Standard di efficienza per alimentatori esterni

Il contesto normativo globale attorno alla legislazione sull'efficienza dell'alimentazione esterna e sull'assorbimento di potenza a vuoto si è evoluto rapidamente nell'ultimo decennio poiché la Commissione energia della California (CEC) ha implementato il primo standard obbligatorio nel 2004. Con la pubblicazione di un nuovo set di requisiti da parte del DOE statunitense, previsto per entrare in vigore nel febbraio 2016, il panorama è destinato a cambiare nuovamente mentre gli enti normativi tentano di ridurre ulteriormente la quantità di energia consumata dagli adattatori di alimentazione esterni.

L'imposizione di maggiori efficienze medie negli alimentatori esterni ha prodotto indubbiamente un impatto reale sul consumo globale di energia. Tuttavia, il vantaggio di un ridotto assorbimento dalla rete elettrica è accompagnato da sfide e incertezze per l'industria dell'elettronica che cerca di mantenersi al passo con questo dinamico ambiente normativo.

Gli OEM (Original Equipment Manufacturer) che progettano alimentatori esterni per i propri prodotti devono continuare a monitorare le norme più recenti per essere certi di essere conformi in ogni regione in cui il loro prodotto viene venduto. Questo articolo si propone l'obiettivo di fornire un riassunto aggiornato delle ultime norme emanate a livello mondiale.

Un breve riassunto storico

Nei primi anni Novanta, si stimava che solo negli Stati Uniti fossero in funzione oltre un miliardo di alimentatori esterni. L'efficienza di questi alimentatori, che usano per lo più la tecnologia lineare, poteva essere anche di solo il 50% e continuare ad assorbire potenza anche quando l'utenza veniva spenta o non era nemmeno collegata all'alimentazione (condizione detta "a vuoto"). Gli esperti avevano calcolato che senza sforzi per aumentare le efficienze e ridurre il consumo energetico "a vuoto", gli alimentatori esterni avrebbero rappresentato circa il 30% del consumo energetico totale in meno di 20 anni. Già nel 1992, l'Agenzia per la protezione dell'ambiente degli Stati Uniti (EPA, Environmental Protection Agency) avviò un programma volontario di promozione dell'efficienza energetica e di riduzione dell'inquinamento che, alla fine, è diventato il programma Energy Star. Tuttavia, la prima normativa che imponeva efficienza e assorbimenti minimi di potenza a vuoto è entrata in vigore solo nel 2004. Il grafico informativo sotto riportato traccia il percorso dalla norma CEC del 2004 fino ai nuovi standard di Livello VI la cui entrata in vigore avverrà nel febbraio 2016.

Figura 1: Evoluzione degli standard normativi CEC.

L'attuale ambiente normativo

La linea del tempo della Figura 1 dimostra semplicemente l'evoluzione dinamica dell'ambiente normativo nell'ultimo decennio. Con l'entrata in vigore di requisiti più stringenti a livello nazionale e regionale, e il passaggio da programmi volontari a programmi obbligatori, è diventato vitale che gli OEM tengano continuamente traccia degli sviluppi più recenti per garantire la conformità ed evitare ritardi o sanzioni costose. Mentre molti paesi stanno istituendo programmi volontari armonizzati con il sistema di protocolli internazionali di marcatura dell'efficienza stabilito per la prima volta con Energy Star, i paesi e le regioni seguenti ora hanno messo in atto delle norme che impongono che tutti gli alimentatori esterni che valicano le loro frontiere rispondano al livello di efficienza specificato:

Sebbene il Dipartimento per l'energia degli Stati Uniti abbia stabilito con il Livello VI uno standard più rigorosi, tale livello entrerà in vigore solo nel 2016. Oggi, il Livello V soddisferà o supererà i requisiti di qualsiasi ente regolamentatore a livello mondiale. I produttori di alimentatori indicano la conformità apponendo sull'alimentatore un'etichetta col numero romano V come specificato dall'International Efficiency Marking Protocol for External Power Supplies Version 3.0, aggiornato nel settembre 2013. Quest'ultima versione del Protocollo fornisce ulteriore flessibilità sul punto in cui può essere posta la marcatura.

Figura 2: Esempio di un'etichetta di marcatura di CUI.

Sebbene attualmente l'Unione Europea sia l'unico ente regolamentatore ad avere imposto la conformità con lo standard di Livello V, la maggior parte dei produttori di alimentatori esterni ha adattato i propri portafogli di prodotti per soddisfare questi requisiti. Gli adattamenti sono una risposta diretta alle esigenze degli OEM di avere una piattaforma di alimentatori universale per i loro prodotti che vengono spediti in tutto il mondo.

Soglie di prestazione

La tabella seguente mostra un riepilogo delle soglie di prestazione fissate nel corso degli anni, fino ad oggi.

Il metodo di test approvato a livello internazionale per determinare l'efficienza è stato pubblicato da IEC come AS/NZS 4665 Parte 1 e Parte 2. L'approccio adottato per stabilire un dato livello di efficienza consiste nel misurare la potenza di ingresso e quella di uscita in 4 punti definiti: 25%, 50%, 75% e 100% dell'uscita di potenza nominale. I dati per tutti e 4 i punti sono riportati separatamente e come media aritmetica dell'efficienza attiva dei 4 punti.

Deroghe correnti

Non tutti gli alimentatori esterni vengono trattati allo stesso modo ed esistono delle deroghe sia negli Stati Uniti che nell'Unione Europea. Negli Stati Uniti, il Congresso nella sezione 301 dell'EISA 2007 ha scritto delle disposizioni che escludono determinati tipi di alimentatori esterni. Si tratta di dispositivi che:

• Devono essere compresi nell'elenco e approvati dalla Federal Food and Drug Administration come dispositivi medicali in conformità con la sezione 513 del Federal Food, Drug, and Cosmetic Act (21 U.S.C. 360c).
• Alimentano il caricabatteria di un gruppo batteria rimovibile o caricano la batteria di un prodotto che è azionato interamente o principalmente da un motore.
• Sono resi disponibili come componente di servizio o ricambio da parte del costruttore di un prodotto fabbricato prima del 1 luglio 2008 per il quale l'alimentatore esterno era il carico primario. Gli alimentatori usati a tale fine possono essere stati prodotti dopo il 1 luglio 2008.

L'Unione Europea ha stabilito deroghe simili a quelle degli Stati Uniti. Sono esentati gli alimentatori esterni per dispositivi medicali, caricabatteria e prodotti di servizio. Inoltre, esiste una deroga per i dispositivi EPS a bassa tensione. Per alimentatore esterno a bassa tensione si intende un'unità con una tensione di uscita di targa inferiore a 6 volt e una corrente di uscita di targa maggiore di o uguale a 550 mA.

Passaggio al Livello VI

I produttori di alimentatori, incluso CUI, si stanno già preparando per la prossima transizione agli standard più stringenti del Livello VI. Accanto a normative più rigorose per gli adattatori esistenti, il nuovo standard espande la gamma di prodotti che ricadono nel suo ambito. I prodotti regolamentati ora includono:

• Alimentatori esterni a tensioni multiple
• Prodotti con livelli di potenza >250 watt

Le nuove soglie prestazionali sono riassunte nella tabella seguente:

Definizioni

Per alimentatore c.a./c.c. esterno a tensione singola si intende un alimentatore esterno progettato per convertire la tensione in c.a. di linea in tensione c.c. più bassa, in grado di effettuare la conversione in una sola tensione di uscita c.c. alla volta.

Per alimentatore c.a./c.a. esterno a tensione singola si intende un alimentatore esterno progettato per convertire la tensione in c.a. di linea in tensione c.a. più bassa, in grado di effettuare la conversione in una sola tensione di uscita c.a. alla volta.

Per alimentatore esterno a tensioni multiple si intende un alimentatore esterno progettato per convertire la tensione di linea in c.a. in ingresso contemporaneamente in più di un'uscita a tensione più bassa.

Per alimentatore esterno a bassa tensione si intende un alimentatore esterno con una tensione di uscita di targa inferiore a 6 volt e una corrente di uscita di targa maggiore di o uguale a 550 mA. Per alimentatore esterno a tensione base si intende un alimentatore esterno non a bassa tensione.

EPSS a funzionamento diretto e indiretto

Il nuovo standard definisce anche gli alimentatori come prodotti a funzionamento diretto e a funzionamento indiretto. Un prodotto a funzionamento diretto è un EPS che funziona nella sua applicazione finale senza l'ausilio di una batteria. Un EPS a funzionamento indiretto non è un caricabatteria ma non può azionare il prodotto finale senza l'ausilio di una batteria. Il nuovo standard si applica solo agli alimentatori esterni a funzionamento diretto. I modelli a funzionamento indiretto saranno sempre retti dai limiti definiti da EISA2007. Il Dipartimento dell'Energia ha dato le seguenti istruzioni (Figura 3) per contribuire a distinguere tra alimentatori a funzionamento diretto e indiretto:

Figura 3: Passi per determinare gli alimentatori esterni diretti e indiretti.

Deroghe al Livello VI

Il nuovo Livello VI definisce anche le deroghe per i prodotti EPS. Gli standard sugli EPS a funzionamento diretto non si applicano se:

• Il dispositivo è compreso nell'elenco e approvato dalla Federal Food and Drug Administration come dispositivo medicale in conformità con la sezione 360c del titolo 21; oppure
• Si tratta di un alimentatore esterno c.a./c.c. a funzionamento diretto con una tensione di uscita di targa inferiore a 3 volt e una corrente di uscita di targa maggiore di o uguale a 1.000 mA che carica la batteria di un prodotto che è azionato completamente o principalmente da un motore.

Prospettive future

La data di conformità per i nuovi requisiti è stata fissata al 10 febbraio 2016, due anni dopo la pubblicazione della norma nel Federal Register. È importante notare che la conformità al nuovo standard partirà dalla data di fabbricazione o di importazione negli USA, pertanto i prodotti esistenti possono essere comunque spediti, a condizione che la data di fabbricazione o importazione USA sia antecedente al 10 febbraio 2016. Saranno richiesti requisiti di etichettatura per soddisfare lo stesso International Efficiency Marking Protocol for External Power Supplies Version 3.0 dello standard attuale del Livello V.

Globalmente, ci si attende che altre nazioni si adeguino presto a questo standard. Nell'Unione Europea, sono al momento in atto delle discussioni per la revisione della Direttiva EuP (norma cogente) per gli alimentatori esterni al fine di armonizzarla con la maggior parte, se non tutti, gli standard statunitensi. Ci si dovrebbe attendere che anche paesi le cui norme esistenti sull'efficienza sono in linea con quelle statunitensi, compresi Canada e Australia, si muovano per armonizzarle con il nuovo standard.

Riepilogo

L'EPA stima che le norme sull'efficienza degli alimentatori esterni implementate nell'ultimo decennio abbiano ridotto i consumi energetici di 32 miliardi di kilowatt, pari a un risparmio annuale di USD 2,5 miliardi e a una riduzione delle emissioni di CO₂ di oltre 24 milioni di tonnellate l'anno. Andando oltre le normative nazionali in vigore, molti OEM stanno iniziando a chiedere alimentatori "più ecologici" per differenziare i propri prodotti finali, spingendo sempre più in alto le efficienze e stanno anche sostenendo con forza l'adozione di tecnologie di controllo che in alcuni casi eliminano completamente i consumi energetici a vuoto. Verso la fine del 2014, CUI Inc ha iniziato a introdurre adattatori conformi al Livello VI affinché i propri clienti fossero un passo avanti rispetto alla legislazione imminente. Guardando al futuro, CUI continuerà ad adoperarsi per implementare nei propri alimentatori esterni le tecnologie di risparmio energetico più innovative, al fine di far fronte alle domande del mercato e della conformità con le normative correnti e future. DigiKey tratta moltissimi alimentatori conformi al Livello V e al Livello VI e offre sul proprio sito Web numerosi dispositivi conformi al Livello VI.