenti normativi Direttiva bassa tensione (CEE 73/23 aggiornata dalla CEE 93/68) Normativa CEI 64-8 parte 4 50 e 1000 V in AC 75 e 1500 V in CC Es. tensione domestica (230V) industriali (400V) BASSA TENSIONE tensioni nominali da bassissima tensione no isolamento da sistemi in bassa tensione. BASSISSIMA TENSIONE (di categoria zero) SELV (Safety Extra Low Voltage): FELV (Functional Extra Low Voltage): V < 50 V in AC V < 120 V inCC no rischio di folgorazione fonte autonoma (batteria) trasformatore con 2 isolamenti no collegamento verso terra isolamento da ogni altro circuito no spina a prese di altro sistema un punto del circuito connesso al potenziale di terra PELV (Protective Extra Low Voltage): M. Di Vincenzo

5. Adattatore (Alimentatore) Distorsione Potenza gestita Da laboratoro(Tensione di uscita regolabile) Caratterizzazione Uscite multiple(es.notebook3.3, 5, 12, -5, -12 V. ) Fattore di regolazione(immunità ai disturbi) Rendimento energetico Tecnologia Tradizionale o lineare • Switching Potenza limitata-basso costo Costi più elevati • Basso rendimento • Sviluppo di calore • Incremento di dimensioni e peso Proporzionale alla potenza • Utilizzabili in laboratorio • Basso rendimento • minore calore prodotto • Minore ingomro e peso • Non utilizzabili in laboratorio • Elevato ripple trasformatore Raddrizzatore Filtro livellatore Regolatore M. Di Vincenzo

6. Trasformatore Evalore efficace Emampiezza massima E’ una macchina elettrica statica (famiglia dei convertitori) Riduce la tensione proveniente dalla rete elettrica per avvicinarla al valore richiesto dal carico da servire • ↓↓ numero di avvolgimenti • Nucleo :lunghezza ↓↓ Resistenza↑↑ • ↓↓ Forza coecitiva • lamierini di acciaio magnetico al silicio • Trade off: η↑dimensione↑potenza↑calore↑ • Riluttanza del nucleo non nulla • Perdite nel nucleo non nulle • Flussi di dispersione • Resistenza degli avvolgimenti non nulle M. Di Vincenzo

7. Raddrizzatore Raddrizza segnale bipolare in segnale polare, il sistema di regolazione può essere primario o secondario, TRIFASE o ESAFASE per mezzo di diodi SCR (TIRISTORI) oppure SWICHING a semiconduttori BIPOLARI, MOS o CMOS. Raddrizzatore ad una semionda Rendimento energetico. é la percentuale di energia erogata in uscita rispetto all'energia consumata Stabilità in tensione é indicata in mV (millivolt) oppure in V (volt) riferiti ad una variazione di carico Raddrizzatore a doppia semionda Ripple. ondulazione residua, é indicato in % (percentuale) sulla tensione d'uscita. Ripetibilità e stabilità in temperatura indicato come errore in mV e in mV/°C, assicurano trattamenti di qualità costante nel tempo, all'inizio e alla fine dei turni e in stagioni diverse. Raddrizzatore a ponte di Graetz Rispondenza alle normative. M. Di Vincenzo

8. Stabilizzatore-DC/DC un diodo zener in polarizzazzione inversa integrato identificabile con la sigla 70xx V costante nel tempo V entro stretta tolleranza Diminuzione V applicata Aumento di I sul silicio DPA DC/DC su ogni scheda ↓↓R di conduzione ↓↓ QBase ↓↓pilotaggio di base ottime e veloci risposte ai transitori Condensatori ceramici transistor Mosfet. prestazioni ingombro Pin 0,62mm senza problemi di saldatura Buon passaggio di corrente Miglior layout scheda L’uso dei mosfet di potenza al posto dei diodi rettificatori secondari ha portatol’efficienza dei convertitori DC/DC dall’80% fino al 93%. Forward Bridge trasferimento diretto I/O dell’energia Convertitori isolati Flyback Buck Trasferimento ritardato Convertitori non isolati M. Di Vincenzo

9. F O R W A R D • 10 e 100 W. • Uscite multiple, • basso numero di componenti • Ottimo rendimento • sopporta elevate correnti di ripple • buon isolamento • quadrante positivo • reset del trasformatore • duty cycle limitato B R I D G E • 50-300W • no reset del trasformatore • buon isolamento • basso numero di componentiil • possibile interferenza in conduzione • ottimo sfuttamento del trasformatore • ripple in ingresso piuttosto alto • ripple in uscita basso • 1-25W • Forte isolament0 • Ic proporzionale a rapporto prop avvolgimenti • Ripple uscita alto F B L A Y C K B U C K • (Point of Load) • V<15V • Ripple d’ussita basso • Uscita=90%alimentazione • Assenza di trasformatori • Schema semplice • Senza isolamento una sola uscita • I pilotaggio alta M. Di Vincenzo

10. Switching o “a commutazione” Tensione di rete • Trasformatore più efficiente • Nucleo ferromagnetico più piccolo e più compatto • A parità di potenza freq. più alte :f>>50HZ • Nucleo in ferrite anzichè lamierini • Accetta in ingresso un'ampia gamma di tensioni e frequenze • Alimentatori per notebook spesso possono essere collegati sia alla rete europea a 230 V/50 Hz, sia a quella statunitense a 115 V/60 Hz • sistemi di protezione contro sovraccarichi e cortocircuiti • filtri per evitare che il segnale ad alta frequenza si propaghi verso il carico oppure ritorni verso la rete elettrica Raddrizzata e stabilizzata oscillatore genera I ad alte freq. trasformatore Raddrizzata Stabilizzato in retroazione M. Di Vincenzo

11. Batterie primarie • Usi: 1,5 V-torce elettriche, giocattoli, strumenti elettronici vari • Vantaggi: tempo di vita più lungo, nessuna caduta di tensione anche • ad elevata intensità di corrente erogata • Svantaggi: costo, più elevato rispetto alle pile a secco Batterie alcaline • Usi: 1.3V-Orologi, calcolatrici • Vantaggi: Dimensioni ridotte, voltaggio relativamente alto • Svantaggi: Il mercurio è un metallo pesante molto tossico e pericoloso Batterie a mercurio • Usi: Macchine fotografiche, pacemaker cardiaci, apparecchi di precisione • Vantaggi: Dimensioni ridotte, voltaggio relativamente alto e molto stabile • Svantaggi: Costo molto elevato Batterie ad argento M. Di Vincenzo

12. Batterie ricaricabili Nickel-cadmio Usi: Apparecchi elettronici, autotrazione. Vantaggi: oltre 1500 cicli di carica/scarica, si ricarica velocemente, economica. Svantaggi: Notevole autoscarica, effetto memoria, contiene metalli pesanti tossici Nichel-metallo idruro Usi: Apparecchiature elettroniche portatili varie ( cordless, cellulari, videocamere) Lentamente sostituita da quella al litio nei formati non standard. Vantaggi: Leggera e potente. Svantaggi: Si scarica anche se non utilizzata, leggero effetto memoria Batteria Vanadio Redox • Usi: Immagazzinamento di energia su larga scala. • Vantaggi: efficienza elevata, numero di cicli carica/scarica e vita illimitati. • Svantaggi: batterie più promettenti ma difficilmente come accumulatori portatili Effetto memoria • . se ripetutamente caricate prima che la loro carica sia completamente esaurita, "ricordano" la capacità energetica precedente alla ricarica Le batterie maggiormente soggette sono quelle al Nichel-Cadmio dovuto alla crescita delle dimensioni dei cristalli di cadmio, che passa dalla forma β a γ M. Di Vincenzo

13. Batteria al litio Usi: Apparecchiature elettroniche moderne, computer portatili, cellulari, videocamere. Vantaggi: Estremamente potente e leggera:7g di metallo danno una M di elettroni. No effetto memoria. Svantaggi: Piuttosto costosa, il solvente può essere infiammabile. Tensione: di circuito aperto nominale di 3.6 V di ricarica tipica di 4.2 V. Tempi: le vecchie batterie almeno 2 ore. le attuali in 45 minuti, le avanzte raggiungono il 90% in 10 minuti febbraio 2005, la Altair NanoTechnology, annunciò un materiale per elettrodi di batterie al litio di dimensioni nanoscopiche.Il prototipo ha 3 volte la potenza delle attuali batterie e può essere pienamente ricaricato in 6 minuti. Marzo 2005, la Toshiba annuncia un prototipo realizzato in nanomateriali, che procurano una ricarica ancora più veloce, una capacità più grande e un ciclo di vita più lungo Novembre 2005, la A123Systems annunciò una nuova batteria ancora più potente e ricaricabile più velocemente,basata su di una ricerca autorizzata dal MIT:costosissima giugno 2006, ricercatori in Francia hanno creato elettrodi di batteria in nanostrutture con capacità che ammontano a parecchie volte la capacità energetica, per peso e volume, degli elettrodi convenzionali M. Di Vincenzo

14. Sistemi di alimentazione • semplicità • un'unità centrale AC/DC • vari output che vengono distribuiti via bus o PCB, • limitato bisogno di conversione di tensione per tutte le esigenze CPA(Centralised Power Architecture) • maggiore flessibilità perché, • un solo dispositivo AC/DC (detto 'Front End') • un unico bus in uscita,. • L'output viene trasmesso a ciascun PCB e convertito a livello board DPA distributed power architecture • elimina i problemi legati alla distribuzione via bus e • minimizza la dispersione di potenza • semplicità nell'identificare eventuali guasti: • 'plug and play' POL point-of-load V # V M. Di Vincenzo

15. Dispositivi di controllo I circuiti di Reset I circuiti di Reset sono dispositivi di controllo normalmente utilizzati per monitorare la tensione di alimentazione del microprocessore, e generare un segnale di reset nel caso in cui la tensione in questione scenda al di sotto del valore di tolleranza minima. Contatore elettronico basato su microcontrollore Sfruttando l’elevato livello di integrazione di microcontrollori general-purpose a 8 bit è possibile realizzare in maniera economica contatori elettronici per la contabilizzazione dei consumi energetici. Questi contatori devono rispettare gli standard industriali per quanto riguarda la precisione e dall’altro garantire bassi consumi e ridotti costi unitari M. Di Vincenzo