INTRO
Il seguente alimentatore permette di avere in uscita una tensione che va da un minimo di 0V ad un massimo di 30V duali con una corrente massima fino a 5A. È un alimentatore lineare, quindi la tensione di uscita è a basso ripple anche se le cose peggiorano un pò quando si arriva intorno alla tensione massima e corrente massima. Quando si hanno i 30V e si assorbono 300mA il ripple è di 20mV picco picco mentre si arriva ad 1V picco picco con uscita a 30V e corrente di 5A, quindi su potenze di 150W. Con una piccola modifica si può migliorare il ripple. Essendo duale l’alimentatore permette di avere tensioni positivi e negative rispetto la massa.
L’alimentatore dispone di una protezione da cortocircuito o protezione da corrente massima che può essere settata da un minimo di 0.7Ampere ad un massimo di 5Ampere, questa protezione oltre che proteggere l’alimentatore da rotture protegge anche i circuiti che vengono alimentati.
Essendo un alimentatore lineare richiede di smaltire una elevata potenza, quindi serve un dissipatore molto grande e/o una ventola per il raffreddamento.
L’alimentatore può essere usato come alimentatore da banco per testare altri circuiti.
SCHEMA
Lo schema è il seguente:
La tensione di ingresso è la tensione di rete da 230Vrms 50HZ e questa tensione viene ridotta ad un valore di 26+26Vrms grazie al trasformatore T1, un trasformatore composto da due secondari da 26Vrms. 26Vrms è il valore minimo per avere 30V con un ripple massimo di 1V picco picco alla massima corrente. Se si usa un valore di 30V si garantisce un ripple molto minore. La potenza deve essere almeno di 250VA per avere correnti di 5A in uscita garantire buone caratteristiche e che il trasformatore non si bruci.
La tensione dei secondari viene raddrizzata da D1, ovvero un ponte di diodi da almeno 10A e 100V, ancora meglio se fatto con diodi Schottky come il BPC3501 che supporta 35A con una tensione di 100V. La tensione positiva viene filtrata da C2 mentre quella negativa viene filtrata da C1.
Per il ramo positivo la tensione di riferimento viene generata con uno Zener (D2) da 6.2V che garantisce una buona stabilità termica del riferimento. R2 pilota il diodo Zener mentre R4 fa variare la tensione di riferimento che giunge all’amplificatore operazionale e in particolare fa variare la tensione da un massimo di 6.2V a un minimo di 0V. Le capacità C3 e C5 servono per eliminare ripple e rumore dalla tensione di riferimento.
R3 e R6 formano il feedback dell’amplificatore operazionale che fa si che la tensione sul pin invertente sia uguale a quella sul pin non invertente e questo è possibile perché pilota il MOSFET Q1.
R5 e D3 formano il feedback di corrente, la tensione tra questi due elementi va ad accendere il transistor Q2. In particolare la corrente di polarizzazione giunge attraverso R10 e R7, quindi variando R10 si varia la corrente di base e quindi l’accensione del transistor. Se il transistor si accende toglie la tensione di polarizzazione del mosfet e così evita che la corrente sia maggiore di quella voluta.
C6 funge da ulteriore filtro mentre vout viene prelevata proprio ai capi di questo condensatore. Volendo si può inserire un diodo come spia di presenza rete ai capi di C2 insieme a una resistenza di protezione da 10kOhm.
Il ramo negativo funziona perfettamente nello stesso modo, solo che è tutto specchiato lungo la massa e inoltre tutte le tensioni sono negative. Si utilizza un mosfet di tipo N e un transistor NPN come protezione da cortocircuito.
POTENZA E CORRENTE MASSIMA
La resistenza di sensing dissipa 6W, quindi deve avere un valore di 10W, il diodo D3 dissipa invece 4W, quindi va connesso ad un aletta di raffreddamento . La corrente massima se non si usa un buon dissipatore, dipende dalla tensione in uscita. Infatti se si ha una tensione molto bassa in uscita (10V) e si vuole una corrente di 4A, il MOSFET dovrebbe dissipare 100W, cosa non possibile. Per avere 4A in ogni caso bisogna raddoppiare i mosfet come da figura:
Il transistor Q1 può essere un SUP90P06 o equivalente, ovvero tensione di soglia di 1V e corrente almeno di 6A se si usa un solo MOSFET o almeno 4A in caso se ne usassero 2.
Il MOSFET usato può sopportare una temperatura di giunzione di 175°C e ha una resistenza termica tra giunzione e case di 0.6°C/W. Supponendo di farlo lavorare con una temperatura ambiente di 30°C e di settare la temperatura di giunzione desiderata di 160°C per non bruciarlo, supponendo di volere avere una corrente di 5A in uscita fino ad un valore di 5V, usando due mosfet, il valore della resistenza termica del dissipatore per ogni MOSFET deve essere:
R_termica_dissipatore = ((Tjmax-Tamb)/Pd – Rjc – Rcs) = ((160-30)/75 – 0.6 – 1) = 0.2°C/W
dove Tjmax è la temperatura massima della giunzione, Tamb è la temperatura ambiente massima, Pd è la potenza dissipata, Rjc la resistenza termica tra giunzione e case e Rcs la resistenza termica tra case e dissipatore.
Servono quindi due dissipatori con resistenza termica almeno di 0.2°C/W se si vuole una corrente in tutto il range di 5A. In alternativa si può usare un dissipatore con ventola, tipo quelli dei processori, e connettere i mosfet e il diodo D3 tutti insieme.
Questo vale solo per un canale, servono quindi due dissipatori da 0.2°C/W, il primo per il canale positivo, il secondo per quello negativo.
Il circuito montato su breadboard ha il seguente aspetto.
DOWNLOAD
Potete scaricare la simulazione del circuito con MULTISIM14 al seguente LINK!!!
