Progetto elettroutensile a batteria

[g.schgor]

C'e' una ragione per cui avevo scelto i 9V come alimentazione del controllo: la tensione minima di gate
del Mosfet. Dovresti controllare se e' possibile diminuirla con i nuovi elementi.

[davidde]

Ciao a tutti,
ho controllato ed il mosfet che vorrei montare (STP100NF04) ha un valore di Vgs che va da un minimo di 2V ad un massimo di 4V. Anche tutti gli altri componenti (LM358, BC546) possono lavorare con a tensioni così basse, in oltre abbiamo la sonda che non può superare una Vce di 5V. Volendo si potrebbe stabilizzare a 4V.

In merito al trasformatore switching. Credo però che l' utilizzo di questa soluzione porterebbe ad aumentare notevolmente le dimensioni della pinza e che quindi non sia applicabile, nell' ingombro del solo trasformatore dovrei far stare tutto il circuito. Vi è poi da considerare il fatto che probabilmente questo elemento diverrebbe più grande ed in oltre il prezzo difficilmente scenderebbe sotto ai 4-5 euro vista la mia impossibilità nell' auto produzione. A parte il prezzo che non sarebbe un problema non mi tornano i conti.
Faccio un ipotesi assurda.
Ipotizziamo di costruire un trasformatore da 200W con un' avvolgimento primario composto da un certo numero di spire. Questo avvolgimento lavorerà ad un tensione determinato dal duty cycle del transistor di switch. Se non sbaglio la massima tensione fornibile all' avvolgimento primario (ipotizzando chiaramente di non aumentare ulteriormente il tensione dell' accumulatore) sarebbe di circa 12V con il duty cycle in on al 95%. I secondari devono essere costruiti per favorire la possibilità di una forte corrente (circa 3A ad avvolgimento) garantendo però un' uscita di tensione minima a 4V.
Anche queste spire devono quindi compiere un numero di avvolgimenti intorno al nucleo piuttosto elevato (circa 1/3 del primario) aumentando notevolmente le dimensioni della soluzione switching. Impostando i calcoli in questo modo il primario apparirebbe ugualmente in corto quindi le batterie risulterebbero sollecitate.
L'essenza di quello che volevo dire è che probabilmente, come faceva notare g.schgor, la differenza tra tensione di alimentazione (12V) e tensione di utilizzo (4V) è bassa, di conseguenza diventa difficile fornire al carico la potenza richiesta mantenendo particolarmente vantaggioso il rapporto introdotto dall' alimentatore switching.
Vi chiedo se possibile di correggere gli errori che ho inserito nel ragionamento, sarebbe in oltre interessante capire quale potrebbe essere il numero di spire indicativo per l' avvolgimento primario ed il diametro del filo utilizzato.

Per quanto riguarda gli elementi che comporranno i pacchi batteria mando il datasheet, considerate che il modello scelto è quello High-rate discharge twicell che prevede per questi elementi correnti che possono giungere a 4C. Credo comunque che anche utilizzando elementi così specifici la loro vita sarà comunque ridotta ed il pacco batteria sarà da sostituire con frequenza sicuramente non superiore alle 100 ricariche.

Il discorso relativo all' utilizzo di un circuito già esistente lasciava perplesso anche me, fa piacere sapere che siete contrari e perciò non vada nemmeno preso in considerazione.

Ciao e grazie!

David

[admin]

Le osservazioni sulle caratteristiche di sicurezza e funzionalità che un prodotto da commercializzare deve possedere sono incontestabili. Ma la realizzazione di un prodotto non inizia con lo scartabellare norme per vedere come fare ciò che non si è ancora ben definito. C'è un'esigenza, come quella di davidde; segue un'idea per soddisfarla; si individuano i componenti da utilizzare; si cercano consigli ed ulteriori idee, ad esempio in questo forum, dove (e credo che questa sia la meraviglia di internet) si trova proprio chi sa fornirli. Si perviene quindi alla concretizzazione di un prototipo funzionante, e sicuro almeno secondo il buonsenso del progettista. A questo punto il progettista sa che si è conclusa solo la prima fase, probabilmente quella più creativa e divertente, ma che ora inizia il passaggio dal prototipo al prodotto finale. La strada da fare può essere ancora lunga e tortuosa e si renderanno con ogni probabilità necessarie molte modifiche al prototipo per rispettare, giustamente, leggi e normative di sicurezza.Ora lo scartabellare norme, che all'inizio poteva avere il potere di inibire l'impulso creativo, può diventare invece stimolante poiché la loro applicazione migliora effettivamente il prototipo introducendo gli accorgimenti che non si era stati in grado di pensare subito. Ed anche in questa fase internet, con questo topic, mostra il lato positivo della sua medaglia.
Io, sinceramente, sono molto contento di come davidde utilizza questo forum suscitando il coinvolgimento di veri esperti per tutte le fasi relative alla nascita di un prodotto che realizza una sua idea nata da un'esigenza sentita in un determinato ambiente di lavoro.

[davidde]

Ciao a tutti,

Per g.schgor:

la domanda è stata posta per avere conferma del fatto che il progetto non cominciasse a stancarti. Questo topic è aperto da più di un mese durante il quale mi hai fornito schemi e consigli per giungere al risultato, questo ti avrà richiesto impegno e tempo. Prima di procedere volevo avere la certezza che la cosa non cominciasse a diventare "pesante", mi dispiacerebbe approfittare della tua disponibilità........la risposta che hai dato fuga ogni dubbio.
Grazie!




Le norme rispetto alle quali un prodotto verrà ritenuto idoneo sarebbero da conoscere a priori. Come approccio generale ai progetti mi trovo in linea con il procedimento descritto da admin. Prima di tutto vi è l' idea, poi si crea un prototipo sul quale lavorare, soltanto ora ci si rende realmente conto di quali siano le problematiche da affrontare che verranno risolte una ad una portando il prodotto verso la sicurezza, l'affidabilità e la semplificazione costruttiva. Usciti da questa fase toccherà agli enti di omologazione.

Nello specifico quello che ho fatto è stato proprio creare un primo prototipo. Ora ci siamo fatti un' idea di massima e mi sono accorto di alcuni limiti che non avevo nemmeno preso in considerazione mentre il fototransistor (componente sul quale avevo qualche dubbio) mi è sembrato funzionare alla perfezione.
E' il momento del passo successivo che terrà conto, grazie anche al tuo intervento, di aspetti fino al momento trascurati.
Sono favorevole verso tutte le soluzioni purché tese a semplificare il più possibile la parte costruttiva.

Vorrei fare una domanda:
sarebbe possibile "mettere in sicurezza" il circuito realizzato o per lo meno risolvere il problema evitando la soluzione switching ? Come idea non mi dispiace, anzi, quel tipo di alimentazione mi ha sempre affascinato soltanto che lo vedo difficilmente compatibile con l'elettroutensile poiché piuttosto ingombrante costoso e delicato.

A parte questo volevo fornirti i dati esatti sul riscaldatore:

Lunghezza totale : 40 mm
lunghezza utile : 34 mm (per lunghezza utile intendo quella non impegnata dai supporti)
diametro esterno : 2,5 mm
diametro interno : 2 mm
Materiale: : acciaio inox aisi 306
Resistenza : 170 milliohm (a temperatura ambiente)

Per la resistenza considera una tolleranza sulla misura del 10% mentre dimensionalmente le tolleranze dei tubicini sono ristrette, il costruttore assicura +/- 0,02 mm sui diametri e +/- 0,1 mm sulla lunghezza.

Grazie a tutti !

David

[davidde]

Ciao a tutti,
riguardo ad una progettazione mirata a superare il collaudo ho riflettuto molto e vorrei apportare alcune modifiche finalizzate alla messa in sicurezza della pinza. E' qualche giorno che provo a pensare ad una soluzione da applicare al sensore per fare in modo che la sua rottura non comprometta la sicurezza dell' elettroutensile ma non riesco a saltarci fuori.

Esistono configurazioni atte a risolvere questo problema?

Mi spiego meglio. Bisognerebbe fare in modo che in seguito ad un eventuale guasto del sensore l' elettroutensile smetta di erogare la corrente per il riscaldatore. Quello che risulta difficile è che le condizioni di guasto del fototransistor possono portare o al cortocircuito tra collettore ed emettitore oppure all' apertura del circuito in corrispondenza di tale componente.
In altre parole al pin 3 dell' LM358 potrei avere due condizioni :

1- 0Volt, nel caso di corto circuito del sensore
2- tensione di alimentazione, nel caso in cui il sensore si danneggi aprendo il circuito.

Vorrei capire se esiste una configurazione standard atta a risolvere questa scomoda condizione oppure se potreste indirizzarmi sulla giusta strada.

Vi ringrazio.

David

[g.schgor]

Un controllo di "affidabilita" del segnale potrebbe essere ottenuto con un secondo comparatore ad isteresi
che stabilisca l'intervallo entro cui il segnale stesso appare "normale" (ovviamente l'uscita da questo campo
dovrebbe scollegare la potenza e dare un'indicazione di allarme).

[BrunoValente]

Ciao a tutti, ciao David,
propongo una soluzione un po' diversa.
Il sensore può deteriorarsi solo in due modi:
1) segnalare sempre presenza di luce massima
2) segnalare sempre assenza di luce
In entrambi i casi non si genera l'onda quadra con la differenza che nel primo caso il circuito non porterebbe mai il mosfet in conduzione e quindi poco male, nel secondo caso il circuito porterebbe il mosfet sempre in conduzione con le conseguenze che sappiamo ma, con lo stesso segnale che pilota il mosfet, si potrebbe attivare un timer di guardia regolato per un tempo un po' piu lungo del massimo tempo necessario alla conduzione del mosfet nella condizione di massima temperatura impostata. Con l'uscita del timer, che in condizioni normali di lavoro con il sensore efficiente non diverrebbe mai alta, si potrebbe poi attivare un circuito di protezione che disattivi tutto.
Immagino che una delle principali cause di malfunzionamento del sensore possa dipendere non tanto da una sua rottura, quanto da un suo oscuramento dovuto a presenza di sporcizia o altro, la soluzione che ho esposto dovrebbe salvare anche da questo.
Una protezione basata su questo principio salverebbe anche da un altro inconveniente: anche con batteria non sufficientemente carica il mosfet rimarrebbe perennemente in conduzione.

[davidde]

Ciao, grazie per le risposte!

Prima di partire con la realizzazione del circuito in questione vorrei sottoporvi uno schema di funzionamento generale per sapere cosa ne pensiate e discutere a priori l' approccio per la stesura dello schema elettrico.
Questo schema prende in considerazione i vincoli da rispettare per ottenere un' utensile affidabile che risponda alle esigenze di chi si troverà ad utilizzarlo.
Ritengo necessario sottoporvelo perché mi trovo nel ruolo di "regista" del progetto avendo però a che fare con interlocutori molto più esperti di me. Per evitare di chiedere consigli che poi potrebbero non essere applicabili vorrei partire dall' inizio per capire se i miei ragionamenti sono corretti.

Questo è lo schema:



Provo a darvi la spiegazione.

Come elementi che compongono la batteria ho intenzione di utilizzare otto accumulatori al Ni-Mh da 10000 mA l' uno collegati in serie. Così facendo otterrò un range di tensione che va da 11,2V fino a 6,4V .
I circuiti che gestiscono il funzionamento vengono alimentati soltanto alla pressione del microswitch, questo per ridurre al minimo il consumo e mettere l' elettroutensile in condizione di poter superare anche lunghi periodi di "stand by" senza compromettere la batteria.
Alla chiusura del microswitch parte della corrente verrà prelevata dai circuiti che gestiscono il funzionamento del riscaldatore, la tensione verrà stabilizzata (tramite zener) a 3,9V (valore al di sotto della soglia minima raggiungibile dall' accumulatore), Il controllo batteria scarica provvederà a rilevare il valore con il quale il carico viene alimentato e deciderà se il processo può continuare oppure deve essere interrotto. Sul comparatore che gestisce questo controllo sarà presente un' isteresi sufficientemente alta tale da garantire uno scarto di alcuni volt che impedisca la possibilità di un nuovo ciclo.
Se il controllo batteria valuterà che si può procedere toccherà al circuito di gestione della potenza dispensare la corrente necessaria per mantenere il riscaldatore alla temperatura impostata, in questa fase bisognerà integrare anche il controllo efficienza del sensore per evitare che si possano creare condizioni pericolose per l' operatore.

Non so se sono riuscito a spiegarmi, se servono chiarimenti sarò ben lieto di fornirli.

Cosa ne pensate, ci sono dei punti critici in questo schema oppure potrebbe funzionare?

Ciao e grazie,

David.

[g.schgor]

Per me va bene (ma bisogna vedere come sono implementati i controlli di batteria e di efficienza sensore).

[davidde]

Ciao,

grazie g.schgor, non mi sembra opportuno inviarti il file, stai già facendo tanto e non voglio esagerare! Ci provo io, mi serve anche come esercizio.

L' idea per utilizzare lo schema che ho inviato sarebbe quella di servirsi dell' uscita del comparatore per pilotare un transistor attraverso il quale alimentare lo stadio successivo :



Dal "punto 7" indicato nello schema vorrei prelevare la tensione per i controlli successivi, il controllo batteria interverrebbe portando a 0V l' alimentazione dei tali impedendogli di operare e mandare il mosfet in conduzione.

In linea di principio dovrebbe funzionare ma ho parecchi dubbi sul collegamento del transistor, forse servirebbe un' uscita a collettore aperto.

Cosa ne pensate?

Ciao e grazie!

David