INFORMAZIONI TECNICHE

L'alimentatore del PC  L' Alimentazione

L' alimentazione dei circuiti elettronici

In che cosa consiste il problema dell' alimentazione dei circuiti elettronici ?
Possiamo semplificare la cosa dicendo questo :

1. I circuiti elettronici funzionano essenzialmente in corrente continua (cc o in inglese, DC - Direct Current), mentre l' energia elettrica, per varie ragioni, principalmente riferite al rendimento della rete, è distribuita sotto forma di corrente alternata (ca o in inglese AC - Alternate Current). A parte i dispositivi che funzionano a batterie, tutti gli altri dipendono dall' energia distribuita dai vari enti nazionali, quindi dalla corrente alternata. Occorre innazitutto trasformare la corrente alternata disponibile sulla presa a muro in corrente continua.
   
2. Le tensioni di funzionamento dei circuiti integrati, come le CPU e le varie funzioni di supporto, sono molto basse da 1 a 5V. I semiconduttori, per raggiungere le elevate frequenze di lavoro e le alte prestazioni necessarie ad un computer, sono realizzati con strati sottilissimi di materiali particolari (chip), condensando in pochi millimetri quadrati centinaia di miglia di funzioni : questo può sopportare solamente tensioni molto basse, al di sopra delle quali i chip si danneggiano irrimediabilmente.
   Anche le tensioni usate per le parti elettromeccaniche, come i motori dei CD, sono basse, tipicamente 12V, sia perchè sono impegnate potenze molto limitate, sia perchè minore è la tensione e minore è il rischio per l' utente.
   L' energia elettrica è distribuita a tensione molto più elevata (230V in Europa e altre parti del mondo, 117V negli USA), per cui la seconda necessità è quella di abbassare questa tensione a livello adatto ai componenti elettronici
   
3. La distribuzione dell' energia elettrica riguarda non un singolo utente, ma una intera nazione o più nazioni, essendo le reti elettriche ormai interconnesse tra loro a livello continentale, almeno in Europa e negli USA. Quindi il valore della tensione fornita risente delle variazioni di carico dovute alla molteplicità degli utenti, da quello domestico alle acciaierie, dalla illuminazione stradale alle ferrovie;  questo valore, standardizzato in Europa a 230V può allora variare entro un ambito abbastanza ampio (+/-20%). Per contro i circuiti elettronici richiedono una variazione molto minore, solitamente non oltre il +/-5% o anche meno, limite oltre il quale essi si danneggiano irrimediabilmente.  Sorge la necessità di stabilizzare la tensione.
   
4. Sulla rete elettrica, poi, sono presenti disturbi che si rifletto in picchi di sovra e sotto tensione rapidi ed improvvisi, dovuti alle manovre nelle centrali di distribuzione, all' inserimento e distacco di grossi carichi industriali, ai fulmini e così via. E' obbligatorio evitare che queste condizioni anomale si riflettano sull' elettronica, che ne sarebbe danneggiata. La stabilizzazione deve essere di ottima qualità.
   
5. Inoltre, le normative prevedono che i circuiti con cui l' utente possa entrare in contatto debbano essere al di sotto dei limiti di pericolosità, fissati a 65V, oltre i quali il pericolo di folgorazione diventa grave. In effetti la tensione massima tipica delle apparecchiature elettroniche è ancora più bassa (24 o 48V) ed riservata ad impieghi particolari (telefonia, motori, circuiti alimentati da accumulatori, ecc); per piccoli apparecchi le tensioni tipiche sono quelle da 12V in giù. Non sarà mai sufficientemente ribadita la pericolosità dei circuiti elettrici ed in particolare del contatto accidentale con i cavi della corrente alternata che tutti abbiamo in casa.  Un punto di estrema importanza, dunque, è quello di isolare assolutamente l' utente dalla rete di distribuzione, onde evitare i gravissimi rischi di contatto con le alte tensioni ed energie disponibili .

A questi punti, di tipo tecnico, possiamo certamente aggiungere la considerazione che il consumo di energia è andato aumentando esponenzialmente negli ultimi decenni. In particolare, nell' ambito dei personal computer si è assistito ad un incremento della richiesta di potenza per alimentare sistemi con CPU, sempre più potenti ed affamate di energia : si è passati dai pochi watt di un 386 agli otre 100 di un P4; un sistema AT disponeva di alimentatori tipicamente al di sotto dei 200W, mentre l' alimentatore medio attuale supera i 300W.
La massiccia presenza di elettronica in ogni ambiente ha determinato anche preoccupazione per gli effetti non certo benefici della grande quantità di energia emessa o dispersa sotto forma di campi elettromagnetici; se per le trasmissioni radio e TV e alle telecomunicazioni si può fare ben poco, data la specifica necessità di inondare l' etere di emissioni, ben diverso è il rapporto che si può avere con tutti gli altri apparecchi elettrici che disperdono energia elettromagnetica non per la loro funzione intrinseca, ma per una realizzazione non ottimale .

Sorge dunque l' ulteriore necessità di 
- migliorare il rendimento, in modo da utilizzare la minore quantità di energia e disperderne inutilmente il meno possibile
- ridurre l' inquinamento elettromagnetico

Queste richieste non sono solo di carattere strettamente tecnico, ma istanze sociali che coinvolgono tutti i cittadini, non solo strettamente gli utenti degli apparecchi elettrici, in quanto tutti condividono lo stesso ambiente e dipendono dalle stesse risorse. Però, anche se non sono di carattere tecnico, data la natura del problema, deve essere proprio la tecnologia, o meglio, l' uso corretto della stessa, a fornire i mezzi per risolvere la questione.

Riassumendo, un circuito elettronico richiede

• corrente continua
• a bassa tensione
• molto stabile e precisa
• priva di disturbi
• isolata dalla rete luce
• poca energia dispersa, poco inquinamento elettromagnetico

L' alimentatore deve svolgere tutte queste funzioni . 

Si tratta di un circuito elettronico detto "di potenza " , ovvero in grado di trattare una certa quantitá di energia , che preleva dalla rete ed adatta alle esigenze dell' elettronica che da lui dipende.
Non si tratta di circuiti molto complessi , ma neanche molto semplici , perché ogni qual volta si abbia a che fare con conversione di energia, vari fattori diventano importanti, dall' isolamento al rendimento, dalle dimensioni al costo.
Rendimento, in questo caso, significa quanta parte dell'energia va persa durante la conversione, la maggior parte sotto forma di calore; ed é noto che uno dei nemici maggiori dei componenti elettronici é proprio il calore.

Questi problemi sono stati via via risolti con approcci differenti. Vediamone qualcuno, per cercare di capire meglio di cosa si stia parlando.