Da Alta a Bassa Tensione Senza Trasformatore

NE555   Guida e Schema per Ottenere Bassa Tensione a Partire dalla Tensione di Rete Senza l’Uso di un Trasformatore…

 
 
 
 



 
INTRO
La tensione di rete domestica nominale in Italia è di 230V con variazioni di circa ±5% nelle zone dove la tensione è più stabile. Bisogna fare molta attenzione perchè in molti luoghi, per via di linee di distribuzione obsolete, la tensione non è così stabile e presenza variazioni in ampiezza molto maggiori. E’ consigliabile misurare la tensione della propria rete domestica e fare una media su varie misurazioni prima di iniziare a progettare questo schema. In ogni caso cercheremo di progettare questo schema in modo tale da essere tollerante a queste variazioni.

Molte volte è capitato di dover alimentare in bassissima tensione un utilizzatore che assorbe pochi mA, come un gruppo di Led, una ventola per PC, ecc ecc. La soluzione è quella di utilizzare un piccolo trasformatore ad avvolgimento oppure utilizzare un trasformatore switching tipo quello usato per caricare i cellulari. Vi è una terza soluzione; progettare uno schema come quello presentato in questo articolo.

Attenzione!!! Questo schema non permette di ottenere elevate potenze in uscita, vi sono dei vincoli sulla corrente di uscita. Inoltre questo schema non presenta un isolamento galvanico tra la rete di alimentazione domestica e il nostro utilizzatore a bassissima tensione; Se si rompe qualche elemento del circuito è probabile trovare una tensione elevata in uscita, bisogna quindi progettare lo schema in modo adeguato inserendo uno o più elementi di protezione.

 




 

SCHEMA

Lo  schema è molto semplice, sfrutta la caduta di tensione alternata su una resistenza e un condensatore per abbassare la tensione prima di raddrizzarla. Dopo essere stata raddrizzata la tensione viene filtrata e stabilizzata. Partendo da questa semplice considerazione lo schema che si ottiene è:

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Vout e Iout  sono rispettivamente la tensione e la corrente che si desidera in uscita. Iz  è la corrente assorbita dal diodo Zenner, quindi la corrente totale assorbita, trascurando la corrente che fluisce nel condensatore e nel ponte di diodi, è data da:

1)    I = Iz + Iout

Iz solitamente si aggira intorno i 20mA, è possibile dal Datasheet trovare il valore preciso, anche se considerare Iz=20mA è una buona approssimazione. La corrente I coincide quindi con la corrente Iin solo che la prima è continua, la seconda è alternata, quindi bisogna considerare il suo valore massimo. Si consiglia di non superare di circa 100mA la corrente in uscita, altrimenti serve un condensatore C1 di valore molto elevato, oppure una resistenza R1 piccola e di conseguenza di potenza elevata. Per quanto riguarda il fusibile, conviene scegliero con un valore di circa 3 volte la corrente totale.

Lo schema qui presentato si basa sull’ipotesi che R1=470Kohm quindi trascurabile rispetto alla reattanza capacitiva di C1. Se per il vostro scopo, servono correnti maggiori si può usare una resistenza R1 di qualche Kohm con una potenza di circa 5W con un relativo aumento di ingombro del circuito. Analizziamo il circuito con R1=470Kohm.

Trascurando la caduta di tensione su R2 la tensione in uscita vale:

2)   Vout = (V1 – 1.4) × 1.41

dove 1.4 è la caduta di tensione dovuta ai diodi del raddrizzatore e 1.41 deriva dal passaggio da corrente alternata a quella continua. Conosciamo Vout ma non V1, ricaviamola dalla formula sottostante:

3)   V1 = 1.4 + Vout / 1.41

Conoscendo V1 e la tensione di ingresso, che in italia è 230V possiamo conoscere la tensione che deve cadere sul condensatore:

4)   Vz = Vin – V1 = 230 – V1

Conoscendo tensione e corrente su un elemento passivo, grazie alla legge di Ohm possiamo calcolare la reattanza capacitiva desiderata:

5)   Zcapd = Vz / (1.41 × I)

La reattanza capacitiva di un condensatore vale:

6)   Zcap = 1 / (ω × C)    →  7)   C = 1 / (ω × Zcap)

dove C è la capacità del condensatore ed ω è uguale a 2×π×f dove f è la frequenza e in Italia vale 50Hz, quindi ω=315. Visto che la Zcapd deve essere tale da abbassare la tensione ai capi del ponte di diodi il suo valore è dato dalla formula (5). Quindi per concludere le due formule principali sono:

1**)   Zcapd = [Vin – (1.4 + Vout / 1.41)] / (1.41 × I)

2***)   C = 1 / (ω × Zcapd)

 




 
SCHEMA CON R1≅1KOhm

In questo caso la corrente che fluisce in R1 non è più trascurabile, quindi vi sarà una impedenza formata dal parallelo di R1 con C1, mentre in precedenza c’era solo la reattanza capacitiva di C1. In questo caso l’impedenza desiderata vale:

8)   Zd = [Vin – (1.4 + Vout / 1.41)] / (1.41 × I)

E’ uguale alla (1**), cambia solo il nome. Questa volta però l’induttanza è data da:

9)   Z = (Zcap × R1) / (Zcap + R1)

Si avranno 2 variabili, per semplificare si fissa il valore di C1 e si calcola R1:

10)   R1 = (Zd  × Zcap) / (Zcap  – Zd)

dove Zcap si calcola dalla (6) impostando un valore di C1, mentre, Zd si calcola dalla (8) impostando i valori si tensione e corrente totale desiderati in uscita, rispettivamente Vout e I.

Nel caso che R1 non abbia un valore molto elevato bisogna tenere conto del suo riscaldamento per effetto Joule, quindi bisogna utilizzare una resistenza di potenza opportuna, dove la potenza è:

11)   W = Vz² / R1   →  W = [Vin – (1.4 + Vout / 1.41)]² / R1

Conviene utilizzare sempre potenze maggiori di quelle derivanti dal calcolo.

 

DA ALTA TENSIONE A 12V 60mA

Dalle due formule, (1**) e (2**), sapendo grazie al datasheet del diodo zenner che IZ = 20 mA, si ottiene:

1**)   Zcapd = [Vin – (1.4 + Vout / 1.41)] / (1.41 × I) = [230- (1.4 + 12 / 1.41)] / (1.41 ×0.08) = 1958 Ohm

2**)   C = 1 / (ω × Zcapd) = 1 / (315 ×1958) = 1,62uF ≅ 1,5uF

Lo schema diventa quindi il seguente:

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Il circuito realizzato serve ad alimentare una ventola con corrente assorbita di 60mA e tensione 12V

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ATTENZIONE!!! QUESTO SCHEMA PUO’ RISULTARE MOLTO PERICOLOSO IN QUANTO NON VI E’ ISOLAMENTO GALVANICO TRA ALTA E BASSA TENSIONE. IN CASO DI GUASTO DELL’UTILIZZATORE O DEL DIODO ZENER LA TENSIONE IN USCITA PUO’ RISULTARE MOLTO ALTA.
 



 

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Da Alta a Bassa Tensione Senza Trasformatore ultima modifica: 2014-12-30T17:38:14+00:00 da ne555

2 pensieri su “Da Alta a Bassa Tensione Senza Trasformatore

  1. Salve, ho realizzato un generatore di piccole dimensioni che dalle misure fatte produce circa 900/920 volt in alternata, la resistenza complessiva del circuito è di circa 199.1 (0.2/0.3) Hom, usando la “formuletta” mi darebbe una corrente pari a 4.5/4.6 Ampere, dato che i terminali dell’avvolgimento sono particolarmente vicini tra loro, temo che ci possa essere il rischio dell’innesco di una scarica di corto circuito, per non “smontare” parte della bobina, se inserisco tra i terminali un isolante riesco a scongiurare il rischio?
    Quale materiale sarebbe più indicato?
    Come posso trasformare questi 900V in 220/240 senza trasformatore, oppure si deve convertire prima in continua e trasformarla con un inverter? … (mi sa che è troppo macchinoso) …
    Purtroppo la puleggia primaria del generatore, essendo in plastica si è consumata sull’asse interno e quindi non sono riuscito a effettuare le misurare sul circuito raddrizzatore, visto che non sono propriamente un “elettronico” potreste darmi le “misure” dei diodi e dei condensatori per ottimizzare lo sfruttamento dell’energia prodotta?

  2. Potresti usare il seguente schema per ottenere 220V ma in continua, altrimenti diventa problematico.
    Per le scariche cerca su internet un materiale con elevata costante dielettrica

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