Alimentatore Duale Regolabile da 1.5V a 20V, 5A

NE555 Voltmetro tensione schema regolabile laboratotio duale Corrente alimentatore 5A 5 20V 1   Alimentatore Regolabile con Tensione Duale da 1,5V a 22V con Corrente di 5Amperre. Ottimo da Utilizzare in Laboratorio, Dispone di un Display con Voltmetro…

 
 
 
 




 

INTRO

Un alimentatore si definisce lineare quando la corrente in ingresso è uguale a quella in uscita, trascurando piccole correnti per far funzionare i circuiti interni all’alimentatore.NE555 Voltmetro tensione schema regolabile laboratotio duale Corrente alimentatore 5A 5 20V 1   Questo implica che se Vin è maggiore di Vuot avrò che in ingresso assorbo una potenza maggiore rispetto a quella in ingresso e la potenza differenza cade sul circuito di potenza dell’alimentatore:

Pin = Vin x Iin

Pout =  Vout x Iout

Palimentatore = Pin x Pout

Ad esempio se ho Vin=22V e la corrente Iout=Iin=2A e Vout=5V avrò che Pin=44W, Pout=10W e la potenza assorbita dallo stadio di potenza dell’alimentatore lineare e 34W, quindi bisogna avere uno stadio di potenza in grado di sopportare 34W e oltre.

 




 

PROGETTAZIONE

Per realizzare un generatore di tensione variabile servono sostanzialmente 5 elementi, ovvero:

  1. Il trasformatore, per passare dalla tensione di rete ad una tensione minore, fornisce una tensione alternata che deve essere proporzionale alla tensione desiderata in uscita del generatore.
  2. Raddrizzatore, serve per rendere continua la tensione in uscita dal trasformatore
  3. Stabilizzatore di tensione, utile a generare una tensione stabilizzata che non varia nel tempo, purtroppo non si può prelevare elevata potenza da uno stabilizzatore di precisione
  4. Blocco di retroazione, misura la differenza tra la tensione dello stabilizzatore di tensione e la tensione in uscita e fornisce l’errore tra queste due tensioni così che il sistema possa rispondere all’errore.
  5. Amplificatore, necessario per ottenere elevate potenze in uscita.

Partendo dal punto 1 e 2 si è utilizzato un trasformatore a presa centrale in modo tale da avere una tensione stabilizzata in uscita sia positiva che negativa e per raddrizzarla si è utilizzato un ponte di Graetz con le relative capacità di filtraggio:

NE555 Voltmetro tensione schema regolabile laboratotio duale Corrente alimentatore 5A 5 20V 1

Il ponte di diodi deve essere scelto in modo tale da erogare più della corrente massima che si vuole in uscita e avere una tensione di rottura maggiore della tensione massima del trasformatore. Le due capacità di filtro servono per avere una tensione con un ripple minimo.

Di contro se si usa una capacità troppo grande vi saranno picchi di corrente necessari per caricare le capacità anche se il ripple sarà più piccolo all’aumentare delle capacità.

Per realizzare una tensione di riferimento molto precisa si può utilizzare o un circuito specifico per la generazione di una tensione molto precisa di riferimento, oppure si può utilizzare un diodo Zener opportunamente polarizzato. Inoltre è ben noto che i diodi hanno una caduta di potenziale di circa 0.6V, quindi anche con uno o due diodi si può creare un riferimento:

NE555 Voltmetro tensione schema regolabile laboratotio duale Corrente alimentatore 5A 5 20V 1   Il problema dei diodi è che la tensione ai capi dipende molto dalla temperatura e dalla tensione che vi circola dentro. In ogni caso per queste applicazioni, utilizzando alcune accortezze si può usare un riferimento di questo tipo.

In questo caso per realizzare un blocco di retroazione si utilizza un amplificatore operazionale che riceve in ingresso la tensione di riferimento e una parte della tensione di uscita e fornisce in uscita una tensione di controllo per l’elemento che deve limitare la tensione in uscita. Si avrà:

NE555 Voltmetro tensione schema regolabile laboratotio duale Corrente alimentatore 5A 5 20V 1

Per via del cortocircuito virtuale tra il pin – e + dell’operazionale vi avrà che Vp = Vref. Affinché questo sia vero devo avere che Vo deve essere il doppio di Vref visto che il partitore serve a dimezzare. Questo si ha grazie al fatto che se vario Vbe varia la caduta di tensione Vce, quindi se varia il partitore deve variare Vo e affinché questo sia vero varierà Vc che fa variare Vbe.

Ad esempio se utilizzo un partitore di 1/10 ovvero R1=10K e R2=90K avrò che Vo sarà pari a 10 volte Vref ovvero 13V. Se si utilizza un partitore variabile, ad esempio con un trimmer si riesce a far variare il partitore per vari valori ottenendo che Vo può variare.

Quindi prendo la tensione di riferimento, la comparo con la partizione della tensione di uscita e controllo il transistore Q1 che fa da amplificatore di corrente visto che non posso prelevare elevate correnti dal riferimento di tensione o dall’operazionale.

 




 

REALIZZAZIONE

Mettendo insieme tutti gli elementi visti prima quello che si ottiene è il seguente schema:NE555 Voltmetro tensione schema regolabile laboratotio duale Corrente alimentatore 5A 5 20V 1

Si utilizza un trasformatore a presa centrale con tensione di ingresso di 230v rms e uscita da 18V+18V rms. Raddrizzando questa tensione e filtrandola con un filtro pi greco composto da L1, C1 per il ramo positivo e L2, C2 per il ramo negativo si ottiene una tensione continua di (18-1.4)x1.41 = 23V circa per il ramo positivo e -23V per il ramo negativo. Quindi si può avere una tensione massima di circa +23V e -23V.

Per generare la tensione di riferimento si usa R1 per polarizzare i diodi D2 e D3 e dalla serie di questi diodi si preleva la tensione di riferimento di circa 1,3V. La tensione di riferimento viene inviata al piedino negativo dell’operazionale U1A mentre al piedino positivo vi è il partitore dell’uscita. Il primo operazionale è alimentato tra V+ e GND. Il secondo operazionale, U2A, viene alimentato tra GND e V- e riceve GND all’alimentazione positiva e V- a quella negativa vedendo quindi una tensione positiva tra + e -. Anche questo operazionale riceve la tensione di riferimento e la partizione dell’uscita.

Gli elementi serie sono formati da 4 transistor di cui a due a due formano una configurazione Darlington. In particolare Q1 è un transistor di segnale che pilota Q2 che è un transistor di potenza, per il ramo negativo invece Q3 è il transistor di segnale e Q4 quello di potenza. Viene usata la configurazione Darlington per avere una elevata amplificazione di corrente visto che i transistor di potenza non hanno elevati valori di amplificazione mentre i diodi di segnale non permettono di avere elevate correnti. Quindi assorbo poca corrente dall’operazionale ma riesco ad ottenerne elevata in uscita.

Il partitore è formato da R3 e R4 che limitano il valore minimo in uscita per i rispettivi canali e le resistenze R5 e R7 che sono un potenziometro unico, quindi variandone uno varia anche l’altro ottenendo che V+ = V- in modulo. Si può scegliere di avere due potenziometri separati e far variare V+ e V- separatamente e utilizzare due voltmetri o un commutatore e misurarli separatamente.

Infine le resistenze R6 e R8 sono resistenze di taratura, quindi si collega un voltmetro preciso in uscita e si tara ai valori desiderati massimi e minimi l’uscita, in particolare con questi due resistori vario la tensione massima in modulo. I diodi D6 E D7 servono a compensare le non linearità del partitore e le capacità C6 e C7 sono un ulteriore filtro.

NE555 Voltmetro tensione schema regolabile laboratotio duale Corrente alimentatore 5A 5 20V 1   Il voltmetro può essere un multimetro qualsiasi oppure può essere un modulo disponibile su Ebay a pochi euro; se si usa questo modulo come fatto da me è necessario usare uno stabilizzatore lineare integrato per alimentarlo visto che a 24V non può essere alimentato.

NE555 Voltmetro tensione schema regolabile laboratotio duale Corrente alimentatore 5A 5 20V 1

 




 

CORRENTE E POTENZA MASSIMA

La potenza massima dipende dagli elementi serie utilizzati e dai dissipatori. Gli elementi serie supportano una corrente continua di 6Amperre, quindi non conviene superare 5Amperre di assorbimento, inoltre supportano una tensione Vce massima di 100V quindi non si hanno problemi sulla tensione massima di rottura.

La Vce dipende dalla tensione in uscita; Se ho 20V in uscita avrò una Vce di 4V visto che Vce=24-Vout, se invece Vout=5V avrò Vce=19V. Si è a conoscenza che la potenza assorbita da un transistor è data dalla Vce per la corrente che vi fluisce, quindi con Vce=10V e I=2Amperre avrò una potenza di 20W.

Il dispositivo è in un case T0220 con temperatura di giunzione massima di 150°C. Questa temperatura non è riferita al dispositivo che accessibile dall’esterno ma al silicio interno ad esso. Senza dissipatore il dispositivo può dissipare una potenza massima di 2W.

Se si utilizza un dissipatore come quello di figura, con una resistenza termica di 12°C/W, connesso ai transistor (resistenza termica giunzione case di 1,7°C/W) con pasta termica e mica isolante (resistenza termica 0.5°C/W) ho una resistenza termica tra la giunzione e l’ambiente dato dalla somma di tutti questi contributi, ovvero circa 15°C/W. Posso raggiungere una temperatura massima di 150°C quindi posso avere una potenza massima di 10W. Ovviamente se utilizzo un elemento serie diverso (ad esempio un transistor con un case diverso, oppure ne utilizzo più in serie) oppure utilizzo un dissipatore migliore con una ventola, posso avere potenze maggiori.

Quindi in questo caso, vista la potenza massima di 10W che posso assorbire, posso avere 5Amperre con Vout=22V mentre posso avere solo 500mA per la tensione minima di uscita che posso ottenere ovvero 1,5V.





 

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Alimentatore Duale Regolabile da 1.5V a 20V, 5A ultima modifica: 2015-12-03T11:03:52+00:00 da ne555

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