INFORMAZIONI TECNICHE

L'alimentatore AT-ATX Choke stabilizzatore

Le bobine in uscita

Le tensioni di uscita arrivano al fascio di conduttori che le porteranno fuori dall' alimentatore passando attraverso un filtro LC che non ha solo funzioni di riduzione del ripple. L' elemento principale, infatti, è la bobina L1, che è costituita da un grosso toroide di ferrite su cui sono avvolti diversi circuiti. 

Lo scopo di avvolgere sullo stesso nucleo bobine attraversate da correnti di circuiti diversi è quello di fornire una stabilizzazione alle tensioni in uscita ed evitare che una variazione di carico su un ramo si rifletta negativamente sugli altri. 

Abbiamo già accennato che questo tipo di alimentatori dispone di UN SOLO switch che comanda un solo trasformatore con numerosi secondari, da cui si derivano le varie tensioni.
Nella breve trattazione teorica del funzionamento di un alimentatore switch mode abbiamo accennato al fatto che la stabilizzazione della tensione prodotta viene effettuata variando il duty cicle del PWM. 
Supponiamo di avere uno switch e una tensione : la tensione, a causa del carico, varia e il feddback comanda il tempo on/off del PWM fino a riportare la tensione nei limiti voluti. Sembrerebbe perfetto, però manca una importante considerazione :  si fa conto di UN PWM da cui deriva UNA tensione. Ma se le tensioni derivate sono più di una ?

Il problema sorge dal fatto che certamente il carico sulle varie linee sarà variabile e a quale linea si dovrà fare riferimento per controllare il PWM ? Perchè è evidente che se aumento il duty cycle per compensare un aumento di carico sulla linea a +5V, varierà in proporzione anche il valore della tensione anche sulle altre linee, che non ne hanno bisogno non essendo variato il loro carico !

Come fare, allora ? Una soluzione relativamente semplice ed efficace è ottenuta con la cross-regolazione delle correnti di uscita, sfruttando gli effetti delle correnti stesse su bobine strettamente concatenate.

Supponiamo che il carico sul +5V aumenti e quindi sia richiesta una maggiore potenza; la corrente tende ad aumenta e, a aprità di duty cycle, la tensione di conseguenza diminuisce. Occorre aumentare la tensione per riportarla al giusto valore, aumentando il tempo di on dello switch : il controller PWM riceve dal feeedback la richiesta e aumenta il duty cycle; il +5V ritorna al giusto valore.
Però, la corrente in uscita passa attraverso una bobina in serie, avvolta assieme ad altre, pure in serie alle altre tensioni, su uno stesso nucleo : se il carico sul +5V aumenta, aumenta di conseguenza la corrente nella bobina in serie, quindi il campo magnetico relativo. Questo si concatena con le altre bobine ed il suo amento va a SOTTRARSI agli altri campi magnetici per cui riduce le altre tensioni, che non crescono oltre un piccolo margine.
Questo sistema consente di mantenere costanti tutte le tensioni entro valori accettabili.

Lo schema seguente riporta un esempio di applicazione tipica :
Si può osservare che la bobina L1 è composta da tre avvolgimenti :
- L1a in serie alla tensione negativa da cui viene derivato -5 e -12V
- L1b, avvolto trifilare per aumentare la sezione e ridurre la resistenza, in serie al +5V 
- L1c in serie al +12V
quindi la sua funzione regolatrice si esplica su questi tre rami.

Solitamente si mantengono legati da questa cross-regolazione i rami che producono le maggiori potenze, ovvero il +5V e il +12V, mentre per il +3.3V si ricorre può ricorrere anche ad altre soluzioni.

Generalmente questa sezione è posizionata fisicamente sul circuito stampato vicino all' area di uscita dei cavi a bassa tensione.

Nell' immagine a lato è visibile la zona dei filtri di uscita. E' ben visibile la bobina L1, avvolta in filo di rame isolato con smalto rosso.  Le frecce verdi identificano altre bobine facenti parte dei filtri di uscita Si nota l' affollamento dei componenti, molto vicini tra di loro, sia per ragioni di spazio sia per la necessità di mantenere i collegamenti più corti possibile. Subito accanto ai filtri sono saldati i fasci di conduttori colorati che terminano con i connettori verso la scheda madre e le periferiche. In questa area è comune che il costruttore utilizzi una resina collante con lo scopo di evitare lo spostamento dei componenti più grossi e la possibilità di contatti indesiderti.

A seconda di come è realizzata questa parte e come opera il circuito di feedback, si ottiene una più o meno elevata stabilizzazione delle tensioni di uscita al variare del carico. All' atto pratico, si possono ottenere anche valori molto buoni, anche se lontani dalla perfezione, soprattutto se la distribuzione delle correnti sui vari rami è molto irregolare.

Dipendentemente dal valore di induttanza richiesto e della corrente, queste bobine assumono dimensioni diverse ed anche la frequenza di lavoro del PWM è determinante per la loro realizzazione, in quanto a valle dei diodi sono attraversate da una corrente raddrizzata, ma pulsante. Tipicamente sono avvolte su nucleo toroidale, dotato o meno di una base per facilitarne la saldatura sul circuito stampato. Nella foto accanto, una selezione di vari modelli tipici; una moneta da 20 cent da l' idea delle dimensioni reali. Le bobine più grosse ovviamente sono quelle adatte ad alimentatori di maggiore potenza. Il diverso colore del filo di rame dipende dal tipo di smalto con cui è isolato.

Si nota comunque che il filo di rame ha sezioni abbondanti, data la necessità di mantenerne bassa la resistenza : attraverso queste bobine possono passare correnti di oltre 50 ampere e questo spiega l' avvolgimento multi filare visto nello schema di esempio : più fili in parallelo riducono la resistenza a parità di induttanza.