Il carico elettronico (come un PC, un server o una centralina d’allarme) può essere definito come un dispositivo che non utilizza l’energia direttamente in corrente alternata (AC) così come prelevata dalla rete, ma la “manipola” internamente per utilizzarla in regime di corrente continua (DC) tipico dei dispositivi a semiconduttore che compongono microprocessori e circuiti elettronici.
La “manipolazione” avviene all’interno di apparecchi chiamati alimentatori. Allo stato dell’arte, nel settore consumer si utilizzano quelli identificati con l’acronimo SMPS (Switched-Mode Power Supply) che eseguono i seguenti sei step in cascata (figura 1):
- filtraggio d’ingresso: la tensione di rete viene filtrata in modo da bloccare i disturbi ad alta frequenza da e verso la rete;
- primo raddrizzamento e livellamento: un ponte di diodi trasforma la tensione in una grandezza unidirezionale pulsante, un capacitore la livella ad un valore compreso fra 310 e 400 V e immagazzina energia di back- up;
- commutazione (switching): un chip di controllo (PWM) comanda l’accensione e lo spegnimento di transistor di potenza con frequenze da 50 a oltre 200 kHz, creand o così un’onda quadra ad elevata frequenza. I transistor MOS lavorano in due stati – saturazione e interdizione – in cui non dissipano potenza termica;
- trasformazione ad alta frequenza: l’onda quadra alimenta un trasformatore con nucleo in ferrite che provvede alla riduzione della tensione ai valori richiesti e all’isolamento galvanico tra l’alta tensione di rete e l’utilizzatore finale;
- secondo raddrizzamento e filtraggio d’uscita: la tensione ad alta frequenza e bassa tensione viene nuovamente raddrizzata (da diodi veloci) e filtrata, ottenendo una tensione continua e pulita, priva di oscillazioni (ripple);
- stabilizzazione in retroazione: la tensione di uscita viene controllata da un optoisolatore che, in caso di rilevata variazione, invia un segnale al chip di controllo PWM del commutatore elettriciper variare la durata dell’accensione dei transistor di potenza e ripristinare il valore di tensione desiderato.
Il rapporto fra tensione e corrente di ingresso non è proporzionale, motivo per cui esso è definito non lineare.
Negli alimentatori lineari, invece, la tensione di rete viene ridotta tramite un trasformatore a nucleo ferromagnetico, raddrizzata (ponte di diodi), livellata (capacitore), stabilizzata con un circuito di controllo a transistor e filtrata (figura 2).
In questo caso il transistor (bipolare o MOS) lavora sempre in zona lineare dissipando potenza termica. La tensione di uscita dipende da quella in ingresso ridotta dal trasformatore, decurtata delle cadute di tensione su due diodi in conduzione, della tensione di ondulazione, della tensione residua sul transistor di regolazione.
La corrente massima assorbita da un carico elettronico coincide con quella del suo alimentatore: è un dato presente tra le specifiche tecniche del dispositivo, nella sezione di input.
Mancando le specifiche è possibile calcolarla con la seguente formula:
Dove:
- PdC: la potenza in DC;
- PF: il fattore di potenza;
- η%: il rendimento percentuale;
- Vin: la tensione in AC.
Le tecnologie sopra accennate si differenziano per η% e PF, come si evince in tabella.
