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L'alimentatore AT-ATX Il peso

Il peso

Per gli alimentatori, un fattore che permette una valutazione, sia pure molto approssimativa, è ... il peso ! Questa osservazione è comune nelle fiere specializzate, dove il "compradore" verifica gli alimentatori soppesandoli, se non addirittura usando un dinamometro.

Alcuni "opinion makers" che gestiscono siti (in lingua inglese) che si autocertificano come riferimento per test e simili, sostengono l' insensatezza di questo concetto, arrivando a dire che determinare la qualità di un alimentatore dal suo peso è come valutare un' auto dal suo colore. Ovvero infilano un' altra di occasioni in cui sarebbe stato meglio tacere.
Vediamo perchè.

E' immediatamente ovvia l' affermazione che il peso dell' alimentatore è direttamente correlato con quello delle singole parti che lo compongono e quindi con la quantità e qualità del materiale e le sue dimensioni. 
Queste parti sono : 
- la scatola
- il sistema di raffreddamento
- cavi e connettori
- i trasformatori e bobine
- i dissipatori
- il circuito stampato 
Vediamoli nei particolari.

La scatola : dando per scontato che la scatola ha dimensioni standard e deve essere di metallo, va ricordato che il "metallo" nella pratica non è concetto astratto, ma corrisponde a leghe diverse, laminate in diversi spessori. Solitamente si tratta di lamiera di ferro; il ferro tende ad arrugginirsi con facilità, per cui è necessario trattarlo superficialmente in qualche modo. Quello più semplice è la zincatura. Ma c'è zincatura e zincatura : solitamente la deposizione di zinco o altri metalli inossidabili è fatta a caldo o per via elettrolitica e, a seconda della serietà del produttore (e del costo dell' operazione), si passa da lamierini neanche adatti ad una grondaia a superfici perfettamente trattate. Ancora, si possono usare altri processi, magari dando un colore alla superficie metallica che ha più che altro funzione estetica. Quello che importa per il peso, è lo spessore della lamiera e questo si nota immediatamente al solo prendere in mano l' alimentatore da 450W per 18 € !
Certamente la scatola non ha che una funzione di contenitore e non influisce se non in modo estremamente marginale sulla qualità del contenuto, ma ci sarebbe da chiedersi perchè l' alimentatore di cui sopra usa lamiera tipo carta velina, finitura grondaia economica, mentre il prodotto da 50 € usa uno spessore doppio ed una superficie perfettamente trattata, se non colorata (e non è mai capitato di vedere l' opposto).
In particolare, dalla robustezza della lamiera dipende il tipo di grigliatura attraverso cui l' aria viene fatta circolare; sostanzialmente, in una lamiera di bassa qualità sarà impossibile tagliare ampi passaggi per l' aria perchè si indebolirebbe troppo la struttura meccanica  (oltre al fatto che ogni lavorazione ha un costo, per cui meno se ne fanno, maggiore è il margine di guadagno). Questo si può notare bene comparando un alimentatore basso costo-basso peso con uno dei più recenti sistemi di lavorazione della lamiera, ovvero quello detto honey combe, nido d' ape, dove diventa obbligatorio un buon spessore ed una eccellente qualità del materiale per poterlo sagomare con la fittissima trama ad esagoni da cui prende il nome.

Il sistema di raffreddamento : una particolare nota deve essere fatta a riguardo degli alimentatori fanless. In questi alimentatori il raffreddamento avviene per irraggiamento-convezione naturale, spesso incrementata da massicce alette esterne. Anche all' interno i radiatori dei vari semiconduttori assumono forme e dimensioni inusuali e vengono implementate soluzioni tecnologiche altrettanto inusuali. Ne consegue che il peso complessivo può risultare anche molto superiore (+100% e oltre) rispetto ad un modello di potenza analoga realizzato con il raffreddamento classico (aria forzata da una o più ventole). Pertanto non è possibile una valutazione "a peso" di questo genere di alimentatori, neppure comparativa tra loro, perchè ogni costruttore adotta soluzioni proprie, che richiedono uno studio più approfondito che riguarda altre componenti (stabilità, riscaldamento, ecc) per essere valutate correttamente.
Per tutti gli altri, il raffreddamento avviene per circolazione di aria forzata da una o più ventole. Chi ha occasione di maneggiare componentistica per PC si è senz' altro accorto che anche un "umile" elemento come la ventola può avere un "peso", sia per la qualità, ma anche proprio per quello espresso in grammi. E non capita mai che ad una ventola di qualità si associ un peso molto più basso di quello di un prodotto di indiscussa qualità (ed alto costo).
La tabella seguente raccoglie i pesi di alcuni modelli; le ventole del produttore # 4 sono notoriamente di qualità superiore.

Dato che la struttura interna del motore è uguale per tutte, cosa determina il peso ? Essenzialmente due cose :
- il materiale magnetico del rotore; meno se ne mette, meno peso, però meno potenza
- il materiale plastico con cui è realizzato il corpo della ventola (questo si nota bene dal confronto con l' ultima ventola in tabella che è costruita in alluminio invece che in plastica).
Risparmiando su questi due punti, scendono costo e peso. E scende la qualità. 

Certamente non è significativo comparare in base al peso alimentatori con ventola da 80 o da 120 o 140, oppure con due o tre o quattro ventole. Quello che si può dire con certezza è che un alimentatore low cost non usa sistemi di ventole particolarmente raffinati (e da questo deriva il maggior rumore e la possibilità che questo aumenti sensibilmente con il passare del tempo per l' effetto dell' usura sui supporti della parte rotante che, nelle ventole economiche, sono parimente "economici"). 
 
Cavi e connettori : certamente se tolgo cavi e connettori il peso dell' alimentatore scende di parecchio e parrebbe a prima vista di ritenere che cavi e connettori non siano direttamente legati alla bontà del circuito contenuto nella scatola. Vanno, però, fatte alcune semplici considerazioni :
- Quanto maggiore è la sezione dei cavi, tanto maggiore è il loro peso, perchè il rame non è un metallo molto leggero.
- Ma quanto maggiore è la sezione, quanto minore sarà la resistenza che introducono tra alimentatore e carico.
E' tipico del produttore "economico" il risparmio sulla sezione dei cavi, perchè il rame è metallo costoso. (Per inciso, il costo del Rame, negli ultimi anni, è quadruplicato...).
Non ci è mai capitato di vedere un alimentatore low cost con un fascio di cavi abbondante, anzi, la scarsa sezione dei cavi e il loro numero ridotto si accompagna sempre a prodotti non certo al top.
La quantità dei cavi e la loro lunghezza determina il peso; cavi di buona sezione, lunghezza e qualità hanno un costo; il produttore "economico" economizza sul numero dei cavi, sulla lunghezza, sul numero dei connettori.
- Anche particolari come l' uso di guaine, per quanto praticamente inutili possano essere, ha un costo (e un peso)
Ovviamente dai cavi non dipende certo la qualità del circuito interno, ma è ragionevole pensare che in un prodotto in cui si risparmia su questi, si sia risparmiato anche su altre parti.
Per contro, è possibile che costruttori "low cost-low quality" infilino guaine e connettori pseudo dorati a specchietto per allodole su prodotti poco validi, ma è cosa abbastanza sporadica e limitata.

Trasformatori e bobine : le dimensioni di un avvolgimento sono proporzionali alla potenza, per cui un elemento da 250W sarà più piccolo di uno da 500W. Però non di moltissimo : sul peso complessivo dei trasformatori e delle bobine influisce molto la sezione del rame con cui sono avvolti ed, economizzando su rame e nuclei, modo di avvolgimento e schemi applicativi, il produttore "economico" può fare una discreta economia. 
Per contro, va ricordato che le dimensioni degli avvolgimenti sono inversamente proporzionali alla frequenza di lavoro e che un alimentatore che lavora a 60kHz necessiterà di bobine e trasformatori maggior di uno che lavora a 120kHz. E' probabile, quindi, che un alimentatore recente abbia dimensioni delle parti magnetiche minori di un equivalente di qualche anno prima, proprio per la differenza della frequenza di lavoro; però certamente nel contempo avrà anche un diverso circuito, per cui su questo lato le comparazioni sul peso, senza altri dati, possono essere poco significative.

I dissipatori : l' alluminio di cui sono fatti (esclusi i pochi casi in cui è usato rame), non è un metallo pesante, ma neanche leggero come carta ! Se il circuito può sviluppare tot watt, le perdite in calore saranno proporzionali, per cui, a parte un aumento di velocità delle ventole, sarà necessaria una superficie tanto maggiore quanto maggiore è la potenza da trattare. Se aumenta la superficie, si potrebbe pensare contemporaneamente di ridurre lo spessore del metallo, ma questo non è possibile oltre una certa misura : riducendo lo spessore, si riduce la sezione dove deve transitare l' energia termica e si abbassa l' efficienza. Per cui un radiatore di grande superficie avrà un peso sicuramente maggiore di uno con superficie minore. 
Si potrà obbiettare che un circuito ad alta efficienza avrà una minore potenza persa e quindi dissiperà meno calore e richiederà minore superficie radiante e quindi meno peso. Questo è perfettamente corretto, però, di nuovo, è molto difficile attribuire al produttore non-name la capacità di realizzare un circuito ad alta efficienza, meglio della grande marca : il sospetto, piuttosto, si indirizzerà all' etichetta che, fuori, indica 350W mentre dentro ci sono componenti in grado al massimo di farne passare 180W.

Il circuito stampato e i componenti : la superficie del circuito stampato è la stessa, perchè lo spazio all' interno della scatola è lo stesso, e un transistor pesa circa come un MOSFET nello stesso contenitore, ma il complesso di quello che che il costruttore ha inserito nella scatola può essere ben diverso. Come dovrebbe essere stato notato dalle foto sparse nella descrizione generale, le possibilità realizzative sono moltissime e così pure i punti dove si può applicare un "sano" concetto di "risparmio". Ad esempio, il filtro EMI, il ponte raddrizzatore, i condensatori elettrolitici iniziali, i diodi di raddrizzamento finali, i gruppi LC di filtraggio, ecc. Se al posto di due elettrolitici da 680 uF ne metto due da 330uF il peso un pochetto si riduce. E la qualità un po' di più. 
Anche una cosa banale come il supporto dato dal circuito stampato ha un "peso": se è realizzato in materiale sintetico povero, il suo peso è minore che se realizzato in fibra di vetro.
Inoltre, un costruttore attento userà sovra strati di stagnatura durante la saldatura per aumentare la sezione delle piste che portano le correnti più intense, il che ha peso e costo.

Va anche rilevato che alcuni costruttori utilizzano schemi diversi da quello generale e ne conseguono strutture più complesse, ad esempio realizzate con due o più circuiti stampati; a fronte di questo, il peso non può che aumentare.

Il PFC ha la sua importanza : al di la delle precedenti considerazioni, va immediatamente individuata la presenza della bobina del PFC passivo, che ha un peso consistente, per cui è difficile comparare il peso di un alimentatore PFC passivo con uno senza. Nel caso di PFC attivo, come descritto nella sezione relativa a questo circuito, le soluzioni PFC attuali, sopratutto se del tipo pre-regulator, non sono certo leggere e, a volte, più pesanti della bobina del sistema passivo. 

Last, but not least, va precisato che l' alimentatore non è un uovo che, per una data specie, ha peso e dimensioni e contenuto molto costanti, per cui posso classificarli proprio come le uova di gallina al supermercato, ma è un prodotto che può essere realizzato in mille modi e per di più soggetto a continua evoluzione e revisione.
il fatto che la scatola esterna e i connettori principali siano comuni a tutti è solamente dovuto all' obbligo di appartenere allo stesso standard, ma non per questo è indice di come il costruttore ha realizzato quello che ci sta dentro. Ma dall' aspetto esterno una prima impressione se ne può trarre e un prodotto esternamente trasandato difficilmente sarà perfetto al suo interno.

E' anche difficile pretendere  di comparare un modello di 5 anni fa con uno al top della tecnologia attuale, anche perchè se oggi si implementassero tutte le possibili innovazioni e soluzioni tecnologiche, si potrebbero ottenere alimentatori nello stesso volume con il doppio o il triplo della potenza e anche più; il problema è che questo non avviene per ragioni di costo : stiamo parlando di alimentatori per PC e non per satelliti e la tecnologia spaziale non è economicamente applicabile al personal computer. Progressi nel senso dell' efficienza e della qualità sono relativamente lenti e anche se raddrizzatori sincroni ed altre soluzioni non sono certo recenti, passano al consumer con una certo ritardo, quando il costo è diventato adeguato al mercato in cui deve essere piazzato il prodotto.

Ancora adesso un costruttore "economico" utilizza di base il vecchio progetto half-bridge ben collaudato, che non gli costa nulla perchè probabilmente copiato mille volte e comunque ampiamente ammortizzato, in cui economizza sulla scelta dei componenti, sulla qualità del montaggio, sulla sezione del rame dei cavi, sulla qualità dei connettori, sul metallo della scatola, ecc. Ovviamente, nessun test e nessuna vera certificazione di qualità. Poi, sulla scatola, sarà posta una etichetta in funzione di quanto richiesto dal mercato e lo stesso oggetto diventerà un 300 o un 350 o un 400W.

Con tutto questo, dovrebbe essere chiaro che non si deve assolutamente ritenere il peso come un elemento essenziale di valutazione positiva o meno dell' alimentatore, ma semplicemente che il peso non è assolutamente come la vernice della carrozzeria : ha ancora un buon indice di validità, assieme all' osservazione degli elementi sopra citati, nella comparazione "a prima vista" tra due alimentatori stesso-periodo, stessa-potenza. 

Certamente chi non ha conoscenze tecniche adeguate o sufficiente esperienza non potrà, a prima vista, valutare un prodotto come lo può fare un esperto; però può, senza difficoltà, rendersi conto che se un alimentatore da 450W pesa grammi 1261 (senza alcun tipo di PFC ! e, nonostante questo, in vendita normalmente - grammi 1536 per un tipo con PFC passivo) con costo di € 18 ed un' altro da 350W pesa 2170 (di cui 329 di bobina del PFC passivo) e costa € 36 , qualche ragione ci dovrà pure essere, dato che i primi difficilmente escono da una linea di produzione per la NASA, ma, molto più probabilmente, da qualche "cantina" dello Shengtzen !!!

La tabella seguente riporta alcuni pesi rilevati in relazione alla potenza, al costruttore e al costo.
Con la dicitura "noto" si identifica un produttore che dispone di un sito internet di riferimento con il nome che appare sull' etichetta del prodotto; il costo è indicativo, FOB warehouse del costruttore o degli importatori.

Certamente di fronte ad alcuni modelli nell' elenco qualche dubbio dovrebbe sorgere nell' acquirente ! 

Il confronto tra un alimentatore comune ed uno ridondante non è certo possibile in base al peso e uguale distinzione va posta nell' evitare confronto tra alimentatori rispondenti a standard diversi : è evidente che il peso non può essere un elemento di paragone tra un ATX e un SFX o NLX o tra un alimentatore per rack 1U e uno per 2U, mentre una comparazione tra modelli dello stesso standard ha valore in conseguenza di quanto abbiamo detto prima. Certamente se un alimentatore PS/2, a pari watt dichiarati, pesa sensibilmente meno di uno in formato PS/3 o SFX, qualche sospetto ne deve nascere : come si vede dalla tabella, un alimentatore ATX formato PS/2, che dichiara in tabella 450W, non può pesare poco più di un SFX che ne dichiara 200 ! 

Certamente non è possibile alcuna comparazione basata sul peso tra modelli realizzati con tecnologie differenti. Ad esempio, un alimentatore per rack 2U da 1500W sta in 127x82x280mm e pesa 3800 g (Lambda HWS-1500), ovvero 0,5W per centimetro cubo e, con tecnologie ancora più recenti, si arriva tranquillamente a superare gli 1,75W/cm³, contro gli 0,3-0,4 W/cm³ dei normali alimentatori PC . Solamente si deve osservare che i costi di queste realizzazioni hi-tech, ovviamente, sono un po' (tanto) diversi dalla media e lontani anni luce dai low-cost.