Schema per Alimentare un Voltmetro LCD da Pannello che Richiede un’Alimentazione Isolata Galvanicamente…

 

 

 
 

 

INTRO

La quasi totalità del voltmetri da pannello LCD usa un integrato Intersil ICL7106.
Ne esistono versioni con sigla diversa ma il die (il chip di silicio) sembra lo stesso (li ho trovati in alcuni voltmetri da pannello cinesi).
L’integrato é molto bello e versatile con i suoi 3 1/2 digit , una sensibilita di +/-199mV fondo scala e un’impedenza di ingresso > di 100MOhm si presta ad una grande varietà di utilizzi.
Troverete voltmetri, amperometri, termometri, contagiri utilizzanti questo integrato; tutti con un punto debole, e cioè l’alimentazione dell’integrato deve essere galvanicamente isolata dalla tensione da misurare.
Se non c’è isolamento galvanico l’indicazione dello strumento in genere si porta a fondo scala e rimane lì inchiodata.
A me non è mai successo, ma penso che, in certe condizioni, si possa anche rompere l’integrato.
Questa complicazione non è dovuta a sadismo del progettista ma alla circuiteria analogica del convertitore A/D a doppia rampa.
In genere i venditori consigliano, dato il basso consumo, di usare una pila da 9Volt ma non è una soluzione molto pratica.
L’integrato funziona da 8 a 12 Volt e assorbe 1 mA.

Questa è la foto di uno dei tanti modulini in vendita.

 

 

SCHEMA

Qui di seguito vi proporrò alcuni circuiti di piccoli alimentatori isolati che forniscono una decina di volt e pochi milliampere sufficienti ad alimentare il suddetto circuito integrato.
Attenzione questi alimentatori non sono sufficienti ad alimentare la versione dell’integrato ICL7107 che pilota direttamente un display a LED e che per questa ragione consuma da 50 a 100mA a seconda dei display usati.
In questo caso, bisogna rassegnarsi a comprare un convertitore DC/DC isolato, tipo i moduli della TRACO, con conseguente salasso economico (il convertitore costa quanto il voltmetro).
Sono tutti circuiti realizzati, provati ed attualmente funzionanti, purtroppo fanno parte di apparecchiature varie che è problematico per me aprire per fotografare la parte di stampato dove sono montati. Cosa che comunque non sarebbe di grande utilità per chi volesse utilizzare questi schemi.
Sono riuscito a recuperare una foto del circuito con trasformatore, ma è una schifezza, che comunque vi mostro tanto per avere un’idea delle dimensioni del circuito (2.5x4cm).
L’alimentatore è il circuito millefori a destra con il trasformatore e la scatoletta è un volt/amperometro che usavo per i miei pannelli solari.Il tutto può essere lasciato sempre alimentato dalla batteria dei pannelli perchè consuma meno di 10mA.

Negli anni ,ho realizzato due tipi di soluzioni, una induttiva (con trasformatore di isolamento) e altre capacitive.
Cominciamo con quella induttiva.

Il circuito, alimentato da 10 a 15V, è realizzato utilizzando un integrato cmos CD40106 (6 trigger schmitt).
La sezione A è un oscillatore a 120kHz che fornisce un’onda quadra.
La sezione F inverte l’onda quadra.
Le restanti sezioni vengono usate in una configurazione a ponte per pilotare il trasformatore in ferrite (nucleo 12x10x8mm).
La configurazione a ponte viene usata perchè raddoppia l’ampiezza dell’onda quadra vista dal trasformatore.
Sul secondario del traformatore abbiamo un raddrizzatore duplicatore di tensione dove uno dei diodi è sostituito con uno zener.
In questo modo lo zener funziona da raddrizzatore in un senso e da zener nell’altro, cosicchè in uscita si ha una tensione pari alla Vzener meno la caduta di tensione sul diodo D1.
Chi limita la corrente nello zener è la reattanza del condensatore C2.
Si garantisce così di non superare la max tensione di alimentazione del modulo che è di 12Vdc.
Notare le masse diverse tra primario e secondario.
Per il trasformatore ho usato un nucleo della Siemens (ora EPCOS) della serie EP10 è un (quasi) cubetto di 13mm di lato completo di tutti i suoi ammennicoli (supporto per l’avvolgimento con piedini , mollette di chiusura).
Il materiale è N30 , il nucleo ha una AL(inductance factor) pari a 2000nH (L=AL x N²) : per il filo regolatevi in modo da riempire al massimo il volume disponibile.
Se siete dei raffinati potete impregnarlo anche se, data la frequenza, non è rumoroso ; ricordatevi , invece, che è un’onda quadra a 120kHz che potrebbe interferire con altri circuiti troppo vicini.
Poichè il componente non è critico , può essere usata una grande varietà di nuclei con AL suffcientemente alta e che sopportino la frequenza di 120kHz.
Io ne ho provati parecchi , se l’assorbimento è troppo alto si può agire sulla resistenza R1 che limita la corrente nel trasformatore e quindi l’assorbimento di corrente totale.
Il condensatore C5 è collegato tra le due masse ed è importante per stabilizzare il funzionamento di tutto l’ ambaradan per cui non toglietelo, se non volete ritrovarvi delle instabilità.
Questo circuito sta comodamente in un’area dello stampato di 3×3 cm.
Non stupitevi per il parrallelo delle uscite CMOS: è consentito dalle specifiche CMOS per aumentare la corrente di uscita (solo per i CMOS , non provateci con i TTL a transistor bipolari).
Io ne ho utilizzato fino a 5 in parallelo senza problemi e l’apparato funziona da anni (in pratica con 5 in parallelo si moltiplica per 5 la corrente fornibile o se preferite, con basse correnti, diminuisce la caduta di tensione di uscita).
I circuiti capacitivi sono a mio parere ancora più semplici (non c’è la “rogna” di dover avvolgere il trasformatore) , sono di dimensioni più contenute e con un consumo di corrente minore (le perdite nei circuiti magnetici sono più alte).

In questo caso è stato usato un LM555C. La strana configurazione circuitale del 555 serve per avere in uscita un’ onda quadra con duty cicle 50%.
Il 555 oscilla a circa 15kHz soltanto, perchè salendo di frequenza le sue prestazioni diminuiscono disastrosamente.
Il circuito raddrizzatore è un duplicatore sostanzialmente eguale al precedente con l’ uscita limitata a 11Volt max.

Questo schema, invece, utilizza un CMOS CD40106 e può essere utilizzato con apparati alimentati a 12 Volt.

Nel caso abbiate solo l’alimentazione a 5Volt si può utilizzare lo schema seguente dove il CD40106 può essere sostituito dal 74C14 che sopporta 7Volt max di alimentazione.

Anche qui viene usata una configurazione a ponte per pilotare il raddrizzatore duplicatore di tensione con una tensione ad onda quadra raddoppiata rispetto ai 5 Volt dell’alimentazione.

In generale è meglio usare il raddrizzatore duplicatore con lo zener se non si è sicuri della tensione di alimentazione.
Se la tensione di alimentazione è sicuramente costante lo zener si può anche togliere, cosa che fa diminuire leggermente il consumo.

In conclusione, anche se si tratta di cosette semplici, spero di avervi aiutato a risolvere un problemino che è più frequente di quello che ci si aspetta.

 
Articolo realizzato da Giacomo Pasini, lo staf di NE555.IT ringrazia l’autore 🙂
 

 

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