COMMUTAZIONE AUTOMATICA DI TENSIONE

[gianniniivo]

Buona sera Forum,
avrei la necessità di commutare automaticamente 2 tensioni in DC ma si tratta di tensioni elevate; per iniziare, pubblico di seguito lo schema del trasformatore, raddrizzatore, duplicatore e filtro per commutazione manuale.

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In passato ebbi già modo di realizzare un circuito di commutazione automatica ma si trattò di commutare tensioni di 12V e 25V DC. In quel caso realizzai lo schema che ripropongo di seguito, sia pur con qualche modifica, ma giusto per documentare la necessità attuale di funzionamento. In pratica dovrei commutare una tensione di 55V DC e una di 99V DC. ma lo schema pubblicato è stato realizzato a mero titolo esemplificativo e senza averlo mai provato in questa occasione. Il TL081 non potrebbe gestire tensioni così elevate. Dunque, non potendo utilizzare questo operazionale (così mi sembra) esiste un’alternativa che abbia un po’ di isteresi per commutare tensioni in continua così elevate ? Non ho trovato precedenti sia sul Forum sia su Google.

Inoltre mi piace poco il metodo di commutazione mediante relè a causa delle correnti elevate. Sarebbe preferibile una commutazione a componente statico ma questo, al momento, è il problema minore.

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Auspico di aver esposto correttamente i termini del problema e, sperando di non aver commesso errori, confido in un gradito e risolutivo aiuto.
Grazie.

[IsidoroKZ]

Le tensioni elevate da confrontare si possono sempre ridurre con partitori di tensione.

[gianniniivo]

Ciao Isidoro, grazie per l'aiuto.
Partitori dici? Beh la soluzione è intelligente ma immagino che risulterà più complessa da attuare.
Ho buona volontà ma le mie conoscenze specifiche difettano un po'.

Quel che mi ha un po' sorpreso è non aver trovato niente di simile; si vede che le tensioni sono troppo alte e inusuali...

[IsidoroKZ]

Spiega bene che cosa vuoi fare.

Su un lato del comparatore c'è la tensione di uscita del raddrizzatore, 50V oppure 100V (numeri facili). Sull'altro ingresso che tensione c'è? Quanto deve essere ampia l'isteresi?

Vuoi fare un alimentatore e ridurre la dissipazione quando l'uscita ha valori di tensione bassi?

[gianniniivo]

Si esatto Isidoro, vorrei realizzare una versione di alimentatore che non ho mai avuto ma vorrei anche ridurre il più possibile la dissipazione (benché sia più facile a dirsi che a farsi).
Comunque a livello di intenzioni la situazione starebbe in questi termini: utilizzando i valori di comodo di 50 e 100V, il primo step dovrebbe portare ad ottenere una regolazione da 0 a 45V e il secondo step dovrebbe portare ad ottenere una tensione che va da 40 a 80V. I valori di isteresi non sono vincolanti, posso regolare i fondo ed inizio scala come mi pare, o quasi, la differenza tra la fine del primo valore e l'inizio del secondo potrebbe essere anche di soli 2V, non credo faccia molta differenza, dipende da come risulta più utile o più comodo impostare.

[gianniniivo]

Dimenticavo un particolare che però non credo possa impattare sulle regolazioni di tensione dato che la potenza abbonda. Dalle prove di commutazione manuale, la corrente ottenuta a tutte le tensioni è stata bloccata a 15A.
Ad ogni buon conto, qualora avessi sottovalutato una possibile "interferenza" della corrente sulle regolazioni delle tensioni potrei limitare l'erogazione di corrente a 10A.

[gianniniivo]

Oltretutto, mi sono accorto adesso di aver sbagliato a scrivere il valore del trasformatore. Non è da 40V 25A ma da 40V 35A. Ho clonato un vecchio schema in FidoCad e non ho corretto il valore del trasformatore. Chiedo scusa per la disattenzione, oltre a quello ho anche qualche problemino visivo...

[claudiocedrone]

...mi sono accorto adesso di aver sbagliato a scrivere il valore del trasformatore...

No problem, quello te lo correggo io... ecco fatto.

[IsidoroKZ]

Nello schema che hai fatto nel primo messaggio misuri in qualche modo la tensione di uscita dal raddrizzatore. Secondo me questo non e` necessario, basta misurare la tensione di uscita, o addirittura quella di comando.

Lo schema di principio di un alimentatore dissipativo e` una cosa del genere (NB: e` di principio! Se mi vede il mio prof. di Elettronica mi straccia l'esame e non me lo fara` mai piu` passare. Ma non credo che bazzichi da queste parti )

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Vpwr e` la tensione elevata che arriva dal raddrizzatore, Vaux e` una tensione ausiliaria per alimentare l'operazionale, e qui non dico quanto vale perche' lo schema finale NON e` fatto in quel modo, infine Vref e` una tensione di riferimento fissa e stabile, ad esempio 5V.

La regolazione della tensione di uscita e` ottenuta con un potenziometro che preleva una frazione della tensione Vref e fornisce all'amplificatore Vctrl, che puo` variare da 0V a 5V. Poiche' in uscita vuoi ottenere una tensione da 0V a 80V, devi prendere la tensione di controllo Vctrl e amplificarla di 16 volte, che e` quanto fa l'operazionale e i due resistori di retroazione R1 ed R2.

La tensione di uscita vale

Per commutare la tensione di potenza, potrebbe bastare misurare Vctrl e con un comparatore determinare se e` necessaria la tensione alta o quella bassa per Vpwr. Le soglie del comparatore che leggono Vpwr devono essere e

Vedi che non serve un operazionale ad alta tensione. PERO` questo metodo, misurare Vctrl, non va bene, perche' se si ha l'uscita impostata ad esempio a 80V, cioe` Vcrtl a 5V, e capita un cortocircuito sull'uscita, il comparatore comanda sempre l'alta tensione, e hai tutta la tensione sul transistore che dissipa una potenza troppo elevata.

E` meglio quindi prelevare la tensione di uscita con un partitore e misurare quella per decidere quale tensione Vpwr generare. In questo modo, se si ha l'uscita a tensione alta e il carico va in cortocircuito, la tensione di uscita si abbassa e il circuito di controllo della tensione Vpwr fa commutare il raddrizzatore in modo da fornire 55V.

Il circuito potrebbe essere una cosa di questo genere:

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R1' e R2' possono avere ad esempio lo stesso valore di R1 e R2 e quindi Vcmp va da 0V a 5V e il comparatore non vede tensioni elevate. Vth e` una tensione fissa dalle parti delle tensioni di soglia, la si ottiene da Vref con due resistenze.

Ci sono poi ancora alcuni dettagli da tenere presente, uno facile e l'altro piu` complicato.

Il dettaglio facile e` che all'accensione il rele` non e` attivo e questa posizione deve corrispondere alla situazione di tensione Vpwr bassa.

Il dettaglio complicato e` la tensione Vaux. Nello schema che ho fatto deve essere maggiore della tensione di uscita, e quindi si ritorna a dover usare un operazionale ad alta tensione. Ovviamente si puo` modificare il circuito e usare operazionali normali. Quello che volevo direi in questo messaggio e` che non e` necessario misurare la tensione all'uscita del raddrizzatore, solo quella sul carico e con due resistenze ci si toglie il problema dell'alta tensione!

Per quanto riguarda sostituire il rele` con un interruttore allo stato solido... non saprei. La corrente in quella connessione e` bidirezionale e anche la tensione lo e`, serve un interruttore a quattro quadranti.

Si potrebbe pensare di usare un triac, ma non mi piacciono molto. Se proprio si vuole fare una cosa per bene (e probabilmente e` il caso di farla!) al posto di usare un ponte raddrizzatore si puo` usare un ponte semicontrollato (due diodi e due scr) per regolare in modo fine la tensione all'uscita del raddrizzatore e tenerla qualche volt al di sopra della tensione sul carico.

Questa potrebbe essere una soluzione perche' 25A per 55V fa un botto di potenza termica da dissipare!

[IsidoroKZ]

Dimenticavo: ho verificato il dimensionamento dei condensatori. Con quei condensatori puoi tirare fuori al massimo, in continua, circa 20A con il ponte intero e circa 10A con il duplicatore, forse anche qualcosa in meno, poi il trasformatore comincia a scaldare troppo, la corrente efficace diventa di 40A e oltre. I 15A di limite cui ti riferivi forse erano proprio gia` studiati per non danneggiare il trasfo.

Con 20A in uscita sui condensatori hai circa 8V di tensione di ripple picco picco, quindi la tensione puo` scendere fino a 46V circa, che limita la massima tensione in uscita che puoi avere con Vpwr bassa.