Mezzo secolo fa, transistor e regolatori di commutazione migliori rivoluzionarono la progettazione degli alimentatori per computer

Intel Not Inside: i raggi X rivelano i componenti di un alimentatore a commutazione utilizzato nel microcomputer Apple II originale, rilasciato nel 1977.

Alimentatori per computernon ottenere molto rispetto.

Come appassionato di tecnologia, probabilmente sai quale microprocessore c'è nel tuo computer e quanta memoria fisica ha, ma è probabile che tu non sappia nulla dell'alimentatore. Non sentirti in colpa: anche per i produttori, la progettazione dell'alimentatore è un ripensamento.

È un peccato, perché è stato necessario uno sforzo considerevole per creare gli alimentatori presenti nei personal computer, che rappresentano un enorme miglioramento rispetto ai circuiti che alimentavano altri tipi di elettronica di consumo fino alla fine degli anni '70. Questa svolta è il risultato degli enormi passi avanti compiuti nella tecnologia dei semiconduttori mezzo secolo fa, in particolare dei miglioramenti nella commutazione dei transistor e delle innovazioni nei circuiti integrati. Eppure si tratta di una rivoluzione completamente sconosciuta al grande pubblico e anche a molte persone che hanno familiarità con la storia dei microcomputer.

Tuttavia, gli alimentatori non sono privi di ardenti campioni, incluso uno che potrebbe sorprenderti: Steve Jobs. Secondo il suo biografo autorizzato, Walter Isaacson, Jobs aveva forti sentimenti nei confronti dell'alimentatore del pionieristico personal computer Apple II e del suo progettista, Rod Holt. L'affermazione di Jobs, come riportata da Isaacson, è questa:

L'affermazione di Jobs è importante e non mi andava bene, quindi ho fatto alcune indagini. Ho scoperto che, sebbene gli alimentatori a commutazione fossero rivoluzionari, la rivoluzione ebbe luogo tra la fine degli anni '60 e la metà degli anni '70 quando gli alimentatori a commutazione presero il posto degli alimentatori lineari semplici ma inefficienti. L'Apple II, introdotto nel 1977, ha beneficiato di questa rivoluzione ma non l'ha provocata.

Questa correzione alla versione degli eventi data da Jobs è molto più di una semplice curiosità ingegneristica. Oggi, gli alimentatori a commutazione sono un pilastro onnipresente, che utilizziamo quotidianamente per caricare i nostri smartphone, tablet, laptop, fotocamere e persino alcune delle nostre auto. Alimentano orologi, radio, amplificatori audio domestici e altri piccoli elettrodomestici. Gli ingegneri che hanno effettivamente fomentato questa rivoluzione meritano di essere riconosciuti. Ed è anche una bella storia.

L'alimentazione in un computer desktop come l'Apple II converte la tensione di linea di corrente alternata in corrente continua, fornendo tensioni altamente stabili per alimentare il sistema. Gli alimentatori possono essere costruiti in vari modi, ma i design lineari e a commutazione sono i due più comuni.

Un tipico alimentatore lineare utilizza un trasformatore ingombrante per convertire la corrente alternata ad alta tensione dalle linee elettriche in corrente alternata a bassa tensione, che viene poi convertita in corrente continua a bassa tensione utilizzando diodi, solitamente quattro dei quali cablati nella classica configurazione a ponte. Grandi condensatori elettrolitici vengono utilizzati per livellare l'uscita del ponte a diodi. Gli alimentatori per computer utilizzano un circuito chiamato regolatore lineare, che riduce la tensione CC al livello desiderato e la mantiene fissa anche al variare del carico

Gli alimentatori lineari sono quasi banali da progettare e costruire. E usano semiconduttori economici a bassa tensione. Ma hanno due grossi inconvenienti. Uno sono i grandi condensatori e il pesante trasformatore necessari, che non potrebbero mai essere racchiusi in qualcosa di così piccolo, leggero e conveniente come i caricabatterie che tutti noi ora usiamo con i nostri smartphone e tablet. L'altro è il regolatore lineare, un circuito basato su transistor, che trasforma la tensione CC in eccesso, qualsiasi cosa al di sopra della tensione di uscita designata, in calore disperso. Pertanto, tali alimentatori in genere sprecano più della metà dell’energia che consumano. E spesso richiedono grandi dissipatori di calore o ventole in metallo per eliminare tutto quel calore.

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In passato, i piccoli dispositivi elettronici utilizzavano in genere ingombranti trasformatori da parete, chiamati in modo dispregiativo "verruche da parete". Verso la fine del 21° secolo, i miglioramenti tecnologici hanno reso gli alimentatori commutati compatti e a bassa potenza pratici per i piccoli dispositivi. Con il calo del prezzo degli adattatori AC/DC a commutazione, questi hanno rapidamente sostituito gli ingombranti trasformatori a muro per la maggior parte dei dispositivi domestici.