Costruirsi un alimentatore da laboratorio

[ginfizz]

Interessante anche per me! Da tanto tempo, io e brabus discutiamo su come realizzare un alimentatore da laboratorio serio!
Secondo la mia concezione, un alimentatore realizzabile e alla portata di progetto ha le specifiche

1. Uscite stabilizzate 5V, 9V, 12V da 1A;
2. Due uscite stabilizzate da 0-30V magari da 5A come proposto;
3. Almeno le due uscite variabili a masse separate per permettere la connessione in serie;

Allora, per quanto riguarda l'osservazione di Galaxy riguardo al possibile rumore presente in uscita avrei anch'io la stessa remora, ma gia' il lineare a valle dovrebbe eliminare, come gia' detto, tutta la sporcizia. Ad ogni modo basterebbe prevedere un deviatore che nel caso di alimentazione di circuiti particolarmente delicati mandi l'uscita del ponte direttamente sul lineare, cosi'si sta tranquilli. Anche perche' di solito i circuito delicati sono digitali, e quindi assorbono poco, e quindi ci sarebbe poca dissipazione in calore.
Lo step down switching stavo pensando gia' da tempo di farlo semplicemente con tre operazionali + un mosfet.
I primi due operazionali generebbero una onda a dente di sega che verrebbe inviata al piedino invertente del terzo operazionale.
Invece nel piedino non invertente arriverebbe la tensione in uscita dall'alimentatore, opportunamente ridotta con un apposito partitore. La risultante in uscita da questo terzo op-amp sarebbe una onda quadra con duty-cicle tanto piu' ampio quanto piu' e' ampia la tensione in uscita. Questa onda quadra verra' inviata al mosfet, segue il solito diodo Fast + induttanza che non saprei calcolare + condensatori di livellamento.
Per la parte lineare ci sarebbe solo l'imbarazzo della scelta.
Fate il preregolatore switching che poi lo copio per il mio alimentatore

[brabus]

In verita' anche io mi ero posto lo stesso problema, tempo fa. Ma poi mi son detto: "esistono carichi piu' meritevoli di altri? Perche' alcuni carichi devono poter contare su una tensione pulita, e gli altri devono accontentarsi?".

Uno switching ben progettato e' ben piu' pulito di molti lineari classici. direi che la difficolta' di progetto e' quasi la medesima.
Il prototipo che sto costruendo risolve tutti i problemi di configurazione, deviatori, serie e paralleli, con la modularita'.

Il tempo e' molto tiranno, ma la realizzazione dei moduli dell'alimentatore e' in cima alla lista delle cose da fare la prossima primavera.
Per realizzare l'alimentatore lineare "definitivo", sto iniziando a valutare l'idea di una ponte controllato a SCR (prima o dopo il trasformatore, questo e' da vedersi), seguito da un filtro di potenza a bassa frequenza (questa tecnica e' molto usata negli alimentatori per caricabatterie, dove la batteria funge da elemento filtrante). Vedremo dove portera' questa strada.

Se qualcuno vorra' intraprendere la strada switching, auguro buon lavoro! Sicuramente integrero' un modulo switching anche nel mio alimentatore, ma sara' in fondo alla lista per un bel pezzo...

[posta10100]

Ciao,
non sono sparito, solo che ho avuto una serie di contrattempi...

Intanto sono riuscito a montare su un bel pezzo di legno un bell'alimentatore ritrovato in garage... ha in uscita le tensioni piu` comuni: +5 -5, +12 e -12, oltre a una a 6Vac.
Buono per fare qualche prova....
Ho incollato anche 2 breadboard sulle quali montare i circuiti.
In questo modo posso spostare tutto insieme senza rischiare di perdere qualche connessione durante gli spostamenti dalla scrivania al laboratorio (alias angolo in ripostiglio).

Avevo in mente un circuitino per tenere entro certi limiti la tensione sul regolatore lineare (pensavo a 5V) composto da un operazionale usato per rilevare la tensione tra in e out del regolatore seguito da un trigger di Schmitt per accendere o spegnere un MOS che connette e disconnette il ponte al condensatore.

Non ho avuto ancora il tempo di provarlo fisicamente, ma mi riprometto di farlo nei prossimi 10/15 giorni, imprevisti permettendo.

Cosa ne pensate di un controllo di questo tipo?

[ginfizz]

switching ben progettato e' ben piu' pulito di molti lineari classici

Per chi lo sa progettare. Non certamente io .

direi che la difficolta' di progetto e' quasi la medesima.

Dai, Brabus, un buon lineare lo ottieni con un PNP di potenza ed un LM317, piu' un po' di roba attorno Se per te la difficolta' e' uguale, complimenti (dico sul serio)

ponte controllato a SCR (prima o dopo il trasformatore, questo e' da vedersi), seguito da un filtro di potenza a bassa frequenza (questa tecnica e' molto usata negli alimentatori per caricabatterie, dove la batteria funge da elemento filtrante)

Stavo pensao anch'io ad un controllo della potenza tramite SCR in serie, dopo il ponte. Avrei escluso il ponte SCR, che per me sarebbe troppo complicato, ma credo che dia una uscita poco pulita.
In un alimentatore da laboratorio la cosa prioritaria dovrebbe essere la possibilita' di ottenere una uscita piu' pulita possibile (oltre alla stabilita', protezione etc). Il ponte a SCR garantisce questa pulizia ?

Avevo in mente un circuitino per tenere entro certi limiti la tensione sul regolatore lineare (pensavo a 5V) composto da un operazionale usato per rilevare la tensione tra in e out del regolatore seguito da un trigger di Schmitt per accendere o spegnere un MOS che connette e disconnette il ponte al condensatore.

L'idea in teoria e' buona, ed andrebbe provata. Ma ahime', senza un oscilloscopio come si puo' controllare l'uscita ?
Io sono troppo accasinato per avere il tempo di provare anche solo il circuito che avevo in mente, che giace nelle cose da fare gia' da molti anni .

[brabus]

Per chi lo sa progettare. Non certamente io .

Guarda, per il momento anche io lascio stare. Devo risolvere ancora un po' di problemi in sospeso con i lineari
Poi ne possiamo riparlare...

Dai, Brabus, un buon lineare lo ottieni con un PNP di potenza ed un LM317, piu' un po' di roba attorno Se per te la difficolta' e' uguale, complimenti (dico sul serio)

Ginfizz capisco cosa intendi dire. Certo, il circuito "funziona" anche solo collegando insieme i vari componenti.
Ma come posso stimare la risposta all'applicazione del carico? Chi mi garantisce che la banda del controllo del 317 non sia trollo "lenta", o addirittura oscillante?
Sembra un discorso da puristi, invece bisogna ricordare che ogni alimentatore ha sempre un carico (una combinazione RLC) che lo mette in crisi. Bisogna conoscere bene le prestazioni offerte dal circuito che si sta progettando, e a questo livello la complicatezza di queste considerazioni non si discosta molto da ciò che bisogna considerare in un circuito switching. Il problema è sempre e comunque quello del controllo.

Ho evidenziato "un po' di roba attorno"... ecco, proprio con quella roba si determinano le prestazioni del nostro regolatore. Un condensatore piazzato nella rete di retroazione può essere decisivo per il comportamento dell'alimentatore.

Ti dirò di più, appena possibile volevo realizzare una serie di esperimenti per valutare con precisione le prestazioni dinamiche dei regolatori lineari "classici". Che banda hanno un 7805 o un 317? Come reagisce ad un collegamento "a gradino" del carico? Quale carico lo rende instabile?
Ti assicuro che basta molto poco per mandare in crisi il circuito, non so se hai mai lavorato con gli LM723.
C'è un piedino chiamato "COMP", necessario alla... compensazione (in frequenza) del sistema! In questo modo si possono ottenere le prestazioni volute, anche sagomando un controllore non banale (un PID, ad esempio).

Il primo alimentatore che ho tentato di costruire, vari anni fa (credendo di saperne qualcosa, quando invece ho collezionato ciofeche ) era costituito da un ponte ad H, con controllo separato dei rami. In tal modo si ha una fonte di energia ibrida, duale, singola, o doppia.
Ebbene, durante i primi esperimenti, il dissipatore dei transistor finali SUONAVA!!! Sì, emetteva un fischio dato dall'evidente instabilità del controllo

Stavo pensao anch'io ad un controllo della potenza tramite SCR in serie, dopo il ponte. Avrei escluso il ponte SCR, che per me sarebbe troppo complicato, ma credo che dia una uscita poco pulita.
In un alimentatore da laboratorio la cosa prioritaria dovrebbe essere la possibilita' di ottenere una uscita piu' pulita possibile (oltre alla stabilita', protezione etc). Il ponte a SCR garantisce questa pulizia ?

La "pulizia" della forma d'onda di tensione avviene grazie ad un filtro LC di potenza, da dimensionare opportunamente. Certo le dimensioni e gli ingombri sono largamente superiori a quelli di un circuito switching, ma secondo me vale la pena provare. Poi ovviamente ci vuole un regolatore lineare, che stabilizzi la tensione d'uscita. Sempre dallo stesso regolatore, generiamo un segnale di retroazione che regola l'angolo di "attacco" degli SCR... Work in progress!

[IsidoroKZ]

Sembra un discorso da puristi, invece bisogna ricordare che ogni alimentatore ha sempre un carico (una combinazione RLC) che lo mette in crisi.

Chapeau! Questo e` uno che l'elettronica la sa sul serio, e se ho ben capito e` "solo" prossimo alla laurea . Che intenzioni hai dopo la laurea?

Ti dirò di più, appena possibile volevo realizzare una serie di esperimenti per valutare con precisione le prestazioni dinamiche dei regolatori lineari "classici". Che banda hanno un 7805 o un 317? Come reagisce ad un collegamento "a gradino" del carico? Quale carico lo rende instabile?

L'ho giusto citato poco fa a proposito della teoria dei condensatori, questo articolo potrebbe interessarti.

[brabus]

Isidoro tu mi lusinghi troppo, e sicuramente mi sopravvaluti

Il link che mi hai riportato è interessantissimo!
Mi sono subito fiondato nella discussione sui condensatori, e devo veramente complimentarmi per la tua disquisizione sulla struttura dei regolatori!

Ho scaricato tutti gli articoli che hai citato, ed ho finalmente rimosso un po' di nebbia che avvolgeva l'argomento "regolatori". Interessante la disquisizione sull'uscita in collettore, e sui problemi di stabilità derivanti dal tipo di condensatore usato come filtro!

p.s. per il dopo-laurea non ho grandi progetti, non ho visto proposte interessanti finora; va detto che non ho nemmeno cercato a lungo. Si vedrà, per ora vedo di finire gli esami

[EnChamade]

Sembra un discorso da puristi, invece bisogna ricordare che ogni alimentatore ha sempre un carico (una combinazione RLC) che lo mette in crisi.

A tale proposito mi sento in dovere di fare una correzione un po' scherzosa. Io avrei scritto:

Sembra un discorso da puristi, invece bisogna ricordare che ogni alimentatore ha sempre un carico (una combinazione RLC) che lo mette in crisi eccetto quello di Malesani!

A parte gli scherzi, questa cosa non è assolutamente banale e ce ne siamo resi conto quando abbiamo testato il nostro carico attivo in laboratorio. Credetemi, sono esperienze che ti cambiano la vita!

Ginfizz capisco cosa intendi dire. Certo, il circuito "funziona" anche solo collegando insieme i vari componenti.
Ma come posso stimare la risposta all'applicazione del carico? Chi mi garantisce che la banda del controllo del 317 non sia trollo "lenta", o addirittura oscillante?

Queste sono le mentalità che servono. Quando si ha un circuito, serve capire bene cosa sta succedendo e non accontentarsi di cosa succede.

[ginfizz]

Guarda, per il momento anche io lascio stare. Devo risolvere ancora un po' di problemi in sospeso con i lineari
Poi ne possiamo riparlare...

Mi piacerebbe molto fare qualcosa in proposito, am anche per me il tempo e' tiranno.

Ginfizz capisco cosa intendi dire. Certo, il circuito "funziona" anche solo collegando insieme i vari componenti.
Ma come posso stimare la risposta all'applicazione del carico? Chi mi garantisce che la banda del controllo del 317 non sia trollo "lenta", o addirittura oscillante?
Sembra un discorso da puristi, invece bisogna ricordare che ogni alimentatore ha sempre un carico (una combinazione RLC) che lo mette in crisi. Bisogna conoscere bene le prestazioni offerte dal circuito che si sta progettando, e a questo livello la complicatezza di queste considerazioni non si discosta molto da ciò che bisogna considerare in un circuito switching. Il problema è sempre e comunque quello del controllo.
Ho evidenziato "un po' di roba attorno"... ecco, proprio con quella roba si determinano le prestazioni del nostro regolatore. Un condensatore piazzato nella rete di retroazione può essere decisivo per il comportamento dell'alimentatore.

Basta cosi '
Ho l'impressione che abbiamo esigenze un po' diverse
Ho capito che cosa volete realizzare voi: l'alimentatore da laboratorio per testare i circuiti creati a scopo di studio, a livello universitario. Quindi e' logico che non potete accontentarvi di roba di second'ordine.
Le mie esigenze sono molto meno sofisticate, e se proprio un giorno dovessi avere l'esigenza di testare a scopo di studio un circuito particolarmente raffinato aggiungerei al circuito da testare il suo regolatore personale, i suoi condensatori di livellamento elettrolitici a bassa ESR etc., quindi con l'alimentazione praticamente a ridosso del circuito ed utilizzerei l'alimentatore da banco solo come fonte di energia per alimentare il tutto.
Non credo che sia una impresa facile realizzare un alimentatore da banco universale come da voi desiderato: non lo devo dire io ma basti pensare che pasticci potrebbe causare una resistenza di shunt dell'amperometro di uscita non rigorosamente antiinduttiva, o dei cavi di collegamento tra l'alimentatore ed il circuito non studiati appositamente caso per caso, ma sono cose che gia' avrete considerato. E poi dopo tutta questa fatica il giorno che si testa un circuito funzionante in RF, un po' di RF che entri nelle boccole di uscita (rigorosamente non protette da impedenze, altrimenti va tutto a farsi benedire), magari manda in tilt tutti i circuiti
Non credo proprio che esista l'alimentatore da banco universale, che possa soddisfare tutte le esigenze.
Io poi uso quello da 5 A in mio possesso anche come caricabatteria .....

Ad ogni modo e' sempre molto istruttivo leggervi .

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Sono stato (interessatissimo!) a leggervi sino a questo punto e... devo convenire con quanto concluso da Ginfizz nel post qui sopra Temo che anche le mie esigenze siano un po' diverse da quelle di un "alimentatore universale". Come per Ginfizz le mie "specifiche" sono decisamente più basse e mi occorre piuttosto un buon "muletto", che non si sieda al primo sovraccarico e che resista bene anche a RF, ponti radio, ecc. ecc. Senza contare che comunque il mio sapere è minimo rispetto a quello di molti di voi! Penso comunque che seguirò anch'io la discussione perché mi interessa da un punto di vista teorico e perché penso di poter imparare parecchio. E... se qualcosa non mi torna preparatevi a spiegarmi tutto!! Altrimenti cosa imparo??