INFORMAZIONI TECNICHE

L'alimentatore AT-ATX Il ponte raddrizzatore

Il raddrizzatore di rete

Il ponte di diodi (D1 negli schemi) trasforma la corrente da alternata in continua e carica i condensatori successivi, solitamente una coppia,  perchè il circuito classico dello switch principale necessita di una tensione intermedia (HV/2 nello schema). Si usa un ponte di 4 diodi (ponte di Graetz) e non un singolo diodo per poter raddrizzare entrambe le semionde della corrente alternata, ottenendo così una maggiore efficienza, oltre alla possibilità di implementare un sistema di "cambia tensione" senza altre parti aggiunte.

Il tipico circuito di ingresso di questo genere di alimentatori switching da rete è quello dell' immagine qui accanto. Questa disposizione circuitale che a prima vista sembra bizzarra consente di avere un cambiatensione molto semplice, costituito da un unico ponticello o interruttore : per la rete a 230V i condensatori sono caricati in serie e al punto di unione si trova la metà della tensione raddrizzata. Nel caso di 117V, il ponticello viene chiuso e i condensatori sono caricati separatamente. Per questo motivo la tensione di lavoro dei condensatori non è, come ci si potrebbe aspettare, maggiore di 230V. Questo front end è tipico dei sistemi che stiamo trattando; è possibile che un cambia tensione esterno non ci sia semplicemente perchè il costruttore decide che quella determinata serie di alimentatori andrà venduta solamente in una determinata area, ad esempio l' Europa, dove la tensione è unificata a 230V.  In altre soluzioni o nei più recenti sistemi dotato di controllo del PFC, come vedremo più avanti,  può non essere necessario un cambia tensione semplicemente perchè la struttura circuitale permette di essere alimentata in un range molto ampio, ad esempi tra 100 e 240V.

Il valore di picco della tensione raddrizzata sinusoidale è  :

valore di picco = valore efficace x radice di 2

quindi 325V per la rete a 230V e 165V per la rete a 117V, cioè condensatori con tensione di lavoro di 200V sono adeguati.
Dal raddrizzatore vengono prelevate due tensioni : HV pari alla tensione di picco e HV/2 pari alla sua metà. Questa disposizione è la tipica alimentazione dello stadio successivo, lo switch principale, nella configurazione detta half-bridge, molto usata negli alimentatori per PC. Ovviamente sono possibili altri schemi circuitali più o meno complessi a seconda delle esigenze del progetto.
La stessa tensione raddrizzata alimenta il generatore della tensione di standby, che è descritto più avanti.

Va osservato che, dal momento in cui si è inserita la spina di rete nella presa (e chiuso l' eventuale interruttore, se presente) questa parte dell' alimentatore è sotto tensione e ci resta fino a che viene a mancare la rete.
Questo vuol dire che anche a PC "spento", ma collegato, la sezione ad alta tensione dell' alimentatore è attiva : se non viene avviato lo switch principale non sono prodotte le basse tensioni (a parte la Vstby), non girano ventole, ecc, ma tutta questa parte di circuito è connessa stabilmente alla rete. Spegnendo via sistema operativo il PC in pratica si spegne solo lo switch primario, ma non si isola l' alimentatore dalla rete. Questo va tenuto ben presente.

In parallelo si trovano due resistenze che servono a scaricarli in assenza di rete e due varistor (commercialmente noti come Zenamic o GeMov, nello schema indicati come ZNR1 e 2), già nominati, che sono dei soppressori di sovra tensioni e proteggono i condensatori e gli stadi successivi da pericolosi impulsi presenti sulla tensione raddrizzata. Il loro funzionamento si basa sulla proprietà di particolari ossidi metallici di avere una elevatissima resistenza al di sotto di una certa tensione e di diventare conduttori quando viene superata questa soglia; dosando le miscele metalliche e gli spessori si ottengono "valvole di sicurezza" per una ampia gamma di tensioni.

Il ponte raddrizzatore, a parte la fortissima corrente di spunto all' accensione, pari a decine di volte la corrente di lavoro, ma di brevissima durata, non necessità di radiatore perchè la corrente sul lato rete non è troppo elevata e si aggira su qualche ampere; è possibile che, però, diventi caldo durante il funzionamento, anche se questo generalmente non è indice di alcun rischio. Il fatto che assai spesso il ponte è saldato con lunghi terminali, come nella foto qui sotto, ha proprio lo scopo di distanziarne il corpo dal circuito stampato e permettere una buona circolazione dell' aria tutto attorno (non dimentichiamo che l' alimentatore non è, solitamente, raffreddato per convezione naturale, ma dall' aria forzata mossa dalla ventola).
 

Nell' immagine a lato si vedono in primo piano i due condensatori cilindrici di tipo elettrolitico  (in questo caso da 330uF 200V) e il ponte di diodi D1 (KBL406 - 400V e 6A nominali).  Da notare il simbolo della certificazione UR. Nota : il ponte è stato leggermente ruotato per effettuare la fotografia; originariamente era installato in modo ortogonale. Sul lato destro,  un cavo rosso e uno nero collegano il circuito stampato alla presa rete. Più dietro, i condensatori e una bobina avvolta in filo rosso e bianco che appartengono ad una parte del filtro EMI. L' immagine deriva da un altro alimentatore diverso dal precedente, ma la forte somiglianza da l' idea di come moltissimi modelli derivino da una stessa idea originale.Tra i condensatori si nota una delle resistenze in parallelo. I varistor non sono visibili in quanto saldati dietro. Dietro i condensatori si nota il radiatore alettato su cui sono montati i transistor dello switch principale e il commutatore del generatore della Vstby.

La capacità dei condensatori è calcolata in funzione della potenza dell' alimentatore e del tempo di mantenimento nel caso di mancanza di rete (per tempi dell'ordine dei millisecondi). In ogni caso, più è grande il loro valore, minore sarà l' ondulazione residua (ripple) della corrente continua che alimenta lo switchin uscita e maggiore la riserva di energia durante rapide variazioni del carico.
Ovviamente un condensatore da 220uF costerà meno di uno da 470 o da 330 e questo è un punto su cui i costruttori "economici" cercano di risparmiare, ottenendo alimentatori che "si siedono" sotto carico o allo spunto più di quello che dovrebbero.
Non è, però, utile usare condensatori più grandi che tanto : solitamente in un prodotto di ottima qualità hanno valori compresi tra 470 e 680 uF.

Va anche tenuto presente che, nel momento in cui la tensione di rete viene applicata all' alimentatore, i condensatori sono scarichi e, caricandosi, danno luogo ad un picco di corrente molto elevato che richiederebbe ponti raddrizzatori di maggiori dimensioni solo per sopportarla, riducendo il rapporto tra costo e beneficio. Allo scopo di limitare questo impulso di corrente, si ricorre ad un componente particolare.