Alimentatori: a che punto siamo?

Di recente ho pranzato con un cliente con cui lavoriamo dalla fine degli anni '90. Abbiamo visto molti cambiamenti in quel periodo e, quando è arrivata la portata principale, abbiamo iniziato a parlare di come la tecnologia di alimentazione sia avanzata nel corso degli anni. Ciò è stato più evidente nelle aree di efficienza e densità di potenza.

La prima unità in assoluto che ha progettato utilizzando XP Power era un alimentatore da 3 x 5″ da 40 W. Ciò potrebbe essere stato considerato rivoluzionario all'epoca, ma se si considera che il suo prodotto più recente utilizzava un'unità da 350 W nello stesso involucro di spazio, diventa chiaro quanta strada siamo arrivati.

Progresso tecnologico?

Ho fatto una piccola ricerca a riguardo dopo il nostro pranzo di lavoro e, per quanto ne so, i primissimi alimentatori a commutazione sono stati progettati nel 1958 da IBM. Erano basati sulla tecnologia dei tubi a vuoto. Nello stesso periodo furono depositati diversi brevetti per una ‘oscillazione del transistor’ da parte della General Motors Corporation.

Con questo afflusso di progresso tecnologico, i progettisti sono stati improvvisamente in grado di scegliere tra più componenti e più produttori, offrendo loro un numero senza precedenti di opzioni e design potenzialmente innovativi.

Il focus di questo intenso periodo di sviluppo era il tradizionale regolatore lineare: le menti più brillanti stavano cercando di capire come sostituire il metodo obsoleto del trasformatore e della resistenza per modificare la tensione di ingresso con un design più efficiente.

L'idea a cui sono arrivati ​​utilizzava un transistor per tagliare la tensione di ingresso con un valore medio inferiore all'ingresso iniziale (abbiamo un fantastico negozio di articoli tecnici qui sul sito se desideri una descrizione più dettagliata del funzionamento dell'SMPS).

Con una maggiore efficienza e meno materiali magnetici necessari, la nuova tecnologia era più piccola, più leggera e generava meno calore.

Come nel caso delle invenzioni moderne con queste caratteristiche, questa soluzione degli anni '50 era estremamente attraente per le aziende in una vasta gamma di settori: dall'elettronica all'aerospaziale, dalle comunicazioni all'informatica, c'era un'ondata di primi utilizzatori, ognuno dei quali si adoperava per sfruttare al meglio questa nuova tecnologia di alimentazione.

Calcolo della potenza

Negli anni successivi è emersa una raffica di brevetti e progetti, molti dei quali utilizziamo ancora oggi. Nel 1972, Hewlett Packard utilizzò un alimentatore switching nella sua prima calcolatrice tascabile. Nel 1976 venne depositato il primo brevetto che utilizzava il termine alimentatore a commutazione (SMPS).

La calcolatrice HP era in realtà un computer, anche se in un formato leggermente diverso da come lo conosciamo oggi. Allora, il progetto originale pesava più di 40 libbre. L'SMPS è stato utilizzato nella progettazione per risparmiare spazio e peso, segnando il primo passo verso i computer, i laptop e i tablet ultrasottili e incredibilmente leggeri che utilizziamo oggi.

Allo stesso modo, anche i produttori aerospaziali, valutando come risparmiare peso e spazio, hanno iniziato a cercare alimentatori switching personalizzati per creare progetti molto più efficienti.

Rinfrescarsi negli anni ’70 e ’80?

Gli anni '70 furono un decennio impegnativo una volta raggiunta la svolta iniziale e l'innovazione continuò a un ritmo di tutto rispetto. Diverse aziende nel Regno Unito, negli Stati Uniti e in Giappone iniziarono a commercializzare prodotti di alimentazione standard.

Ad oggi, ci sono circa una dozzina di aziende che affermano di essere state le prime a progettare e commercializzare con successo un alimentatore a commutazione – quindi non andremo lì!

Le riviste di elettronica dell'epoca contenevano articoli e pubblicità per SMPS. Il leader a quel tempo era Boschert Inc., una società americana fondata in California. Ha sostituito gli alimentatori per stampanti lineari con modelli in modalità switch.

Questa azienda è cresciuta fino a contare oltre 1000 dipendenti, con una vasta gamma di prodotti di alimentatori a telaio aperto, in case e modulari. Alla fine fu acquisita da Computer Products Inc. a metà degli anni '80.

Apple Computers ha introdotto per la prima volta un alimentatore a commutazione nel computer Apple II negli anni '70. Questa tecnologia piccola ed altamente efficiente ha consentito ad Apple di costruire un computer più piccolo e leggero senza ventola di raffreddamento.

Questo tipo di design con raffreddamento a convezione era unico all'epoca. La tecnologia aveva acquisito vita propria ed era utilizzata in dozzine di applicazioni consumer. Anche gli alimentatori per PC IBM sono passati alla modalità switch, sebbene con ventole di raffreddamento simili a quelle utilizzate oggi negli alimentatori di tipo ATX.

Alla fine degli anni ”80 e all'inizio degli anni '90, siamo rimasti sbalorditi quando gli alimentatori standard del settore da 3 x 5" sono diventati disponibili con un ingresso a regolazione automatica che rilevava se era collegato a 120 V CA o 230 V CA e si regolava di conseguenza. Questi prodotti avevano potenze di 25 - 40 W o da 1,66 a 2,66 W/In2

Riorganizzazione dell’UE

Con l'ingresso nel mercato di un numero sempre maggiore di aziende, sono apparsi alcuni standard di settore flessibili attorno a dimensioni comuni come 3×5”. Le densità di potenza hanno iniziato a migliorare con il progredire dei progressi nel campo del magnetismo, dei transistor di commutazione e dei circuiti integrati dei controller. Questi cambiamenti hanno offerto efficienze più elevate e hanno reso possibili densità di potenza migliori.