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Alimentatore da 25A Studio e Realizzazione |
Iniziamo subito parlando dello schema, iniziando dall'ingresso e procedendo con ordine.
Come si potrà notare, nello schema non ho inserito ne il Trasformatore ne il Ponte di Diodi.
Inutile dire che, senza questi due elementi, non è concepibile parlare di Alimentatori!
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Trasformatore
Potenza da 400 a 600 VA per un'erogare di corrente da 25 a 37.5A. Primario 220V. Secondario 16V
Per trasformatori sotto la soglia dei 400VA, si rimanda alla trattazione della '
Protezione per Sovratensioni
'
Su uno degli ingressi del primario, va inserito un fusibile da 5A.
Per il secondario i 16V in uscita, sono ottimali per alimentatori da 13.8V. Va ricordato che la tensione in ingresso, moltiplicata per il
fattore di guadagno del ponte raddrizzatore, sottratto il valore della tensione di uscita, sarà dissipata come calore dai transistor di potenza.
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V_dissipazione = ((V_in * 1.41) - 1.4) - V_out
16 * 1.41 = 22.56 - 1.4 = 21.16 - 13.8 = 7.36V
18 * 1.41 = 25.36 - 1.4 = 23.96 - 13.8 = 10.16V
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1.41 = fattore di guadagno del ponte di diodi 1.4 = caduta di tensione del ponte di diodi
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Come si vede dagli esempi, la tensione che, sotto forma di calore i transistor di potenza dovranno dissipare, è notevolmente maggiore
della semplice differenza tra la tensione d'ingresso e quella di uscita. Questo fattore, deve essere preso seriamente in considerazione, quando
si progetta un alimentatore.
Ponte di Diodi
Ponte di diodi 600 - 1000V / 35 - 50A.
La potenza del ponte, dipende dalla tensione d'ingresso e dalla capacità dei condensatori di livellamento. Dovrà poter sopportare l'elevata
corrente di carica dei condensatori, al momento dell'inserimento del carico, superiore rispetto a quella massima erogata e con una tensione
pari almeno a quattro cinque volte quella erogata dal trasformatore.
Condensatore di Livellamento C1
Elettrolitico, il cui valore dipende dalla massima corrente erogabile.
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Esempio per un alimentatore da 25A
C1 = 1.8 * I
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C1 in microfarad 1.8 valore costante I in milliamper
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C1 = 1.8 * 25.000 = 45.000 mF
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Se si tiene conto che l'amperaggio preso in considerazione è di picco e si può supporre un'erogazione massima costante di 20A,
si può pensare di prendere in considerazione uno da 35.000 mF.
Sicuramente non si troveranno condensatori di questo valore, se ne dovranno inserire due o più, di valore inferiore, in parallelo.
R1
Serve ad abbassare rapidamente la tensione dell'alimentatore, quando si dovrà spegnerlo.
Protezione per sovratensioni
I1
è un normale interruttore automatico monofase da 25A, del tipo che si utilizza nel generale di casa.
Se si volesse sottoprogettare l'alimentatore, con un trasformatore al disotto dei 400VA, e con una tensione in uscita diversa da 16V, si
dovrà ricalcolare la potenza d'intervento dell'interruttore, secondo la formula:
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I = W / V = 400 / 16 = 25 A
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D1
è un grosso Diodo SCR da 200V 50A. In caso di sovratensioni in uscita, questo diodo sarà attivato, cortocircuitando il
positivo con la massa, facendo così scattare l'interruttore automatico. Dovrà perciò sopportare tutti gli amper
che l'alimentatore sarà in grado di erogare.
C8 - R9
sono dei normali componenti, salvo che R9 dovrà essere da 2W o più.
D2
è l'elemento centrale della protezione. Diodo Soppressore (Diodo a valanga) DVS 1.5KE15. Non è molto facile da trovare, ma si può
far ordinare, anche se poi se ne dovranno prendere almeno una decina, anche se non costano molto.
Funzionamento del circuito di protezione
Come risulta palese dal circuito il D2 è montato in controfasce, con il catodo collegato all'uscita positiva dell'alimentatore. In
questo modo il diodo risulta interdetto, fintanto che la tensione rimane al disotto dei circa 16V. Superata questa soglia, il diodo si
cortocircuita, e nel giro di qualche nanosecondo, scaricando attraverso R9 parte della tensione positiva in uscita. Questo fatto attiva il gate
dell'SCR che andando in conduzione, cortocircuita a massa l'ingresso. Attraverso l'SCR passeranno tutti gli amper che il trasformatore
sarà in grado di erogare, facendo così scattare l'automatico e spegnendo l'alimentatore.
Anche se l'automatico, dovrà essere riarmato a mano, bisognerà prestare attenzione alle cause che ne hanno determinato l'intervento.
Solitamente questo è dovuto ad una rottura di uno dei transistor di potenza, con la conseguente cortocircuitazione dell'ingresso con l'uscita.
Si può inserire un interruttore tra il positivo e il D2, così da escluderlo, nei casi in cui serva una tensione maggiore di 16V.
Transistor di potenza T1 - T2 - T3
Tre o più darlington
MJ-15004
montati su alette di raffreddamento. Se si vuole si può
montare un sistema di ventilazione. E' imperativo che siano della stessa casa costruttrice e possibilmente della stessa partita, per far
sì che siano il più possibile identici.
C2 - C3 - C4
Servono a cortocircuitare sulla base, le oscillazioni degli stessi transistor.
R3 - R4 - R5
Resistenze filari da 0.05ohm 20W. Solitamente si trovano da 0.1ohm 10W, di colore grigio e di sezione
quadrata. Basta montarne due in parallelo. Il wattagio così alto, dipende dal fatto, che attraverso di loro, passa tutta la potenza
erogata dall'alimentatore. Queste resistenze servono a far si che i transistor di potenza, che per quanto uguali, non potranno comportarsi in
maniera perfettamente identica, eroghino la stessa quantità di amper.
Stabilizzatore L200 e circuiteria ausiliaria
L200
è un ottimo regolatore di tensione stabilizzato. L'escursione è da +3V a +33V. Protezione per le sovracorrenti con soglia di
intervento determinata dalla resistenza inserita tra i terminali 2 - 5. Protezione termica. Ormai difficilmente è possibile trovarlo in
configurazione TO3, ma anche nel classico contenitore plastico, dovrà essere montato su un dissipatore dedicato.
R2
serve a pilotare i transistor di potenza, determinando una caduta di tensione tra le basi e gli emettitori, quando l'L200 inizia ad erogare.
Agiunta in data 13/07/2021
Anche se sarrà poca la potenza che il regolatore L200 erogherrà, essa passerrà attraverso questa resistenza.
Meglio che sia dimensionenata adeguatamente. Sarrà sufficiente una da 3 o 5 watt.
Un ringraziamento a Paolo I1IMA, che mi ha fatto notare questa mia dimenticanza.
C5 - C6
con questi condensatori si scaricheranno a massa eventuali oscillazioni residue presenti prima e dopo l'L200 e i darlington.
R7 - R8
tramite queste due resistenze, si potrà regolare la tensione d'uscita dell'alimentatore.
R6
questa resistenza, inserita tra i terminali 2 e 5 dell'L200, determina la soglia d'intervento della protezione contro le sovracorrenti.
Questa protezione interna è in base alla tensione che si leggerà ai capi della resistenza, in base alla seguente formula.
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I_out = V_2-5 / R6 per V_2-5 = 0.45V
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Percui, se pensiamo di avere una corrente di uscita massima di 35A, avremo:
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R6 = 0.45 / 35 = 0.0128 Ohm
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Invece per 25A: |
R6 = 0.45 / 25 = 0.018 Ohm
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C7
serve come ulteriore filtraggio della tensione d'uscita, per prevenire eventuali oscillazioni della stessa.
Una cosa che non è stata descritta, sono i filtri per il rientro di radiofrequenza, che saranno trattati appresso, nelle Note Pratiche.
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Note pratiche di costruzione |
Si può percorrere due strade, per la realizzazione del circuito.
La prima è creare un circuito stampato, tenendo conto, nel calcolo della larghezza delle piste, di rapportarle alle potenze in gioco,
almeno per quello che riguarda l'ingresso, fino all'inserzione degli emettitori dei transistor di potenza e dai collettori fino all'uscita,
mentre per l'L200 e la circuiteria ausiliaria, le piste possono anche essere abbastanza strette. Anche per il circuito di protezione, si
dovrà avere l'accortezza di avere piste larghe. La pista negativa, potrà espandersi fino a coprire il restante spazio della
basetta, lasciando comunque sufficiente spaziatura tra questa e le piste positive, c'è sempre una potenza discreta in gioco.
L'altra strada è utilizzare una basetta millefori e su di questa creare il circuito, usando del cavo unifilare da 2mm, per il positivo,
fino all'I1, D1 e da questo fino all'R2, per il trasformatore, il ponte di diodi, il C1, gli emettitori dei transistor di potenza, i collettori
di questi ed il collegamento alle R3/4/5, R6, C6, D2, C7, gli strumenti e le uscite e tutta la parte negativa.
Per la parte riguardante l'R2, C5, piedinatura dell'L200, R7, R8 e base dei transistor di potenza, tra il D2, R9, C8 e gate del D1,
potrà essere utilizzato un cavetto unifilare da 1mm.
Sarà opportuno collocare il ponte di diodi, su un dissipatore o avvitarlo alla scatola dell'alimentatore.
L'L200 se in configurazione TO3, dovrà essere montato su dissipatore, insieme ai transistor di potenza, preferibilmente nella parte
posteriore dell'alimentatore, avendo l'accortezza di usare l'apposita pasta tra il corpo del componente, i foglietti di mica e il dissipatore.
Per una migliore sicurezza, potranno essere inseriti degli isolatori, sui piedini di questi componenti, ricavati dalla guaina dei fili
unifilari da 1mm. Anche se l'L200 è in contenitore plastico, sarà preferibile montarlo su un dissipatore dedicato, da agganciare
sullo stampato.
I condensatori C2/3/4 saranno montati direttamente tra collettore e base dei transistor di potenza.
Per le R3 R4 e R5 possono essere usate due resistenze a filo da 0.1 ohm 10W, montate una sull'altra con le estremità saldate a due
spezzoni di cavo unifilare da 2mm che poi servirà ad inserirle sullo stampato.
Stessa cosa per l'R6, otto da 0.1 ohm 10W, montate quattro a quattro.
L'interruttore automatico potrà essere montato sul frontale dell'alimentatore, così che in caso di intervento, non si debba
aprire quest'ultimo, per riarmarlo.
Gli elettrolitici più grandi, potranno essere trovati con ghiere di fissaggio, montati all'esterno dello stampato e collegati a questa
con cavetti unifilari da 2mm.
Per il trimmer R8 si userà un variabile a filo da 10 giri, montato sul frontale, per una regolazione più accurata della tensione
di uscita.
Il porta fusibile si monterà lateralmente o nella parte posteriore della scatola. Sarà collegato ad uno degli ingressi del
primario del trasformatore e dalla parte opposta, all'interruttore di accensione, montato sul frontale.
La strumentazione, ad ago o digitale, montata sul frontale, potrà essere costituita da in volmetro collegato tra positivo e negativo, in
parallelo a C7 e un amperometro , inserito tra il positivo in arrivo dal C7 e i vari connettori positivi.
Sarà meglio inserire tanti filtri contro il rientro di radiofrequenza, quante sono le uscite, per attenuare al massimo l'interferenza
tra i vari dispositivi alimentati e tra questi e l'alimentatore. Si possono utilizzare delle bobine VK200, se si prevedono uscite di bassa
potenza. Nel caso di forti erogazioni, può essere usato del cavetto smaltato da 2mm avvolto con 3 - 4 spire, su dei nuclei cilindrici
di ferite. Tra i capi di queste bobine e la massa, dovranno essere montati dei condensatori da 100 nF, del tipo adatto a lavorare con la
radiofrequenza. Lo schema è quello riportato nel disegno che segue.
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Conclusioni |
Sperando di essere stato esauriente e chiaro nell'esposizione, non mi resta che augurarvi buon divertimento, nell'intraprendere la
realizzazione di questo alimentatore. Quello che ha realizzato il sottoscritto, sta funzionando da dieci anni, senza problemi.
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