[CDEY] - Come modifico il mio vecchio alimentatore? Migliorie

[FedericoSibona]

Funzionerebbe ma solo quando spegni con l'interruttore, non funzionerebbe nel caso di un falso contatto della spina o di un buco di tensione della rete.

Penso che se avessimo pensato un alimentatore professionale, che tenesse conto di tutte le evenienze possibili, avremmo dovuto avere un approccio diverso. Siamo partiti con un alimentatore con L200 perché avrebbe dovuto essere il più semplice possibile e stiamo invece continuando ad aggiungere componenti.
Personalmente sarei tentato di dissociarmi, ma non è nella mia indole, quindi continuerò a tediarvi, anche perché sono molto interessato alle problematiche che state affrontando

[brabus]

Carissimo Bruno, ancora una volta mi trovi d'accordo su tutta la linea.
Mi fa davvero molto piacere che anche Federico sia intervenuto, proponendo idee alternative; è sempre molto difficile dichiarare quale sia la soluzione "migliore", spesso è il concetto stesso a non esistere.
La soluzione a relè è forse più congegnale per antonyb: è una modifica semplice e veloce da apportare.

Veniamo al potenziometro.

[ANALISI IN RIFACIMENTO - Grazie Bruno per avermi corretto, c'era un errore madornale! ]

[FedericoSibona]

brabus, non ricordo più, perché nella tua analisi avevi escluso l'uso di un potenziometro logaritmico per il controllo della corrente?


PS: ma quel resistore tra pin 2 e 5 dell'L200 non vi piace proprio? Mi pare che marco438 avesse rilevato vantaggi inserendolo nel circuito

[brabus]

Giuste osservazioni, Fede, tuttavia ho adottato l'approccio analitico. Ho appena concluso il dimensionamento della rete di feedback modificata, che fa uso del potenziometro lineare, ma la cosa più importante è che abbiamo finalmente una descrizione completa del funzionamento dello stadio.
Impiegando un potenziometro logaritmico andremmo a sovrapporre una non linearità ad un'altra non linearità: brutta strada, non abbiamo alcun calcolo a supporto della nostra tesi, quindi non ci sapremmo muovere qualora vi fosse una instabilità (ad esempio).
Va anche detto che i potenziometri commerciali sono tutt'altro che logaritmici, spesso (quasi sempre) sono lineari a tratti, e spesso (quasi sempre) i tratti sono solo due.

Ieri avevo postato un dimensionamento completo, ma avevo sbagliato completamente l'ipotesi iniziale. Per fortuna BrunoValente se n'è accorto, e mi ha suggerito un approccio diverso.
Procediamo dunque con l'analisi (corretta, grazie a Bruno) e la sintesi di una soluzione:

Iniziamo con l'analisi del guadagno dello stadio IC2-A:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Il segnale che determina l'intervento della protezione in corrente è la tensione fra i terminali 5 e 2 del L200, tensione indicata con "VSC".
Assumendo come riferimento la tensione al pin 5, osserviamo che la struttura di IC2-A è di tipo non invertente; la tensione all'uscita dello stadio è dunque data da:

La soglia d'intervento della protezione in corrente è ; ricaviamo dunque la relazione che lega la corrente limite e i restanti parametri del circuito:

Notiamo che per R4=0 la formula ricade nel caso , che è la limitazione di corrente massima di 4.5A ottenuta tramite il solo shunt.

Riprendendo i valori dei componenti dimensionati in precedenza, R4=0...47k, R3=1k, R2=0.1, possiamo tracciare la curva che lega la soglia d'intervento alla resistenza offerta dal potenziometro (direttamente, la sua posizione):

Curva_Potenziometro_Originale.png (7.55 KiB) Osservato 4690 volte

Codice: Seleziona tutto

VSC=0.45; //Tensione di soglia L200
R3=1000; //Resistenza R3 dello stadio IC2-A
RS=0.1; //Resistenza di shunt

function [I]=f(R4)
I=(VSC*R3)./(RS*R4); //Equazione per il calcolo della corrente limite
endfunction

R4=1000:100:47000; //Range R4: da 1k a 47k
I=f(R4);
plot(R4,I) //Tracciamo il grafico

È evidente come la curva sia fortemente non lineare.
La domanda è: come mai la curva è così storta? Esiste un modo per renderla un po' più docile?
Qui arriva il suggerimento di BrunoValente, che mi fa giustamente notare che il guadagno parte dall'unità per arrivare a ben 48, nella rotazione completa del potenziometro. È dunque evidente che nei primi step, quando il guadagno passa da 1 a 2, da 2 a 3, e così a salire, ci sia un brusco calo della corrente: il guadagno sta a denominatore, e dunque la frazione decresce in maniera inversa. Bingo!

Evitare un aumento così brusco del guadagno è impossibile: il rapporto fra il guadagno minimo e il guadagno massimo è determinato dal rapporto fra la corrente minima e la corrente massima: rotando il potenziometro andremo sempre a "spazzare" molto velocemente i guadagni più bassi (un po' come il governo ; scusate la battuta).

Possiamo ipotizzare dunque di agire su un altro parametro del circuito: R3. Il valore della resistenza R3 compare a denominatore, e sta all'interno di un rapporto: per valori R4/R3 superiori all'unità (quindi per R3 inferiore a R4), possiamo trascurare il termine "1", e portare di fatto R3 al numeratore: la relazione diventa lineare!
Immaginiamo dunque di spostare il potenziometro su R3, lasciando R4 fissa:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Appare subito chiaro un problema: per ottenere il guadagno minimo, unitario, necessario ad offrire la protezione in corrente e 4.5A, il valore di R3 dovrebbe essere infinito.
Per aggirare questo problema, possiamo imporre un guadagno minimo allo stadio IC2-A; in questo modo, possiamo limitare superiormente il valore di R3.
Per essere costretti a guadagnare, dobbiamo necessariamente ritoccare il rapporto , che vincola la massima corrente d'intervento.
Supponiamo di dimezzare il valore dello shunt, applicando in parallelo a R2 una resistenza identica. Otteniamo un circuito in cui il valore dello shunt è : lo stadio deve avere un guadagno minimo pari a 2, dunque il valore massimo di R3 coincide con R4.
Il valore minimo di R3 dipende dal valore di corrente minima che vogliamo regolare; con R3=0 otterremmo un'esplosione del rapporto , e una corrente teorica nulla. Ciò che accade realmente è una esplosione esagerata del guadagno dello stadio IC2-A, con esiti imprevedibili sul segnale d'uscita: rumore ed offset diventano dominanti rispetto a tutti gli altri segnali.
Occorre dunque limitare il valore minimo di R2: inseriamo una banale resistenza in serie, che chiamiamo R9:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Date per incognite R3, R4 ed R9, impostiamo il calcolo che ci consente di ricavare una relazione fra queste tre grandezze. Stabiliti i vincoli:



e noto che:



Sfruttiamo il fatto che a corrente minima avremo R3=0 e impostiamo il sistema:



Fissando i parametri , , otteniamo la soluzione:



Ora possiamo giocare. Abbiamo tre gradi di libertà, dobbiamo fissare un vincolo: decidiamo ad esempio di impiegare lo stesso potenziometro lineare da usato in precedenza.Otteniamo dunque:



Il sistema può ora dunque essere ridotto a:



Il calcolo restituisce ,

Scegliamo per il valore commerciale di , e per il valore di . Eseguiamo una simulazione con Scilab per verificare se abbiamo migliorato la linearità, e per vedere l'effetto delle approssimazioni ai valori commerciali:

Curva_Potenziometro_Migliorata.png (8.23 KiB) Osservato 4690 volte

Codice: Seleziona tutto

VSC=0.45; //Tensione di soglia L200
RS=0.05; //Resistenza di shunt
R4=47000; //Valore approssimato per R4

function [I]=f(R3)
I=(VSC)./(RS*(1+(R4./R3))); //Equazione per il calcolo della corrente limite
endfunction

R3=270:100:47270; //Range R4: da 270 a 47k
I=f(R3);
plot(R3,I) //Tracciamo il grafico

Risulta immediatamente evidente il miglioramento rispetto a quanto ottenuto in precedenza.
Procedo con l'esecuzione su millefori e il report sulle forme d'onda e sul comportamento del circuito.

[antonyb]

Speriamo che va tutto bene

[brabus]

Ehilà Antonyb!

Forte l'emoticon!


Vedi, quando i conti son fatti per bene, le cose poi funzionano. Serve tempo, bisogna pensarci su, ma alla fine si hanno tutti gli strumenti per prendere il circuito per le "parti intime"!

Ho infatti appena concluso la modifica al circuito che ho sul banco, e confermo che funziona come previsto!

Ricordando che il mio L200 presenta una soglia in luogo dei 0,45V dichiarati da datasheet, ho ricalcolato i valori del circuito per adattarli meglio al mio caso. Ho dunque ottenuto , .
Per ottenere questi valori in maniera più fedele possibile, ho ottenuto R9 saldando in serie una resistenza da 10 ohm e una da 220 ohm (230 ohm totali), mentre per R4 ho saldato in serie due resistenze da 18k.

La curva ottenuta con i valori ricalcolati è questa:

Curvatoa_Pot_Adatt.png (8.08 KiB) Osservato 4683 volte

Codice: Seleziona tutto

VSC=0.40; //Tensione di soglia L200
RS=0.05; //Resistenza di shunt

R3=47000; //Resistenza massima potenziometro
R4=36000; //Valore approssimato per R4

function [I]=f(R3)
I=(VSC)./(RS*(1+(R4./R3))); //Equazione per il calcolo della corrente limite
endfunction

R3=230:100:47230; //Range R4: da 270 a 47k
I=f(R3);
plot(R3,I) //Tracciamo il grafico

Ho impostato poi l'oscilloscopio in modalità "roll", per muovere a mano il potenziometro e verificare come variava la corrente sul carico: una resistenza da 0.1 ohm (quasi un cortocircuito!).

Ecco il risultato:

Misure_Corrente_Linearita.jpg (68.54 KiB) Osservato 4683 volte

Ho cercato di muovere la manopola in maniera più costante e pulita possibile. Si vede come la risposta non sia perfettamente lineare, ma in ogni caso perfettamente in linea con quanto atteso!
Ho evidenziato in rosso lo span in corrente: andiamo da circa zero (50 mA non si vedono neppure, con una scala così grossolana), al target di 4.5A.

[antonyb]

Quando inizio i lavori?

[brabus]

Davvero la mia analisi fa così schifo?

I lavori si possono iniziare anche subito, basta comprare i componenti mancanti e modificare il circuito. Non è semplice, ma con un paio di dritte "giuste" ce la possiamo fare.

Quando puoi iniziare tu? Hai la possibilità di procurarti i componenti oppure i negozi son già chiusi per ferie?

[antonyb]

Strano che nessuno ha nulla da dire, li abbiamo stressati parecchio e non ne vogliono sapere più nulla

Mi fai un piccolo riassunto? in pratica alla fine uscirà un ali che va da 0 a 15? e da quasi 0 a 4.5 A?
Entrerà tutta quella roba? da quel poco che ho capito ci va anche il relè?

Il negozio è aperto e io sono pronto.

[brabus]

Grandissimo! Allora ti faccio la lista delle cose da comprare, dammi un po' di tempo così controllo bene lo schema e ti scrivo tutti i componenti.

Per ciò che riguarda il relè, direi che è meglio metterlo, è la soluzione più semplice al nostro problema.

Mi fai un piccolo riassunto? in pratica alla fine uscirà un ali che va da 0 a 15? e da quasi 0 a 4.5 A?

Certamente, 0-15V e 50mA (circa) - 4.5A.