Progettazione alimentatore - realizzazione (parte3)

Alimentatore 24Volt 7Ampère 

In genere, alla prima accensione, il cuore batte forte... funzionerà? Si, funziona. Un primo collaudo ha dato esito positivo. Da alcune misure rilevo una tensione di uscita a vuoto di 26,5 volts, causate dalle differenze di valori e tolleranze dei componenti utilizzati e che si discostano dai valori di progetto. Per l'uso che ne devo fare non è un problema che però (alla bisogna) si può risolvere inserendo in serie alla R2 del partitore un minitrimmer di taratura. Ho collaudato il tutto con il dissaldatore ad aria calda misurando una tensione di uscita, a carico, di 25,5 volts. La prima preoccupazione è stata quella di misurare la temperatura dei dissipatori. Quello del ponte raddrizzatore raggiunge una temperatura di 66 gradi dopo 10 minuti di funzionamento. Il dissipatore più grande, preso in prestito da un PentiumII intel, arriva a 50 gradi ma credo che si stabilizzi con un uso più prolungato ad una temperatura più alta, comunque non critica. Il dissipatore dello stabilizzatore 7812, come previsto, resta a temperatura ambiente, segno che la resistenza da 10 ohm è del valore corretto ed i transistor lavorano alla grande. Non voglio provare a cortocircuitare l'uscita per verificare se funziona anche Q2... ho paura (prima o poi dovrò affrontarla). 

Durante la realizzazione mi sono accorto che la resistenza a filo che si vede al centro della basetta non era stata realizzata per essere stagnata (infatti lo stagno non si attacca...non ci avevo pensato). Allora ho risolto attaccandola a due fast-on con i corrispondenti (M/F) saldati direttamente nella basetta. Così se un domani voglio sperimentare altri valori, posso rimuoverla senza problemi. I cablaggi nella parte inferiore non voglio mostrarli...fanno proprio schifo, ma funzionano. Manca ancora il led di uscita, rosso con una resistenza da 1,2K. E' solo un fronzolo, utile però per verificare al volo se la tensione c'è o se è saltato qualcosa.

Ora sono alla ricerca di un contenitore che, viste le misure effettuate, è meglio che sia dotato di una ventola... guarda caso ho il case di un alimentatore con una mega ventola che aspetta di essere (ri)utilizzato. Dovrò prevedere un alimentazione separata a 12 volts per la ventola del case ed anche per la ventola del dissipatore dei due transistor (in foto non si vede). 7A richiedono una ventilazione adeguata per tenere sotto controllo la dissipazione del calore prodotto (vedi una possibile soluzione). Devo solo verificare se può contenere il mega trasformatore (enorme). Non è detto poi che un domani non mi sbizzarrisca di sperimentare le resistenze PTC o NTC come sensori per far entrare in protezione il circuito... ci penserò. Per ora l'importante è che funzioni in modo da poter recuperare altri componenti impossibili da recuperare con il succhiastagno, con la trecciola di rame o con il metodo del ferro da stiro. Alla prossima.

P.S. Antonio dice che ha caldo. Ripeto: Antonio dice che ha caldo.

Progettazione alimentatore - componenti (parte2)

Come avevo già annunciato nel post precedente, (progettazione partendo dai componenti) occorre andare un pò a ritroso e ri-adattare le scelte progettuali in funzione di ciò che si riesce a reperire.  Sono passato alla fase di selezione dei componenti per la realizzazione dell'alimentatore da 24 volts 6 A. Ne ho  anche approfittato per mettere un pò in ordine alcuni condensatori in poliestere classificandoli per capacità, non senza aver dovuto ripassare la composizione delle sigle stampigliate, che a volte generano un pò di confusione.

Trasformatore: ho recuperato un trasformatore da 200VA / 24V CA cod.TCN150071 dal macchinario per la ricarica delle cartucce, recuperato un paio di anni fa (conservare fa sempre comodo e così ho risparmiato al minimo una trentina di euro). E' sovradimensionato, ma almeno non corro il rischio di bruciare quello che avevo originariamente selezionato con il secondario a 12+12 e 5V. L'etichetta suggerisce di mettere in serie al secondario un fusibile da 8A, giusto il valore massimo supportato dal ponte raddrizzatore.

Ponte raddrizzatore: Un fantastico RS805 da 8A e 100V preso da alcuni alimentatori da PC che un rivenditore "generoso" mi ha ceduto solo perchè così poteva risparmiare sulla tassa di smaltimento dei suoi rifiuti elettronici.

Condensatore di livellamento: C1... qui dovrò metterne più di uno in parallelo, anche se il ripple di uscita, dato l'uso che ne devo fare (un carico resistivo per il dissaldatore ad aria calda) non è poi così critico. Comunque ne ho messo in cantiere almeno una decina per selezionare quelli di uguale tensione di lavoro e capacità

Transistor di potenza: Q1 e Q2  PNP TIP34C 10A 100V provenienti da un vecchio macchinario di incisione a CNC preso in carico da una tipografia. A proposito...devo ricordarmi di farmi restituire la meccanica a 2 assi data all'attrezzista pigro che "lavora" a tempo perso per realizzare il terzo asse....latita....

Stabilizatore di tensione: IC1 - 7812, di questi ne ho una "montagna" recuperati pazientemente assieme agli omologhi 7912 (-12V) che si trovano negli alimentatori dei PC in coppia assieme agli 7805 / 7905, oltre a quelli per i 3,3volts. 

Condensatore di disaccoppiamento C5, a massa dello stabilizzatore, un comune 10microF da 50V

Resistenza per deviare la corrente su Q1 (R1): anche qui nessun problema. 10 ohm 1/4 di Watt. Per calcolare la sua potenza basta moltiplicare il suo valore per il quadrato  della corrente che scorre in essa.

Resistenza per protezione da cortocircuiti (sense resistor R2): qui ho dovuto pazientare un po...0,12 ohm 7W non è proprio un valore facilmente reperibile... pensando di sostituirla con un pezzo di filo di rame di lunghezza "sperimentale", mi sono accorto che i miei tester, nella misura di bassi valori, sbagliano. Se metto in corto i puntali alla portata minima da 200ohm, uno segna 0.3 e l'altro 0.8. Di farli tarare nemmeno a parlarne (costa troppo) per cui ho preferito sottrarre il valore "a zero" dalla misura effettuata. La mancanza di una seconda cifra decimale mi costringe ad arrotondare un pò e rinunciare alla precisione che mi piacerebbe.. Alla fine... mi sono ricordato di un post di qualche anno fa. Ed ecco che salta fuori il riscaldatore da automobile a resistenze, che un meccanico aveva catalogato come "guasto" e salvato dal bidone delle cose da buttare. Ho alla fine selezionato la resistenza più grossa del valore che spero si avvicini il più possibile agli 0,12 ohm necessari. Al limite la protezione interverrà a valori di corrente diversi, considerando che comunque sia il trasformatore, il ponte  (8A) ed i transistor (10A) sono prudentemente sovradimensionati. Se misuro infatti 1 ohm contro l'1,2 calcolato (col tester starato), la protezione interverrà a 7A invece dei 6A inizialmente ipotizzati. Poco male, grazie al sovradimensionamento del ponte e di Q1.

Condensatori anti oscillazione (C3 C4) per lo stabilizzatore di tensione da 100.000pF sigla 104 se di produzione asiatica (notazione in pico farad con moltiplicatore), 100n (notazione in nano farad) se europei, .1 (notazione in microfarad) se americani ed u1 (notazione del menga) se tedeschi (speriamo si mettano d'accordo prima o poi per uniformare le sigle). 

Partitore di uscita: due resistenze (R3  R4) entrambe di valore uguale il più vicino a 470 ohm. Niente trimmer di regolazione, non serve in questa applicazione, almeno per ora. 

Dissipatori: in pratica è necessario solo per Q1 ma dato che lavora in coppia con Q2 e temperature diverse alterano le caratteristiche del silicio (spero il ragionamento sia giusto), li montiamo sullo stesso dissipatore, di dimensioni "generose" che fa tanto alimentatore "di potenza", magari, esageriamo, ...anche una mini ventola da portatile, vedremo. Voglio prevedere anche un dissipatore per il ponte raddrizzatore, analizzando il data sheet è raccomandato, ed uno mini anche per lo stabilizzatore...devo utilizzarli in quanto non ho più posto nei cassetti.

Morsetti di alimentazione: qui devo ancora decidere cosa montare, ho l'imbarazzo della scelta, anche se mi piacciono i morsetti a vite (quelli verdi). Forse salderò i fili direttamente sullo stampato in entrata, dato che il trasformatore è già dotato di morsetti a vite.

Basetta: o CS per i puristi...preferisco una millefori, così non devo preparare master, fotoincisione o trasferimento di toner, bagni di acido ecc... solo un accortezza...la linea che porta i 6A andrà "rinforzata" con un pò di filo di rame da 0.5mm. 

Per il contenitore ci devo ancora pensare...vedremo. L'importante è essere riusciti a recuperare un pò di componenti elettronici (TUTTI rigorosamente di recupero), a costo praticamente ZERO, con indubbio beneficio per l'ambiente...io la mia parte la faccio. Alla prossima.

P.S. Ho una zanzara tigre in ufficio. Ripeto: Ho una zanzara tigre in ufficio.

Progettazione alimentatore (parte1)

Devo sostituire un alimentatore switching guasto che, per ora, non voglio riparare (lo metto comunque da parte). Mi serve per alimentare il dissaldatore ad aria calda autocostruito che ho interamente realizzato da me, descritto nei post precedenti. 24 Volts 4 - 6 A. Mi servirà inoltre per alimentare un taglia polistirolo, usato per formare dei fogli su cui infilo gli integrati TH previo rivestimento con la carta stagnola (per le scariche elettrostatiche che potrebbero danneggiarli). Lo sto realizzando e presto, forse, pubblicherò le foto.

L'assorbimento di corrente suggerirebbe di progettare un alimentatore switching, sia per eigenze didattiche personali che pratiche, date la "alte" correnti in gioco. Ma ho da parte dei componenti di recupero, dei trasformatori, regolatori di tensione ed una montagna di condensatori che voglio ri-utilizzare. Inoltre, gli switching li sto studiando ma ho difficoltà con le bobine ed induttanze di filtro e trasformatori in alta frequenza che vanno costruiti sulla base di dati che non ho (ferriti di recupero che permeabilità hanno?) Per cui, decido di procedere con un alimentatore lineare, a trasformatore, e memorizzare qui, nel mio diario personale, i dati che mi servono per realizzarne altri. In giro si trovano parecchi schemi, quasi tutti inutilizzabili per due motivi. O la tensione non è quella che mi serve, o la corrente si limita a poche centinaia di milliampère, o vengono usati transistor o componenti che difficilmente si trovano di recupero, ma soprattutto nessuno spiega come calcolare il valore dei componenti, quasi fosse un segreto di stato da custodire gelosamente. Forse siamo considerati delle scimmiette che copiano quello che c'è e comprano quello che non si trova pronto. Io voglio solo capire, arrangiarmi, sbagliare e soprattutto imparare. Solo così posso spingermi oltre. Allora. Partiamo. L'approccio non è la partenza da dei dati di targa per poi sceliere i componenti. Per un "recuperatore elettronico" occorre fare il contrario, ossia partire dai componenti ed usare quello che si ha, adattando il progetto di conseguenza (per questo è indispensabile sapere cosa si fa). Ho per le mani un vecchio alimentatore di un apparato ISDN, un classico +5 1A e +/- 12V 200ma. L'alimentazione duale dei 12 volts mi suggerisce che il secondario del trasformatore è a doppio avvolgimento con presa centrale, che possono essere usati in serie per ottenere i 24 volts necessari. Parto già dal dubbio che il trasformatore in questione probabilmente a pieno carico inizierà a friggere, ma per ora non è un problema...ci penserò più avanti Per la cronaca, 24 volts per 6A serve un trasformatore da almeno 150VA. 

Decido di raddrizzare la tensione di uscita con un classico ponte a 4 diodi. La corrente che questi devono supportare (I diodo) dovrà essere del 20% superiore alla corrente massima erogabile (I max carico) nel caso di raddrizzatore a ponte (50% per raddrizzatore a semionda), per cui:

I diodo=I max carico +20%

Negli alimentatori da PC si possono facilmente reperire ponti raddrizzatori anche da 10 ampere e più, perfettamente recuperabili. Devo ancora frugare per controllare cosa ho per le mani. 

La tensione raddrizzata che si ottiene dopo il ponte raddrizzatore sarà data dalla formula:

Vponte=(V trasf - 1,4) * 1,41

dove Vtrasf è la tensione alternata nominale del secondario del trasformatore (24V), che darà nel nostro caso 31,87 Volts e 1,4 la caduta di tensione su due diodi del ponte che lavorano in coppia per ogni semionda. Nel caso di raddrizzatori a singola semionda, occorre sottrarre 0,7V. 

Condensatore di livellamento: Appena dopo il ponte, è meglio inserire un condensatore che abbia una capacità data dalla relazione:

C1= 20.000/(Vponte/I max carico)

La tensione di lavoro di questo condensatore dovrà essere abbondantemente superiore alla tensione calcolata dopo il ponte raddrizzatore. 

Lo stabilizzatore di tensione: Ho a disposizione un certo numero di 7812, stabilizzatori per 12 volts positivi. Bisogna ricordare che per farlo lavorare correttamente, occorre che in ingresso sia presente una tensione 1,4 volte superiore alla tensione dello stabilizzatore. Questo per gli stabilizzatori della serie 78xx da 12, 15, 18 e 24 volts.

Come ottenere in uscita i 24 volts?? Basta inserire in uscita un partitore di tensione composto da due resistenze che chiamaremo R3 ed R4 ed il cui valore si calcola nel seguente modo: 

R3= Vintegrato/0.025 dove Vintegrato nel nostro caso è 12Volts.

R4= (Vout-Vintegrato)/0.025 ed otteniamo due resistenze del valore di 480 ohm che andrà arrotondato al valore disponibile più vicino. 

Il valore 0.025 è la corrente (25 milliampère) che si decide di far scorrere nel partitore. Per variare la tensione  in uscita si varia la R4 usando un potenziometro o un trimmer di valore adeguato. Il piccolo condensatore (C5) in parallelo ad R4 sarà di valore standard di 10pF. 

E' meglio inserire fra i terminali in e out dello stabilizzatore, due capacità (C3 e C4) da 100.000pF che andranno posizionate più vicino possibile all'integrato per evitare fenomeni di autooscillazione. 

Dato che l'integrato U1 che stiamo usando (7812) può erogare al massimo un ampère...dobbiamo trovare una soluzione per farlo lavorare come stabilizzatore e nel contempo permettere l'erogazione della corrente che ci serve. Adotteremo la soluzione in figura, decidendo a priori di far passare nell'integrato 200mA ed il resto nel transistor PNP Q1. Si possono usare dei vetusti TIP32 da 10A e 400V, reperibili facilmente negli alimentatori da PC un pò datati. Quando la corrente assorbita supera il valore che abbiamo deciso, si polarizza la base del transistor che entra in conduzione e lascia passare su di sè la corrente in più. La resistenza R1 si può calcolare con delle formule che però dipendono dal guadagno del transistor. Dato che questo valore varia da transistor a transistor, si sceglie un valore che va da 9 a 12 ohm. In ogni caso, per calcolarla, usare le seguenti formule:

I base q1= Imax/Hfe dove Imax è la massima corrente erogabile dall'alimentatore ed Hfe il guadagno misurato del transistor Q1 (o preso come valore medio dal datasheet). Un valore prossimo a 40 per i transistor di potenza è comunque una buona partenza.

Ir1=0,2 -Ibase dove 0,2 sono i milliampère che lasciamo passino nel regolatore.

R1=0,7/Ir1 dove 0,7 è la tensione necessaria a portare in conduzione il transistor Q1.

La potenza di questa resistenza andrà calcolata con :

Watt r1= (Ir1*Ir1) / R1

Meglio inserire anche una protezione dai cortocircuiti. Per farlo occorre un altro transistor PNP Q2 uguale a quello già usato ed una resistenza a filo R2 in grado di supportare la corrente massima. La resistenza andrà calcolata con :

R2=0,7/Imax (verrà fuori un valore molto basso)

R2 può anche essere del tipo autocostruito, avvolta magari su un materiale isolante che resiste ad alte temperature...vetro, ceramica, pietra ecc....

Alla fine, verso l'uscita si inserisce un condensatore di livellamento C2 del valore 10 volte inferiore a quello usato subito dopo il ponte radrizzatore:

Cout=Cin/10  o C2=C1/10 con tensione nominale almeno doppia rispetto al valore di tensione progettato. 

Può essere cosa utile inserire un paio di led (ingresso ed uscita) per monitorare la presenza o meno della tensione necessaria, un interruttore principale ed un fusibile in ingresso. Per il calcolo della resistenza di caduta del led rimando ai tantissimi calcolatori on-line. 

OK. Montaggio su 1000fori, collaudo e tutto dovrebbe funzionare a meraviglia, ricordando di montare regolatore e transistor su un aletta di raffreddamento di dimensioni generose (quelle dei PentiumII intel sono ottime e si può tenere anche la ventolina per migliorare la dissipazione). 

Ora, pian piano, con moooolta calma e flemma dato che non ho nessun padrone aguzzino che mi frusta, passo alla realizzazione, dopo aver messo assieme i componenti che mi servono, adattando il tutto in base a quello che trovo.  Posso recuperare tiutti i componenti, compresa la presa VDE 220V, l'interruttore da pannello, i led, il dissipatore in alluminio...se tutto va bene posso recuperare anche un case ventilato...vedremo. Alla prossima.

P.S. Oreste chiama la pioggia e le nuvole arrivano da Est. Ripeto:Oreste chiama la pioggia e le nuvole arrivano da Est.