L'efficienza energetica dei sistemi di alimentazione è divenuta un tema fondamentale per i prodotti elettronici, sotto la spinta di vari provvedimenti legislativi e delle richieste degli utilizzatori. I produttori di alimentatori e dei relativi componenti rispondono a questa esigenza con una varietà di prodotti innovativi. Nell'Unione Europea, una delle misure attuative della direttiva EcoDesign ha posto il limite massimo di 1 W per il consumo dei dispositivi spenti e di 2 W per quelli in stand-by per poi progressivamente scendere a 0,5 W e 1 W, rispettivamente. Altri provvedimenti legislativi riguardano la correzione del fattore di potenza.
Riduzione consumi in stand-by e Pfc
Power Integrations ha sviluppato una gamma di componenti che consente di soddisfare questi requisiti. I dispositivi SenSero, SenZero e LinkZero permettono infatti di tagliare drasticamente il consumo degli apparati spenti o in stand-by. Per migliorare le prestazioni Pfc, inoltre, la società ha sviluppato i diodi avanzati Qspeed, che uniscono una carica di recupero inversa estremamente bassa e una forma d'onda di recupero molto morbida. Rimpiazzando i normali diodi ultraveloci con i dispositivi Qspeed, è possibile migliorare sensibilmente l'efficienza dei circuiti Pfc e degli alimentatori a commutazione, ottenendo inoltre una riduzione delle temperature di oltre il 50%. A un livello di integrazione più alto, i componenti Power Integrations della serie Hyper, per alimentatori industriali di media e alta potenza, offrono una semplificazione dei circuiti e valori di efficienza più alti, con complete funzionalità Pfc.
Maggiore efficienza per i data center
Anche i gestori di data center sono oggi fortemente impegnati a ridurre i consumi energetici dei loro sistemi. Nella progettazione degli alimentatori rivolti a queste applicazioni, quindi, l'attenzione si sposta dal parametro tradizionale dell'efficienza di picco alle prestazioni nell'intera gamma di potenza erogata. Generalmente gli alimentatori dei data center operano al 20% della loro potenza nominale, ma molti dei progetti tradizionali raggiungono il picco di efficienza solo per carichi pari all'80% della potenza nominale o superiori. Ciò avviene perché al calare del carico aumenta l'incidenza delle perdite di commutazione. Sebbene la legislazione non abbia ancora preso in considerazione i data center, i produttori di computer hanno già scelto di muoversi nella direzione di una maggiore efficienza energetica. L'iniziativa più nota su questo fronte è la certificazione 80 Plus, che in origine richiedeva un'efficienza minima dell'80% per un carico pari al 20% della potenza nominale di picco. Nel 2008 lo standard è stato riveduto con la creazione delle classificazioni Bronze, Silver e Gold, che hanno aumentato il valore dell'efficienza (sempre con riferimento a un carico del 20%) rispettivamente all'82%, 85% e 87%. Nel 2009 è stata aggiunta la categoria Platinum, che porta questo valore al 90%. Utilizzando alimentatori di categoria 80 Plus Gold, ad esempio, nell'arco della propria vita operativa un grande data center può risparmiare da 30 a 50 MWh. Grazie ai propri centri di progettazione, Murata è divenuta un leader mondiale nel settore degli alimentatori 1U front-end delle categorie Gold e Platinum. La società offre prodotti da 400 W in un contenitore largo solo 54 mm e alimentatori fino a 2800 W in un singolo power shelf. Nello shelf S1U-3X possono essere ospitati prodotti con potenza fino a 6000 W.
Architetture ad alimentazione distribuita
L'aumento dell'efficienza energetica riguarda oggi tutte le parti del sistema. La maggior parte dei computer e dei server per telecomunicazioni, ad esempio, impiega oggi un'architettura ad alimentazione distribuita in cui uno o più alimentatori front-end forniscono energia a un albero di convertitori Dc/Dc in posizione intermedia e sul punto di carico. La tensione distribuita è superiore a quella richiesta dalla maggior parte dei circuiti integrati, così da minimizzare le perdite dovute ai cablaggi interni e alle piste del circuito stampato. Un valore di tensione comunemente usato per questo albero di distribuzione è 12 V. La conversione da questo livello al valore di 1 V o 2 V, richiesto al punto di carico, vede oggi numerose innovazioni sul piano dell'efficienza e della densità. Un esempio è il PowerSoC EN5339QI di Enpirion, che integra Mosfet ad alta velocità per raggiungere frequenze di commutazione molto elevate. Ciò consente di ridurre del 20% l'ingombro in pianta e del 40% il profilo, rispetto al precedente dispositivo da 3 A di Enpirion. Il PowerSoC integra il controllore, i Mosfet di potenza, la rete di compensazione e l'induttore in un piccolo contenitore di 4 x 6 mm, raggiungendo un'efficienza del 95%. Un altro produttore orientato all'efficienza energetica è Aimtec, società relativamente nuova nei settori Ac/Dce Dc/Dc. L'azienda offre alimentatori Ac/Dc in versioni per montaggio a chassis e unità per montaggio a circuito stampato con potenze fino a 150 W.
PMbus e controllo digitale
Il controllo digitale è sempre più diffuso nelle architetture ad alimentazione distribuita. Per questa funzione, vari produttori leader hanno scelto di adottare il PMbus, che consente di gestire e monitorare le prestazioni dei convertitori Pol e dei relativi carichi. Il PMBus è un protocollo aperto sviluppato specificamente per la gestione dei sistemi di alimentazione. È un bus seriale basato sul System Management Bus (SMbus), il quale è a sua volta una variante del diffusissimo bus seriale I2C. Prodotti come quelli della serie DLynx di GE Energy offrono ai clienti la possibilità di usare questo protocollo di comunicazione per ottimizzare la conversione energetica. Oltre a consentire il monitoraggio e la regolazione, i comandi rendono possibile realizzare progetti complessi per migliorare l'efficienza e rilevare automaticamente i guasti. Il PMbus consente di gestire dinamicamente il consumo di energia controllando le modalità di funzionamento di componenti quali i microprocessori. Ad esempio, tramite la Acpi (Advanced Configuration and Power Interface) la logica esterna può impedire al processore di adottare una modalità ad alta velocità e alto consumo, oppure può porlo in stand-by. PMbus riduce al minimo lo stress termico - e la necessità di climatizzazione dei locali - prevenendo la formazione di punti caldi. Il carico di lavoro di elaborazione può essere distribuito uniformemente tra numerosi processori, evitando che il sovraccarico su una singola Cpu costringa questa ad utilizzare alte frequenze di clock, con conseguente aumento dei consumi energetici. I processori temporaneamente inutilizzati, inoltre, possono essere posti in stand-by e l'alimentazione ai relativi moduli può essere conseguentemente ridotta. Ericsson Power Modules offre sia Abc (Advanced Bus Converter) sia dispositivi Pol dotati di comunicazione PMbus. Recentemente la società ha presentato la serie dei moduli BMR457 Eight Brick comprendente modelli da 250 a 300 W e la serie Quarter Brick BMR456 che eroga 12 V per potenze comprese tra 400 e 468 W. I moduli DiPOL per conversione point-of-load, a controllo digitale, offrono funzioni di lettura e scrittura conformi a PMBus e sono disponibili in versioni da 12 A, 20 A e 40 A. Delta ha annunciato moduli di alimentazione in formato brick con controllo digitale e supporto di PMbus, a partire da 600 W in costante sviluppo con modelli di potenza maggiore. La società sta facendo il proprio ingresso anche nel campo degli Intermediate Bus Converter per i sistemi datacom ad alta tensione; questi prodotti, in formato half brick, erogano 11 V a 50 A utilizzando un'alimentazione di 350 V nominali. Per quanto riguarda gli alimentatori front-end, la gamma DS1200 di moduli distribuiti di Emerson Network Power offre non solo la compatibilità con PMbus ma anche modelli conformi ai requisiti della categoria di efficienza 80 Plus Platinum.
