Quello che stiamo analizzando è un alimentatore basato su uno schema innovativo, almeno per quel che concerne l'ambito di applicazione a noi più vicino. Questo ci stimola a dare uno sguardo più da vicino al suo schema di base. Corsair purtroppo non fornisce tali informazioni, per ovvi motivi, ciononostante tenteremo di avvicinarci il più possibile a quella che potrebbe essere la realtà.
Partiamo da uno schema a blocchi che lo stesso produttore fornisce per mostrare dove il DSP esplica la sua azione. Noi possiamo sfruttarlo per analizzare più in dettaglio come questo alimentatore è stato progettato.
Input
L'AX1200i presenta uno stadio di input che include una sezione di filtraggio seguita da uno stadio raddrizzatore. Il filtro EMI, utile sia a proteggere la rete elettrica dai disturbi generati dall'alimentatore che l'alimentatore ed i circuiti ad esso collegati da eventuali picchi, è composto dalla tradizionale coppia di condensatori a Y, due induttanze in modalità differenziale ed un varistor. Probabilmente questo stadio contiene anche una circuiteria utile a scaricare i principali condensatori di filtro, più complessa di quel che potrebbe essere un semplice resistore: una soluzione attiva permetterebbe in effetti di migliorare l'efficienza energetica (aspetto al quale Corsair è stata molto attenta).
Stadio PFC
L'uscita dello stadio precedente arriva in ingresso ad uno di PFC (Power Factor Correction) attivo. Questo si preoccupa di ottenere una corrente con un elevato fattore di potenza (sfasamento tra tensione e potenza il più basso possibile) pronta per essere digerita dallo stadio LLC. Pur non avendo lo schema preciso sottomano, possiamo ipotizzare che lo stadio PFC dell'AX1200i sia regolato principalmente da un controller (analogico) che dispone di un meccanismo di feedback che possa essere usato per modificarne i parametri di funzionamenti attraverso il DSP e ottenere così un rendimento superiore al 99%.
Stadio buck
Lo stadio di buck altro non è che un convertitore DC - DC per ridurre la tensione di ingresso utilizzando ancora la tecnica switching. Lo stesso risultato potrebbe essere ottenuto mediante i tradizionali regolatori di tensione lineari disponibili in commercio quali 7805 e 7812 ma la loro efficienza e dissipazione di calore non li rendono componenti ideali. Un convertitore buck, che nella sua accezione più semplice è composto da un transistor, un diodo, un condensatore ed una bobina, presenta invece un'efficienza superiore al 95%.
Il funzionamento dello stadio di buck prevede che il transistor venga continuamente acceso e spento ad una frequenza specifica (che potrebbe anche variare in base alle condizioni al contorno). Questa azione fa si che l'induttanza si carichi di corrente (transistor ON) che in seguito viene scaricata in uscita sul carico (transistor OFF). Prima di raggiungere l'uscita la corrente viene filtrata per produrre una tensione DC.
Fonte immagine: Texas Instruments
Stadio convertitore a risonanza LLC
La forte attenzione che Corsair ha posto sull'efficienza di questo prodotto caratterizza quasi completamente la sua topologia. L'utilizzo di uno stadio di conversione a risonanza LLC (invece che di tipo RLC) nasce esattamente per soddisfare questa esigenza permettendo di raggiungere la condizione di zero voltage switching e di ridurre le perdite dovute proprio ai meccanismi di switching degli alimentatori moderni. Un convertitore LLC a risonanza può raggiungere efficienze anche fino al 96%.
Il convertitore si occupa di mantenere il livello di tensione stabile al variare del carico applicato. Questo avviene attraverso una modulazione della frequenza di switching ottenuta agendo sull'impedenza del circuito risonante: in pratica se la corrente di uscita aumenta, la tensione tenderà a scendere, ma un circuito di feedback provvederà a spostare in alto la frequenza di switching attraverso una modifica dell'impedenza del circuito risonante cosicché venga prodotta una tensione maggiore in uscita, fino a raggiungere un nuovo equilibrio con la corrente erogata. Viceversa, se il carico di corrente diminuisce, il circuito di feedback riduce la frequenza di switching sempre utilizzando il circuito risonante.
Uno dei problemi dei convertitori a risonanza seriali (RLC) è legato proprio a questo comportamento. Con il carico che diminuisce per poter mantenere la tensione di uscita costantemente regolata, la frequenza del circuito risonante deve crescere: ma cosa accade nel momento in cui non c'è più carico? La frequenza dovrebbe tendere all'infinito! Nella pratica si necessita di un range di frequenza molto ampio per poter regolare la tensione di uscita con carichi variabili ma resta l'impossibilità di ottenere una regolazione con carichi al di sotto di un certo valore.
Fonte immagine: EE Times
Qui entra in gioco la topologia LLC che se vogliamo non differisce molto da quella in serie se non fosse per la più bassa induttanza primaria del trasformatore tale da entrare in gioco nel computo generale del circuito e far si che vi siano due frequenze di risonanza per il convertitore LLC. Banalmente, il convertitore opera normalmente alla frequenza di risonanza superiore cosicché la curva di carico converge e permette, con un piccolo cambiamento della frequenza, di gestire tutti i valori, compresi quelli con carico a zero. In aggiunta, per come è realizzato un circuito LLC, esso forza la corrente ad assumere una forma d'onda sinusoidale anche se in ingresso vi è un segnale a forma d'onda quadra con tanto di vantaggi circa pulizia del segnale ed eventuali interferenze prodotte.
Stadio SR DC-DC
La linea da +12V ottenuta a seguito di tutti questi stadi in cascata va splittata e ridotta per creare le linee da +3,3Ve +5V. Quando si è in presenza di uno stadio LLC il modo più efficiente per raggiungere questo obiettivo è quello di utilizzare stadi di rettificazione sincrona sul secondario (SR, Synchronous Rectification) con un controller che si occupa di decidere la frequenza di accensione e spegnimento dei MOSFET. Tale controller permette anche di implementare tecniche di Zero Current Detection (ZCD) per evitare che vi sia un flusso di corrente necessario a tenere accesi i circuiti di switching a vuoto. La tecnologia di ZVS (Zero Voltage Detection) è stata invece implementata sul primario del trasformatore.
DSP e microcontrollori
Nello schema dell'alimentatore AX1200i è compreso un intero PCB dedicato completamente al controllo mediante DSP e microcontrollori. Il produttore afferma, nella sua guideline per i recensori, che il numero di componenti è stato ridotto proprio grazie all'utilizzo di un DSP: a nostro avviso questa affermazione andrebbe rivista. Sono solo gli stadi dell'alimentatore ad essere stati semplificati, visto che il controllo è passato nelle mani di circuiti digitali, ma se pensiamo a tutto l'alimentatore nel suo complesso, considerando anche il PCB con microcontroller e DSP l'incremento di componenti è netto.
Come chiaramente visibile nello schema a blocchi di Corsair, DSP e microcontrollori sono utilizzati per il controllo di feedback ed il sensing delle grandezze dei vari stadi in maniera digitale. Parte di tali valori sono comunicati, attraverso un'interfaccia USB, al computer oppure al sistema Corsair LINK che permette di gestire anche altri dispositivi come sistemi di raffreddamento a liquido o memorie RAM.
Ma perché è stato utilizzato un DSP invece che un altro tipo di controllore? La motivazione tutto sommato è molto semplice visto che i DSP - appunto processori digitali di segnali - nascono storicamente per gestire segnali analogici in maniera digitale come quelli audio. Ed i compiti assegnati ad un DSP sono quelli di misurazione e/o filtraggio di tali segnali, esattamente ciò che serve anche negli alimentatori switching. Il funzionamento prevede la trasformazione del segnale analogico in un segnale digitale che può essere misurato ed elaborato (l'elaborazione di un segnale digitale è molto più semplice e fruttuosa di uno analogico) per poi essere nuovamente riconvertito in segnale analogico (a questi compiti pensano circuiti di ADC e DAC).