In questo articolo vediamo come realizzare e utilizzare un PSU load tester per Commodore 64 e Commodore 64C, in grado di controllare l'alimentatore non soltanto a vuoto, ma anche sotto carico.
Utilizziamo due carichi elettronici XY-FZ35 per verificare separatamente l'uscita a 5 V in corrente continua e quella a 9 V in corrente alternata. In questo modo possiamo controllare tensione, corrente, stabilità nel tempo e comportamento termico dell'alimentatore prima di collegarlo al computer.
Prima di effettuare qualsiasi collegamento sul PSU load tester, l'alimentatore del Commodore 64 deve essere scollegato dalla rete elettrica. Anche nel caso in cui sia necessario sostituire il fusibile dell'alimentatore, la spina deve essere completamente staccata dalla presa.
Perché testare l'alimentatore del Commodore 64
Gli alimentatori originali del Commodore 64 hanno ormai circa quarant'anni. Alcuni funzionano ancora perfettamente, altri possono essere guasti e altri ancora possono sembrare funzionanti a vuoto ma mostrare problemi quando devono effettivamente erogare corrente.
Non è quindi una buona idea utilizzare direttamente il Commodore 64 come carico per verificare se il suo alimentatore funziona.
Avevo già affrontato l'argomento nell'articolo Come riaccendere il Commodore dopo tanti anni, dove controllavo con il multimetro le tensioni prima di collegare l'alimentatore al computer.
Con questo PSU load tester facciamo un passo in più. Oltre a misurare le tensioni, sottoponiamo l'alimentatore a un carico controllato. Possiamo così vedere immediatamente come cambia la tensione quando iniziamo a richiedere corrente.
Tensioni e connettore dell'alimentatore
Un classico alimentatore Commodore 64 a scarpone riporta, come dati di targa, un'uscita da 5 V in corrente continua con corrente massima di 1,5 A e un'uscita da 9 V in corrente alternata con corrente massima di 1 A. L'alimentatore della fotografia ha un ingresso da 220 V in corrente alternata a 50 Hz, potenza nominale di 33 VA e fusibile sul primario del trasformatore da T160 mA.
Lo schema del PSU load tester
Iniziamo a descrivere lo schema, partendo dal pinout del connettore DIN dell'alimentatore del Commodore 64, indicato con P1.
Nello schema elettrico il connettore è rappresentato con i contatti rivolti verso l'osservatore. Questa rappresentazione è particolarmente comoda se utilizziamo una presa DIN femmina per costruire il tester, perché corrisponde al lato dove effettuiamo le saldature.
Il pinout può quindi apparire ribaltato rispetto ad alcuni schemi disponibili online.
Per rendere il tester compatibile con le diverse versioni degli alimentatori Commodore 64 e Commodore 64C, ho collegato in parallelo i pin 4 e 5 relativi all'uscita a 5 V in corrente continua. In questo modo non dobbiamo preoccuparci di quale dei due contatti venga utilizzato dalla specifica versione dell'alimentatore che stiamo provando.
Lo schema è sostanzialmente diviso in due sezioni indipendenti.
La prima sezione riguarda l'uscita a 5 V in corrente continua. I pin del connettore Commodore che portano questa tensione vengono collegati direttamente al primo electronic load XY-FZ35.
Il positivo viene collegato a L+ e anche a V+, mentre il negativo viene portato a L-. Nella configurazione utilizzata per questo progetto V- può rimanere libero, dato che sul modulo è già collegato internamente a L-.
In questo modo lo stesso alimentatore Commodore alimenta anche l'elettronica dell'XY-FZ35 e non serve una sorgente ausiliaria.
La seconda sezione parte dello schema gestisce invece l'uscita a 9 V in corrente alternata. L'XY-FZ35 lavora in corrente continua, quindi la tensione alternata deve prima essere raddrizzata. Consiglio di utilizzare un ponte raddrizzatore da almeno 10A, come il KBPC1010, anche se la corrente effettiva richiesta dall'alimentatore è molto più bassa.
Il sovradimensionamento permette di lavorare con un componente meno sollecitato rispetto a un ponte scelto esattamente al limite della corrente necessaria.
Dopo il ponte è presente un condensatore elettrolitico da 2200 microfarad e 35 V, utilizzato per livellare la tensione raddrizzata. Si può utilizzare tranquillamente un condensatore con una tensione nominale superiore, mentre non consiglio di scendere sotto i 35 V.
La tensione continua ottenuta viene quindi collegata al secondo XY-FZ35.
Nella mia realizzazione entrambi gli electronic load vengono alimentati direttamente dalle stesse tensioni che devono misurare e caricare. Questa soluzione rende il PSU load tester più semplice, perché non richiede un ulteriore alimentatore esterno.
C'è però una conseguenza pratica da tenere presente. Se la tensione erogata dall'alimentatore Commodore diminuisce sensibilmente, può cambiare anche la luminosità del display dell'electronic load. Se invece una delle tensioni manca completamente, il relativo electronic load rimane spento.
Per esempio, se il fusibile sul primario dell'alimentatore Commodore 64 è interrotto, non vengono generate né la tensione continua di 5 V né la tensione alternata di 9 V. Di conseguenza entrambi i display del PSU load tester rimangono spenti.
È anche possibile alimentare separatamente gli XY-FZ35 utilizzando un alimentatore dedicato collegato ai relativi ingressi di alimentazione V+ e V-. In questo caso la luminosità dei display rimane costante e possiamo vedere anche una condizione con tensione e corrente pari a zero quando l'alimentatore Commodore non eroga nulla.
Questa soluzione rende però il banco prova più complesso, perché bisogna aggiungere un ulteriore alimentatore e una seconda connessione alla rete elettrica. Per questo motivo, nella mia realizzazione ho preferito lasciare gli electronic load alimentati direttamente dall'alimentatore che stiamo provando.
Tornando a parlare del connettore DIN femmina, necessario per costruire il tester, si trova ancora abbastanza facilmente nei negozi di elettronica. Se proprio non si dispone del connettore, si possono utilizzare dei cavetti con pinze a coccodrillo, identificando con precisione i contatti dell'alimentatore. Considero però questa soluzione soltanto un'alternativa temporanea.
I piedini sono vicini e una pinza che si sposta può provocare un cortocircuito. Se non hai una buona manualità è molto meglio procurarsi il connettore corretto.
Perché non leggiamo 9 V sul secondo electronic load
I 9 V indicati sulla targa dell'alimentatore rappresentano il valore efficace RMS della tensione alternata.
Quando la raddrizziamo e utilizziamo un condensatore di livellamento, la tensione continua risultante tende verso il valore di picco della tensione alternata. In prima approssimazione questo valore si ottiene moltiplicando il valore efficace RMS per circa 1,41.
Con 9 V RMS otteniamo quindi teoricamente circa 12,7 V di picco.
Bisogna però considerare anche la caduta di tensione introdotta dal ponte raddrizzatore. Durante ogni semionda conducono due diodi e quindi una parte della tensione viene persa sul ponte.
Inoltre gli alimentatori Commodore originali mostrano una variazione piuttosto ampia della tensione alternata. Il valore cambia sensibilmente in funzione del carico e può cambiare anche tra due alimentatori apparentemente identici.
Durante le prove possiamo quindi trovare sul secondo XY-FZ35 valori che arrivano indicativamente intorno a 13 V in corrente continua a vuoto e che possono scendere anche verso 9,5 V in corrente continua con il carico attivato.
Questi valori non devono essere confrontati direttamente con i 9 V in corrente alternata riportati sull'etichetta, perché stiamo effettuando la misura dopo raddrizzamento e livellamento.
Come utilizzare gli XY-FZ35
Gli electronic load XY-FZ35 permettono di regolare facilmente la corrente richiesta all'alimentatore.
Premendo il pulsante ON/OFF possiamo attivare e disattivare il carico. Questa funzione è molto utile perché consente di vedere immediatamente come varia la tensione passando dalla condizione a vuoto alla condizione sotto carico.
Ruotando la manopola possiamo aumentare o diminuire la corrente assorbita.
Premendo brevemente la manopola possiamo cambiare la visualizzazione e controllare diversi parametri, tra cui corrente, potenza e tempo della prova.
Tenendo invece premuta la manopola entriamo nel menu delle impostazioni. Qui possiamo configurare anche le protezioni, come la soglia di sovratensione OVP e quella di sottotensione LVP.
Queste funzioni risultano particolarmente utili durante una prova prolungata. Possiamo impostare una finestra di tensione sufficientemente ampia e lasciare lavorare l'alimentatore senza dover osservare continuamente i display.
Se la tensione supera una delle soglie impostate, l'electronic load interviene, disconnettendo il carico, e segnala la condizione sul display.
Per effettuare le impostazioni, ecco il manuale dell'electronic load XY-FZ35.
Quanto caricare l'alimentatore
Non stiamo assolutamente eseguendo una prova distruttiva e non dobbiamo cercare il limite di rottura di un alimentatore che ha quarant'anni.
La prova principale può essere effettuata alla corrente nominale indicata sull'etichetta oppure leggermente al di sotto.
Sull'uscita a 5 V in corrente continua dell'alimentatore mostrato possiamo quindi arrivare fino a circa 1,5 A. Se vogliamo essere più prudenti possiamo fermarci poco prima.
È anche possibile effettuare prove a diversi livelli di carico. Basta ruotare la manopola e aumentare progressivamente la corrente, osservando come cambia la tensione. Questa prova non è indispensabile, ma può essere interessante per capire come si comporta l'alimentatore durante l'aumento del carico.
Sull'uscita a 9 V in corrente alternata bisogna ricordare che il secondo XY-FZ35 lavora dopo il ponte raddrizzatore e il condensatore. Dato che la tensione alternata viene successivamente raddrizzata e filtrata con un condensatore di elevata capacità, consiglio di impostare sull'electronic load una corrente pari a circa il 60% della corrente nominale AC indicata sulla targhetta dell'alimentatore.
Nel caso dell'alimentatore mostrato, che riporta 9 V in corrente alternata e 1 A, possiamo quindi impostare sul secondo XY-FZ35 una corrente di circa 0,6 A in corrente continua.
Anche su questo ramo è preferibile mantenere una prova prudenziale e non cercare di sovraccaricare il trasformatore.
Controllare tensione e stabilità nel tempo
L'uscita a 5 V in corrente continua deve essere molto più precisa rispetto all'uscita a 9 V in corrente alternata, perché stabilizzata.
Come riferimento pratico possiamo considerare circa 5,15 V come massimo a vuoto e circa 4,85 V come minimo sotto carico nominale. Sotto carico è normale vedere una tensione più bassa, ma deve rimanere comunque stabile nel tempo.
Per gli allarmi dell'XY-FZ35 conviene lasciare un margine leggermente superiore rispetto alla normale finestra di funzionamento. Bisogna infatti considerare anche la precisione dello strumento, i contatti e le piccole cadute sui cavi.
Non bisogna però guardare soltanto i valori massimi e minimi.
È molto importante osservare anche il drift della tensione durante il riscaldamento dell'alimentatore.
Se, per esempio, la tensione continua di 5 V parte da un valore corretto e continua lentamente a salire con il passare dei minuti, non è un buon segnale, anche se non ha ancora superato la soglia massima.
Lo stesso vale per una tensione che continua progressivamente a diminuire. Una deriva nel tempo può indicare problemi di regolazione, riscaldamento o difficoltà nell'erogazione della corrente.
Conviene quindi controllare la tensione appena acceso l'alimentatore e ripetere la lettura dopo alcuni minuti di funzionamento sotto carico.
Cavi corti e caduta di tensione
I collegamenti tra alimentatore ed electronic load devono essere corti e realizzati con cavi di buona sezione.
Nella mia realizzazione utilizzo cavi per casse con sezione di 0,75 mm² e mantengo i collegamenti molto corti. Considerando complessivamente andata e ritorno, la lunghezza massima è di circa 50 cm. Con una corrente di 1,5 A, la caduta di tensione teorica sui cavi è quindi nell'ordine di 17 mV. Utilizzando cavi di sezione maggiore, la resistenza diminuisce ulteriormente e con essa anche la caduta di tensione. Quindi, il valore letto sul display dell'electronic load, quando il carico è applicato, è leggermente inferiore alla tensione effettivamente erogata dall'alimentatore del Commodore 64.
La resistenza del cavo dipende dalla resistività del materiale, dalla lunghezza e dalla sezione. Possiamo calcolarla con la seconda legge di Ohm:
R = ρ × L / S
Conoscendo la resistenza e la corrente possiamo quindi calcolare la caduta di tensione:
V = R × I
Sul sito ValorosoIT è disponibile il calcolatore della legge di Ohm, resistività, AWG e mm², che consiglio di utilizzare per provare altre lunghezze, sezioni dei cavi e correnti di carico.
Per i più nerd che vogliono conoscere con precisione la tensione realmente erogata dall'alimentatore, è comunque preferibile utilizzare un multimetro e misurare direttamente sui contatti del connettore dell'alimentatore durante la prova sotto carico.
In questo modo non includiamo nella misura la caduta introdotta dai fili del PSU load tester, dai morsetti e dagli altri collegamenti.
Pulizia del connettore prima della prova
Prima di iniziare il test conviene controllare e pulire il connettore dell'alimentatore. I contatti ossidati possono introdurre resistenza e quindi una caduta di tensione che aumenta quando cresce la corrente.
Per la pulizia dei contatti utilizzo normalmente un disossidante per contatti elettrici a base oleosa, che oltre a pulire lascia anche una leggera protezione sul contatto.
Ventilazione degli electronic load
Sul retro degli XY-FZ35 sono presenti dissipatore e ventola. Non bisogna quindi appoggiare i moduli in una posizione che ostruisca la ventilazione. In particolare, non devono essere appoggiati con la ventola contro il piano di lavoro.
Lo stesso principio vale se decidiamo di costruire un contenitore in plastica o metallo.
Un contenitore renderebbe questo PSU load tester molto comodo da utilizzare e da trasportare, ma bisogna prevedere aperture e spazio sufficiente per permettere all'aria di circolare attorno ai dissipatori e alle ventole ed uscire dal contenitore.
Temperatura e odori dell'alimentatore
Durante una prova prolungata non dobbiamo osservare soltanto i valori elettrici.
Conviene controllare periodicamente anche la temperatura esterna dell'alimentatore e verificare che non compaiano fumo, odori di plastica surriscaldata o altri segnali anomali.
Ho provato molti alimentatori Commodore e anche diversi esemplari dello stesso modello. Per esempio, ho diversi alimentatori a scarpone che elettricamente si comportano in maniera simile, ma mostrano differenze evidenti per quanto riguarda la temperatura e gli odori.
Alcuni alimentatori diventano piuttosto caldi e possono emanare odore di plastica surriscaldata. Personalmente non utilizzerei questi esemplari, anche se in quel momento le tensioni risultano corrette.
Altri alimentatori, sottoposti allo stesso tipo di carico e lasciati accesi per parecchio tempo, rimangono invece molto più freschi.
Si può effettuare un controllo empirico toccando soltanto l'involucro esterno dell'alimentatore. Se diventa talmente caldo da non riuscire a tenere comodamente la mano sopra, è opportuno interrompere la prova e approfondire il problema.
Se abbiamo la possibilità di scegliere tra più esemplari, a parità di comportamento elettrico preferirei quello che lavora più fresco e non produce odori anomali.
Alimentatore vintage oppure moderno
Quando si parla di Commodore 64 nasce spesso la discussione tra chi preferisce utilizzare l'alimentatore originale e chi suggerisce di sostituirlo con un modello moderno.
Un alimentatore moderno ben progettato può certamente essere una soluzione migliore, soprattutto se il computer deve rimanere acceso molte ore ogni giorno.
Deve però essere realmente ben progettato, con componenti di qualità, dimensionamento corretto, buon filtraggio e protezioni adeguate. Un alimentatore moderno realizzato male può introdurre disturbi sull'audio, interferenze sull'immagine e problemi di affidabilità. Nel peggiore dei casi può anche mettere a rischio il computer.
Dall'altra parte, anche un alimentatore vintage può guastarsi. In particolare, un problema sulla regolazione dei 5 V può portare la tensione a salire progressivamente fino a valori pericolosi per l'elettronica del Commodore 64.
La possibilità di scegliere facilmente tra un alimentatore originale e uno moderno nasce anche dal fatto che sul Commodore 64 l'alimentatore è esterno.
Su altre apparecchiature vintage una parte importante dell'alimentazione è interna. Il Commodore 16, per esempio, riceve una tensione dall'alimentatore esterno ma dispone internamente della regolazione dei 5 V. Il drive per floppy Commodore 1541 integra trasformatore, raddrizzatori e regolatori. Anche i monitor e le TV hanno la propria alimentazione interna.
Non possiamo quindi pensare di sostituire preventivamente ogni sezione di alimentazione di qualsiasi apparecchiatura vintage.
Per un utilizzo saltuario del Commodore 64 preferisco controllare accuratamente l'alimentatore originale e continuare a utilizzarlo se supera le prove elettriche, termiche e di stabilità. Se invece il computer deve lavorare tutti i giorni per molte ore, ha senso valutare un alimentatore moderno di buona qualità.
Il test va ripetuto nel tempo
Un alimentatore che supera oggi tutte le prove non è garantito per sempre.
I componenti continuano a invecchiare e un guasto può verificarsi anche successivamente. È quindi opportuno ripetere periodicamente almeno il controllo della tensione continua di 5 V, soprattutto se il computer e il suo alimentatore rimangono inutilizzati per lunghi periodi.
Si può inoltre utilizzare una protezione aggiuntiva del tipo C64 Saver sulla tensione continua di 5 V. Questo dispositivo può proteggere il computer in caso di sovratensione, ma non sostituisce il controllo periodico dell'alimentatore.
Una evoluzione per Commodore Amiga
Successivamente ho modificato il mio PSU load tester per poter provare anche alcuni alimentatori Commodore Amiga.
L'uscita a 5 V in corrente continua può essere controllata con il primo electronic load, mentre l'uscita a 12 V in corrente continua viene collegata direttamente alla sezione continua del secondo load, a valle del ponte raddrizzatore.
Ho inoltre aggiunto un piccolo circuito separato con LED per verificare la presenza della tensione negativa a -12 V. Il LED viene utilizzato come indicazione della presenza di una tensione negativa sufficientemente elevata.
Questa modifica non è ancora presente nello schema mostrato in questo articolo e merita probabilmente un approfondimento dedicato con uno schema aggiornato.
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