ALIMENTATORE DI PRECISIONE 5V, 12V e 24V

NE555   Schema per Realizzare un Alimentatore di Precisione per Diverse Tensioni Stabile in Temperatura e con pin di Sensing…

 

 

 

 





 

INTRO

Per alcune applicazioni, come amplificatori Hi-Fi, circuiti digitali ad alte prestazioni, o sistemi di misura, sono necessari alimentatori lineari il cui valore di tensione non vari con la temperatura, con la corrente assorbita, con la temperatura o con le fluttuazioni della tensione in ingresso. Inoltre questi tipi di alimentatori devono eliminare rumori in ingresso ed eliminare le fluttuazioni di corrente quando l’assorbimento di corrente cambia. Le caratteristiche di questo alimentatore è:

Le caratteristiche sono:

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Il coefficiente di temperatura, espresso in parti per milioni, indica come varia la tensione di uscita con la temperatura. Un valore 20 vuol dire che l’uscita varia di un valore 0.000002xVout per ogni grado centigrado. Ovvero se Vout nominale è 5V il segnale in uscita varia di 10µV per ogni grado centigrado. Il PSRR indica quanto rumore in ingresso si ritrova in uscita, ad esempio se vi è 1V di rumore in ingresso a 100Hz, in uscita ve ne sarà 316µV. La line regulation indica di quanto varia la tensione in uscita quando varia la tensione in ingresso, in questo caso vi è una variazione di 4.5µV per ogni volt di variazione. La load regulation indica come varia la tensione in uscita quando varia di colpo la corrente e misura il massimo valore di variazione, essa varia dello 0.0001% ovvero su 5V varia di 500µV se la corrente aumenta di colpo da 0.5 a 500mA. Questa variazione è solo per un breve istante. eN è il rumore ed esso è dato dal rumore di tutti i componenti, il suo valore è 500pV nella banda udibile. La tensione di uscita può essere 5V, 12V o 24V perché verranno presentati 3 diversi schemi mentre la corrente può andare da 0A a 10° massimi.

 




 

SCHEMA

Lo schema per ottenere 5V è il seguente:

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Lo schema per ottenere 12V è il seguente:

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Lo schema per ottenere 24V è il seguente:

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I tre schemi sono identici, quello che cambia è il rapporto delle resistenze R1/R4, il trasformatore utilizzato e la resistenza per realizzare il riferimento di tensione ovvero R2.

Il trasformatore riduce la tensione da 230V alla tensione desiderata, ovvero 7V per il generatore a 5V, 12V per quello a 12V mentre 20V per quello a 24V. La potenza dipende dalla corrente che si vuole in uscita, quindi la potenza deve essere Vout per la corrente che si vuole in uscita diviso radice di 2.

Si utilizza un ponte di diodi per raddrizzare la tensione, questo ponte di diodi deve avere una tensione inversa doppia rispetto a quella di uscita del trasformatore e una corrente che dipende dalla corrente in uscita. Ad esempio se si vogliono 10° il ponte di diodi deve essere almeno da 12A.

Le capacità C1 serve come filtro per eliminare il ripple.

La resistenza R2 insieme al diodo D4 polarizzano il componente che funge da riferimento di tensione, ovvero lo Zener regolabile TL431. Il diodo D4 viene utilizzato per mantenere stabile il riferimento al variare della tensione fornita dal raddrizzatore. Infatti se vi sono fluttuazioni, la corrente nel diodo aumenta facendo aumentare anche la tensione di riferimento ma aumentando la tensione ai capi del diodo l’aumento della tensione di riferimento viene smorzata. Il componente TL431 insieme alla resistenza di polarizzazione forniscono un riferimento di tensione stabile in temperatura con un coefficiente di temperatura molto piccolo.

Il riferimento di tensione, in funzione della temperatura genera la seguente tensione in uscita per quanto riguarda l’alimentatore a 5V.

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Le capacità C9 e C12 che sono capacità rispettivamente ceramiche e elettrolitiche la prima usata per eliminare il rumore ad alta frequenza vista la minore resistenza serie mentre l’altra capacità è usata come filtro per eliminare il ripple.

La tensione di riferimento giunge al pin invertente dell’amplificatore operazionale che fa si che la tensione sul pin non invertente sia uguale a quella del pin invertente. Questo viene mantenuta dal Mosfet Q1 che è pilotato dall’amplificatore operazionale. La tensione d’uscita dipende dal partitore resistivo R1/R4 mentre R3 serve per tarare precisamente la tensione di uscita e in particolare viene usato un trimmer rotativo multigiri per avere una precisione maggiore.

Il pin di riferimento positivo e negativo vanno connessi il più vicono possibile al carico rispettivamente alla tensione positiva e negativa. Questo viene fatto per compensare la caduta di tensione sui cavetti di connessione tra alimentatore e carico.

La capacità C2 serve per filtrare ripple e rumore in uscita. L’alimentatore montato su breadboard ha il seguente aspetto:

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POTENZA MASSIMA E DISSIPATORE

La potenza dei trasformatori, per avere 10A in uscita, è rispettivamente 5×10/1.41=35VA, 85VA e per l’alimentatore a 24V serve un trasformatore con una potenza di 140VA. Il Mosfet Q1 deve avere una tensione VDS massima di almeno 30V e una corrente di DRAIN maggiore di quella che si vuole in uscita, ad esempio per 10A in uscita ne serve uno di almeno 15A con almeno una potenza di 20W.

La potenza dissipata dal Mosfet dipenda dalla tensione VDS e dalla corrente massima che si vuole in uscita, questa è 20W nel caso dell’alimentatore a 24V con 10° in uscita mentre può essere calcolata o misurata negli altri casi.

Per quanto riguarda il dissipatore per il Mosfet, Considerando che si usa un Mosfet con package T0220 che hanno una resistenza termica del case di 1°C/W con una temperatura massima di giunzione di 175°C, inoltre considerando che non serve la mica isolante si ha una resistenza termica di contatto di 0.5°C/W si può calcolare la resistenza termica del dissipatore considerando una temperatura ambiente di 30°C. Supponendo di volere una temperatura massima di giunzione di 160°C che è accettabile visto che è la temperatura di giunzione e non del case e inoltre è minore di quella massima, effettuando i calcoli si ottiene la seguente resistenza termica del dissipatore:

Rtermica_dissipatore = (Tmax_desiderata-Tamb)/Potenza_max – Rt_case – Rt_contatto =

(160-30)/20 – 0.5 -1 = 5°C/W circa

Serve quindi un dissipatore da 5°C/W circa o minore.
 

DOWNLOAD

Potete scaricare la simulazione con MULTISIM al seguente LINK!!!





 

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ALIMENTATORE DI PRECISIONE 5V, 12V e 24V ultima modifica: 2016-12-10T17:57:29+00:00 da ne555

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