L’efficacia del sistema, il monitoraggio dello stato di funzionamento e l'efficienza energetica richiedono che l’alimentatore sia monitorato e controllato, e, anche se concettualmente far ciò in digitale esiste da tempo, molti ingegneri, a causa della progettazione sempre più complessa, stanno iniziando ad indagare sui benefici che l'integrazione di un controllo digitale porterebbe nel loro sistema. Il progettista esaminando le possibilità del digitale per il controllo e monitoraggio di un alimentatore Ac-Dc può essere attirato dalla prospettiva di avere un accesso a un elevato livello di informazioni, rispetto a un sistema analogico e in più la capacità di controllare l'uscita digitalmente. Tuttavia, queste funzioni sono a discapito di una maggiore complessità del sistema.
Analogico verso digitale
Il controllo digitale offre indubbiamente un maggiore livello di flessibilità. Gli alimentatori possono essere accesi e spenti a distanza, possono essere impostati i limiti di tensione e di corrente di uscita e possono essere abilitati gli allarmi sul raggiungimento di questi livelli. Gli alimentatori digitali possono fornire informazioni, quali ad esempio la temperatura e le prestazioni della ventola, per aiutare a prevedere i guasti. Il controllo digitale può anche facilitare la calibrazione, i parametri possono essere programmati invece di essere tarati con potenziometri in un alimentatore analogico. Come svantaggio, il pieno controllo digitale di un alimentatore comporta molti parametri di funzionamento e può essere estremamente complesso. Richiede un Dsp con sofisticati software, che possono essere difficili da creare. Al confronto, il controllo analogico, essendo stato usato per 50 anni, è un metodo testato e comprovato. Gli alimentatori analogici sono affidabili e meno soggetti a difetti, anche se hanno una flessibilità limitata. I parametri sono definiti in fase di progettazione e non possono essere modificati in seguito. Mentre lo stato può essere monitorato, il controllo è di solito limitato a un solo parametro; con un alimentatore digitale, di solito ci sono una vasta gamma di situazioni con molteplici possibilità basate su tali scenari, seppur limitate alla velocità del processore.
Trovare il giusto equilibrio
Trovare un compromesso tra analogico e digitale può essere difficile. L’approccio di XP Power per trovare un equilibrio tra i due campi è quello di utilizzare un controller Pwm analogico testato e comprovato con l'aggiunta di un'interfaccia digitale, per creare la flessibilità nella comunicazione. In un tipico progetto XP, un Pwm analogico controlla la tensione di uscita in tempo reale, e un microprocessore la monitora e la regola. La scheda di controllo digitale può creare artificiosamente diversi stati di funzionamento combinando i segnali di controllo e stato dei singoli parametri, consentendo una maggiore flessibilità rispetto al solo il controller analogico. Questo livello di controllo si adatta alla maggior parte dei clienti che danno priorità a una soluzione più efficace ed economica. Il controller Pwm analogico ha il vantaggio di eliminare certi tipi di inaccuratezze relativi ai progetti in digitale. Ad esempio, i segnali campionati con un Adc per il Dsp possono introdurre errori di aliasing. Inoltre utilizzando un Dsp per controllare l'uscita si potrebbero presentare anche jitter nel segnale Pwm, che causano subarmoniche nell’uscita che potrebbero comportare problemi di Emi nell’applicazione. L'utilizzo di un Pwm analogico evita efficacemente questo. Tuttavia, poiché la frequenza del Pwm analogico è impostato dall'hardware, questa non può essere regolata. Inoltre, fissare il controllo ad anello significa che questo non può essere ottimizzato nel caso di condizioni differenti senza cambiare componenti.
L’importanza della comunicazione
Il protocollo di comunicazione più utilizzato per il controllo digitale degli alimentatori è il PMBus, uno standard industriale ben definito allo scopo di rendere gli alimentatori plug-and-play, così da poter progettare l'interfaccia dal dispositivo finale senza nemmeno vedere l'alimentatore. Mentre è possibile controllare un alimentatore digitale utilizzando un Can bus o l’Ethernet per esempio, questi richiedono molto più tempo per sviluppare i protocolli da utilizzare in ogni applicazione specifica. Il PMBus è molto più semplice. È dotato di una interfaccia relativamente semplice (due linee di I/O), che contribuisce a rendere l'hardware di dimensioni ridotte, e inoltre ha solo tre livelli di stack del PMBus, rispetto a 10 o 12 per una implementazione con Ethernet. Per questo motivo, i progettisti che hanno poco tempo, e quelli senza una profonda esperienza nel networking o con poche risorse spesso scelgono PMBus. Oltre al monitoraggio e al controllo, l'interfaccia PMBus consente diverse funzioni aggiuntive. Un esempio è nella ricarica della batteria, poiché la corrente di uscita e la potenza in uscita sono monitorate, una batteria può essere caricata direttamente dall’alimentatore, senza bisogno di un'interfaccia esterna. Può anche essere implementata una sequenza di alimentazioni differenti utilizzando un alimentatore con uscite multiple, attivandole o disattivandole in un particolare momento o in una particolare sequenza determinata dal sistema.
Applicazioni reali
Ad esempio, il GFR1K5, un Ac-Dc front end per montaggio su rack 1U da 1500 W di XP Power, utilizza una interfaccia PMbus con una struttura di comando molto semplice per dare un pratico controllo funzionale. L'uscita può essere attivata e disattivata, e può essere impostata la sovracorrente massima; a livello hardware questa è il 110-140% della Inom, ma con il firmware si può impostare lo spegnimento dal 105 al 0% della Inom. La risposta a questo comando di spegnimento del firmware può essere anche specificata (farà entrare l’alimentatore in modalità latch off o hiccup con un numero selezionabile o continuo di tentativi di riaccensione). L'interfaccia PMBus consente inoltre una funzione di controllo: sono disponibili informazioni sulla tensione di uscita, corrente di uscita e temperatura, e per gli allarmi possono essere impostati facilmente dei bit di dati utilizzando l'interfaccia. Inoltre si possono ottenere altre informazioni quali il codice del modello, il numero di serie (utile in un sistema con molti alimentatori) e il suo runtime. Un ulteriore passo avanti nel controllo digitale si ha nella serie EMH, Ac-Dc da 250 e 350 W, progettati per l'It e i dispositivi medicali. In aggiunta alle funzioni di controllo e monitoraggio che si hanno nel GFR1K5, questo alimentatore ha la capacità di trimmerare la tensione di uscita del +/-10% della Vnom. Anche la massima corrente di uscita può essere regolata (50-110% in modalità corrente costante). Questo dispositivo, nella versione con integrata in alto la ventola, può anche monitorare lo stato della ventilazione del dispositivo. Viene monitorata la velocità della ventola e se rallenta o si ferma, il bit di errore, che indica lo stato della ventola, viene settato alto.
