Alimentatore variabile in tensione e corrente
La realizzazione di questo alimentatore da laboratorio nasce dall'eseginza di poter alimentare i miei circuiti e vari apparati, non avendo a disposizione soldi per poter ne acquistare uno già completo
Premetto che il progetto non è interamente mio, anzi devo ringraziare in modo particolare i2viu (Vittorio Crapella) e i miei insegnati di scuola che mi hanno sostenuto ed aiutato.
Infatti, non avendo ancora le conoscenze succifienti circa l'utilizzo degli operazionali, ho provato a progettare quanto da loro consigliato e successivamente confrontato le miei idee con lo schema originale dell'autore sopracitato.
Nonostante tutto, poichè l'intera realizzazione è derivata da una fase progettuale del mio progetto e da un successivo studio/confronto dello schema originale, e non da un copia-ricopia-incolla, ho deciso di pubblicare la mia esperienze e le piccole modifiche che ho apportato.
Premessa
Ipotizzando di voler realizzare un alimentatore che eroga in uscita una tensione continua variabile 1,25÷30V si richiede un trasformatore che fornisce sul secondario almeno 33Vac.
Questo comporta che, prelevando ad esempio una tensione in uscita di 5V, la differenza di potenziale ai capi dello stabilizzatore LM317 è elevata e consegue una grande dissipazione di calore.
Infatti e cresce all’aumentare della corrente assorbita dal carico.
Quindi per limitare la dissipazione di potenza, si introduce un circuito di controllo che permette di ridurre la differenza di potenziale ai capi del componente.
Descrizione: Tensione costante ai capi del regolatore di tensione LM317
Il mosfet IRFZ48 è in conduzione fino a quando la tensione ai capi del condensatore da 3000uF (C5)supera la tensione del diodo Zener da 5V, la caduta del diodo led del fotocopiatore 4N28 e la caduta dei due transistori Q1 e Q2. Infatti in tale situazione il led illuminandosi satura il transistor del 4N28, ponendo quindi a massa il pin 5 dell’operazionale. Quindi il pin 6 del medesimo integrato sarà ad un potenziale maggiore rispetto a quello dell’ingresso non invertente, l'uscita è di conseguenza 0V, che interdice a sua volta il mofset IRFZ48. Nel momento in cui la tensione ai capi del condensatore C5 scende sotto circa 6V, l’ingresso 5 dell’operazionale si troverà ad un potenziale maggiore rispetto al pin 6, l’uscita 7 pertanto sarà alta e pone in conduzione il mofset che ricaricherà di conseguenza il condensatore fino a quando la differenza di potenziale non supera nuovamente i 6V. In serie sull'uscita prima dei morsetti è opportuno inserire due toroidi con il filo isolato dal diametro minimo di 1mm, il primo sulla linea del positivo e il secondo sul negativo. Questo è necessario per togliere eventuali disturbi residui del PWM, dovuti alla commutazione del mosfet.
Limitazione di corrente
Un operazione dell'LM358 compara la tensione sull’ingresso invertente (pin2) delle due resistenza da 0.22 Ohm, che percorse dalla corrente proporzionale a quella di uscita, con la tensione fissata sul pin 3 tramite il potenziometro da 4,7k Ohm. Sul pin 3 si può variare la tensione tra 0 e circa 0,7V che è la caduta di tensione del diodo D1 1N4007 e ne consegue che se viene fissata, ad esempio, 0.5V sul pin 3 all'uscita dell'operazionale si avrà un livello alto che non influenzerà il pin 5 di IC1B. Invece, se la caduta di tensione su R15 riportata sul pin 2 di IC1A supera quella del pin 3, l'uscita pin 1 va bassa e questa volta anche D1 conduce trascinando basso il pin 3 di U1A che forza basso pure l'uscita pin 1 di IC1A che interdirà il mosfet limitando quindi la corrente.
In questo modo, si riesce a limitare la corrente, da un minimo di circa 250mA. Teoricamente dovrebbero essere meno, ma a cause delle tolleranze, spero sia questo il problema, la limitazione interviene superata questa soglia abbassando la tensione in uscita. Un'altra spiegazione per cui la corrente viene limitata dopo la "soglia" dei 250mA, secondo me è anche dovuta al fatto che il condensatore è in grado di sostenere con la sua carica questi piccoli carichi. Devo provare a tenere sotto sfrozo per un po' il condensatore e vedere se dopo qualche tempo non riesce più a caricarsi a sufficienza e quindi abbassarla ulteriormente.
Per coloro che sono proprio interessati ad avere una limitazione precisa, possono eliminare tale parte dal circuito e rimpiazzarla con un limitatore fatto con 2 LM350 subito prima dell'uscita.
Stabilizzatore di tensione LM317
L’integrato stabilizzatore LM317 consente una regolazione variabile dell’uscita tramite i due potenziometri collegati in serie.Quello da 4,7k Ohm consente una variazione grossolana della differenza di potenziale ai morsetti di uscita mentre quello da 470 Ohm permette regolazioni fini. Inoltre, l’ulteriore resistenza da 180 Ohm garantisce un minimo valore (1,25V) e soprattutto serve ad evitare un eventuale cortocircuito qualora entrambi i due potenziometri siano ad un valore ohmico pari a 0. Poiché l’LM317 eroga al massimo correnti di 1A, si introduce un transistor pnp di potenza in grado di richiamare una corrente di collettore di oltre 6A (MJ4502).In caso di corrente assorbita, la base del transistor si polarizza e permette la saturazione del componente e viene di conseguenza fornita la corrente necessaria richiesta dal carico.
E’ necessario alettare: l’LM317, l’MJ4502 e soprattutto il mosfet IRFZ48 per garantire un funzionamento regolare prolungato nel tempo e sottoposto a grandi correnti.
La protezione in corrente è data da un fusibile opportunamente dimensionato e posto sul primario poichè dall'involucro che ho reperito era già montato il portasubile in tale posizione e non l'ho spostato.
In caso di cortocircuito interviene la limitazione di corrente che provvede ad portare la tensione di uscita a 0V.
Schematico:
PCB:
Immagine:
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Il transistor mosfet è segnato come IRF510 qui nel pcb, in realtà è IRFZ48 ma non lo trovavo in nessuna libreria.
PDF:
Top: http://elektor.altervista.org/files/alimentatore_stabilizzato_protetto_5A_top.pdf
Bottom: http://elektor.altervista.org/files/alimentatore_stabilizzato_protetto_5a_bottom.pdf
Serigrafia: http://elektor.altervista.org/files/alimentatore_stabilizzato_protetto_5a_componenti.pdf
3D:
Realizzazione:
Frontalino: ho recuperato l'involucro da un vecchio alimentatore in kit di non so quanti anni fa e non più funzionante, scusate quindi se manca la scala per la regolazione di corrente (potenziometro a sinistra), della regolazione fine (potenziometro centrale) e quella della regolazione di tensione non è lineare e corretta.
Sul PCB ho segnato il potenziometro per grosse variazioni di tensione centrale, nella realizzazione l'ho spostato a sinistra.
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Posteriore: visibile l'aletta di raffreddamento del transistor di potenza MJ4502
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Realizzazione stampato: scusate se ci sono fili troppo lunghi ma mi hanno sempre insegnato che sono meglio lunghi che corti, e per prevenzione prerisco non farli proprio a misura....
Scusate la qualità delle fotografie ma non ho una grande macchina fotografica...
Vi allego anche l'indirizzo al mio sito web con la pagina interessata:
http://elektor.altervista.org/alimentatore_variabile.html
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