Che differenza c’è tra alimentatori switching e lineari?

Che differenza c’è tra alimentatori switching e lineari?

Nella vita di tutti i giorni ci capita spesso di sentir parlare di alimentatori e non è affatto un caso! È grazie a questi dispositivi, infatti, che possiamo usare molti dei gadget, degli elettrodomestici e dei dispositivi che accompagnano le nostre giornate a casa e al lavoro.

Nell’articolo di oggi facciamo un confronto tra alimentatori switching e alimentatori lineari e vediamo quali sono i pregi e i difetti di ognuna di queste due importanti categorie di dispositivi stabilizzati. 

Come avremo modo di vedere, la differenza sostanziale dipende dalla posizione e dal funzionamento del transistor che funziona in maniera attiva negli alimentatori lineari, mentre negli alimentatori switching è usato come un elemento di regolazione e funziona in modalità on – off.

 

Come funziona un alimentatore

Qualunque sia la sua configurazione, l’alimentatore ha il compito di trasformare la corrente elettrica alternata (CA) che viene erogata dalla rete elettrica nazionale (solitamente a 220V) in corrente continua (CC) utilizzata per il funzionamento di vari dispositivi domestici.

Questo vale per entrambi i modelli che consideriamo in questo articolo: sia gli alimentatori switching, sia quelli lineari.

 

Gli alimentatori lineari

Generalmente, gli alimentatori lineari sono formati da quattro blocchi. In ingresso abbiamo una corrente alternata sinusoidale a 220V; questa viene accolta all’interno di un trasformatore che serve per abbassarne l’ampiezza.

Successivamente, la corrente entra nel raddrizzatore che, come dice il nome stesso, raddrizza la corrente trasformando l’andamento sinusoidale in pulsante e, di conseguenza, più simile alla corrente continua.

Negli alimentatori lineari, la corrente passa poi attraverso un filtro costituito da un condensatore che permette alla corrente di livellarsi per poi entrare nel regolatore che stabilizza la tensione, la rende costante indipendentemente dalla tensione di rete in ingresso e dal carico inserito nell’alimentatore.

 

Gli alimentatori switching

Gli alimentatori switching nascono dalla tecnologia aerospaziale dove sono richiesti dispositivi dall’elevata efficienza, ma dalle dimensioni e dal peso ridotti. 

Negli alimentatori di questo tipo, la corrente alternata dalla rete domestica entra direttamente in un blocco raddrizzatore con tanto di filtro. Da lì, passa a un convertitore di corrente continua in corrente continua che permette una sorta di autoregolazione.

Attraverso un circuito di controllo, possiamo comandare il nostro transistor come un interruttore attraverso un circuito oscillatore che crea dei segnali PWM in grado di regolare la tensione esatta da erogare in uscita dall’alimentatore.

Con la tecnica PWM degli alimentatori switching, il transistor riesce a funzionare solo nella zona di saturazione (on) e in quella di interdizione (off), mai in quella attiva (come nel modello precedente). Ciò significa che possiamo risparmiare in termine di potenza. Nella zona di saturazione abbiamo una corrente altissima, ma una tensione quasi nulla e la potenza dissipata è quasi inesistente. Stesso vale per la zona di interdizione dove la tensione è molto elevata, ma la corrente è bassa.

 

Vantaggi e svantaggi di alimentatori switching e lineari

Negli alimentatori lineari i punti deboli sono il trasformatore e il regolatore, cioè il primo e l’ultimo blocco.

Il trasformatore è collegato alla tensione di rete e funziona a bassa frequenza. Per trasformare potenze elevate deve essere di dimensioni importanti. Il regolatore, invece, si basa su un transistor che varia la caduta di tensione: al variare della tensione di ingresso o del carico collegato all’alimentatore riesce a mantenere costante la tensione in uscita. Facendolo, fa dissipare molta potenza trasformandola in calore. 

Gli alimentatori switching, invece, sono molto più piccoli, leggeri e allo stesso tempo efficienti. Per ottenere questi vantaggi, però, hanno bisogno di un circuito più complesso che, a sua volta, richiede anche un sistema di filtraggio del rumore.

A causa della presenza del ripple e dei rumori ad alta frequenza, gli alimentatori switching sono sconsigliati per i laboratori e per gli amplificatori audio hi-fi che richiedono una tensione in uscita più pulita.