Alcuni mini DC DC converter lineari
Continuo nella mia ricerca di soluzioni varie per ridurre una tensione continua abbastanza alta, con modesti assorbimenti. Parto da circuiti scolastici e poi testo soluzioni più ardite.
Descrizione
Questa volta provo a risolvere il mio problema, con i circuiti classici di stabilizzazione lineare. Qualche interessante spunto riguarda gli ultimi 2 circuiti, che utilizzano un classico stabilizzatore positivo fisso, in maniera un po' diversa.
Premetto che in questa pagina non vedrete niente di assolutamente nuovo, voglio semplicemente condividere un mio percorso di sperimentazione di soluzioni circuitali, per risolvere il mio problema di abbassare la tensione da 42 a 39 volt con assorbimenti da 10 a 60 mA ( ma con piccoli accorgimenti, soprattutto negli ultimi 2 circuiti si può esigere molto di più ) utilizzando una soluzione lineare.
PRIMO CIRCUITO:
Lo abbiamo visto tutti a scuola, zener ( in questo caso, una serie di 2 ) transistor a base comune, uscita su emettitore.
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Due parole sulla scelta e il dimensionamento dei componenti: Il transistor l'ho scelto per la sua grande Vbe, tuttavia può andare bene un qualsiasi NPN in TO126 che tolleri le tensioni e le correnti in gioco. Nel mio caso non c'è necessità di alettarlo, ma se si dimensiona il circuito per salti di tensione, o correnti maggiori, il transistor andrà raffreddato con un'adeguata aletta. In funzione della max corrente che si richiede, prendendo il valore di hfe min dai datasheet, si calcola la corrente da mandare in base per pilotare il transistor. Nel mio caso:hfemin=45 Ic max= 90mA, 90/45=2 mA. Per calcolare la resistenza di limitazione, occorrerà dividere il salto di tensione Vin-Vz per la corrente complessiva Iz+Ib che nel mio caso, pongo a 20mA, quindi 3/20mA ottengo 150 ohm.La potenza della resistenza sarà dato dal prodotto del valore resistivo col quadrato della corrente transitante ovvero:150* (20mA)^2 =0.06w Quindi da 1/4 di w andrà bene. I condensatori servono a migliorare la stabilità del circuito.
E' decisamente semplice, tuttavia è poco stabile al variare del carico, non è protetto contro i cortocircuiti inoltre ha una deriva enorme ( per me )della tensione in uscita, in funzione della temperatura ambiente, sentita dagli zener, che per la mia applicazione era intollerabile....... SCARTATO
SECONDO CIRCUITO:
In questo circuito si introducono un sacco di novità, migliorative: Posso modificare la tensione in uscita trimmerandola con precisione sul valore voluto, utilizzando zener che possono essere anche abbastanza lontani dal valore della tensione in uscita. L'introduzione del transistor pilota in base del transistor finale ha lo scopo di funzionare da retroazione negativa ottenendo una discreta immunità dalle variazioni di carico o dalla tensione in ingresso. due parole sul dimensionamento: La resistenza per fornire corrente allo zener, verrà calcolata come:
(Vo-Vz)/10mA quindi (39-27)/10mA=1K2
La resistenza per portare corrente alla base del finale ( i soliti 2mA) la calcolo così:
(Vin- Vbase)/2mA= (42-39.6)/2mA=1K2 ( Ho messo 1K perchè non avevo il valore, ma non cambia nulla)
Il partitore che alimenterà il transistor pilota è stato calcolato per avere una escursione di tensione col trimmer, da poco meno di 30v a circa 33v.
Il Circuito funziona bene, ma sostanzialmente soffre dello stesso difetto dell'altro, ovvero l' eccessiva sensibilità dello zener alla temperatura, fa avere delle derive della tensione in uscita, per me inaccettabili ....SCARTATO
TERZO CIRCUITO:
Deluso dai circuiti più tradizionali, ho usato lo schema applicativo che si usa su molti datasheet di regolatori lineari, per innalzare la tensione di uscita fissa, dell' integrato regolatore, la max tensione ammessa in ingresso, non viene superata poichè si misura tra il pin di ingresso e quello reputato per la massa, pin che in questo caso sarà a circa 27 volt, quindi la tensione che vedrà l'integrato in ingresso sarà (42-27)= 15 v circa...Una considerazione per il calcolo del partitore:
Bisogna considerare che la resistenza da 2K2 sarà interessata sia dalla corrente di partitore, che dalla Iq che esce dal pin GND dell' integrato, che in questo caso, è di circa 3 mA, quindi avrò che per calcolare le resistenze del partitore porrò a circa 10mA la corrente sulla R alta che avrà ai capi la 12v regolata dall'integrato, quindi la R sarà: 12v /10mA=1K2
Mentre la resistenza bassa del partitore vedrà cadere il resto della tensione, (27v) con una corrente (Iq+ I partitore ) ovvero: (39-12) /(3+10mA)=2076 ohm...per aggiustare un po' con valori commerciali, porremo la resistenza bassa a 2K2 e quella alta ad una serie tra 1K2 e 100 ohm... così i conti quadrano e la tensione in uscita è perfetta. Questo circuito, molto semplice soddisfa pienamente i miei requisiti, è molto stabile alla temperatura, al variare del carico, al variare della Vin, si dovrà però rinunciare alle protezioni di sovratemperatura e di cortocircuito, integrate nel dispositivo. Con le correnti da me assorbite, non serve aletta sul TO220.........APPROVATO
Ma si può fare di meglio...
QUARTO CIRCUITO:
Con questo circuito, si aggiunge al precedente, anche la tarabilità della tensione in uscita, senza dovere mediare con i valori di resistenza. La descrizione del calcolo dei valori delle resistenze, direi che è superflua. Con questo circuito ho ottenuto esattamente tutto quello che cercavo. Mi si potrebbe obiettare che avrei raggiunto risultati simili utilizzando un LM317 HV ( fino a 60v ) oppure avrei potuto utilizzare un reference di tensione più stabile ( es:lm431 ) sostituendolo allo zener, nel circuito col transistor, tutte soluzioni praticabili, ma in genere preferisco aprire il cassetto e vedere se posso fare qualcosa di buono con quello che ho già in casa ( spesso anche da surplus ) magari si impara qualcosa di nuovo.
