INTRO
Il seguente schema serve per realizzare un caricabatteria per batterie al piombo con tensione da 12V o da 6V. La corrente massima è 3A e può essere facilmente variata variando un componente del circuito mentre la tensione massima può essere variata on-line grazie a un potenziometro presente nel circuito. Lo schema presenta due LED, il primo che segnala la presenza della tensione di rete, il secondo che segnala se la batteria è sotto carica o no.
Lo schema permette di caricare le batterie con la tecnica a 2 fasi, ovvero quella che fa scorrere prima una corrente costante e poi permette di avere una tensione ai capi della batteria costante come si può vedere dalla figura sottostante.
La corrente iniziale dipende dalla corrente massima che si vuole mentre la tensione massima dipende dal trimmer. Nell’immagine è possibile vedere che vi è una prima fase a corrente quasi costante e poi una fase in cui vi è una tensione quasi costante.
SCHEMA
Lo schema è il seguente:
Il trasformatore ha un primario da 230Vrms e un secondario da 15Vrms ed esso riceve in ingresso la tensione di rete e fornisce in uscita una tensione molto minore. La tensione del secondaria viene raddrizzata da un ponte di diodi da 5A e poi filtrata dal condensatore C2.
LED1 e R20 servono per la segnalazione tensione di rete. Q1 è un transistor PNP da 5A e insieme al regolatore di tensione U1 che può essere un LM117 o un LM317 formano un regolatore di tensione da 5A in uscita. La resistenza R1 serve per attivare il transistor Q1 quando la corrente in uscita dal regolatore supera un valore pari a 0.7/R1. Se la corrente in uscita supera (in questo caso) 0.7A, il surplus di corrente viene fornito dal transistor Q1.
La tensione in uscita dal regolatore dipende da R2, R8 e R5 e in particolare va da un massimo di 13.7V ad un minimo di 12.5V in base al potenziometro R8. Se si vuole realizzare un caricatore per batterie da 6V bisogna usare R2 con un valore di 240ohm mentre il trasformatore deve avere un secondario da 9V con potenza 20VA.
R4 serve come resistenza di sensing e da essa dipende la corrente di uscita. Il valore della resistenza R4 è R4=0.7/Iout. Con il valore usato in figura la corrente massima in uscita è 3A. La corrente che fluisce in R4 fa si che si abbia una tensione che accende Q2 e Q3. Q2 garantisce il funzionamento del regolatore di tensione mentre Q3 fa si che si accenda il led LED2 che segnala che la batteria è sotto carica. Man mano che la corrente che fluisce verso la batteria diminuisce il transistor Q2 si spegne garantendo di avere una tensione che dipende solo dalle resistenze citate in precedenza.
Infine C3 e C4 fanno da filtri rispettivamente per la tensione in uscita e per la tensione di feedback del regolatore mentre D1 garantisce che la corrente fluisca solo in un verso facendo si che la batteria non eroghi corrente scaricandosi quando rimane connessa al caricatore.
POTENZA E SISTEMA DI RAFFREDDAMENTO
La resistenza R4 e R1 devono sopportare una potenza di 2W.
Il transistor Q1 e il regolatore U1 assorbono una buona quantità di potenza quindi hanno bisogno di un sistema di raffreddamento. Si possono usare due diversi dissipatori, uno per ognuno di essi oppure uno solo e si connettono gli elementi sopracitati con due miche isolanti per evitare corto circuiti. Considerando una corrente di 3A nel regolatore circolano 0.7A mentre nel transistor 2.3A.
Considerando che la tensione ai capi di C2, quando si ha il massimo della corrente è circa 16V mentre se la batteria è completamente scarica si hanno 10.2V ai suoi capi, considerando il diodo Schottky, tra collettore ed emettitore di Q1 si hanno 5.5V mentre tra ingresso e uscita di U1 si hanno circa 5V. Q1 assorbe un massimo di 13W mentre U1 un massimo di 3.5W per un totale di 17W approssimati per eccesso.
Considerando che i transistor usati hanno una resistenza termica del case di 1°C/W con una temperatura massima di giunzione di 150°C, inoltre considerando che con la mica isolante si ha una resistenza termica di contatto di 1°C/W si può calcolare la resistenza termica del dissipatore considerando una temperatura ambiente di 30°C e considerando di connettere entrambi gli elementi allo stesso dissipatore Supponendo di volere una temperatura massima di giunzione di 130°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 =
(130-30)/17 – 1 -1 = 4°C/W circa
Serve quindi un dissipatore da 4°C/W circa per entrambi gli elementi. Se si decide di avere una corrente maggiore in uscita il dissipatore deve essere più piccolo.
DOWNLOAD
Potete scaricare la simulazione con MULTISIM 14 al seguente LINK!!!
