Generatore variabile di corrente costante

[Layer]

Ciao a tutti/e! Questo è il mio primo post e colgo l'occasione per complimentarmi con tutto il forum. Non sono proprio un "novizio" e spero (oltre a domandare) di aiutare presto anche a rispondere...
Sto cercando da un po' di tempo di realizzare un generatore di corrente costante che possa essere regolato diciamo fra zero (o pochi mA) e 1A (il tensione di alimentazione potrebbe essere 12-15 Vcc). Potrebbe (anche se io lo userei per altri motivi) essere utilizzato come comodo e universale caricabatterie NiCd o NiMH... Escludo la regolazione "a scatti" come potrebbe essere ottenuta molto semplicemente con LM 317, resistenze e commutatore. La regolazione deve nel mio caso essere continua! Allo stesso tempo la resistenza da impiegare con il 317 è troppo critica come valore per poter essere sostituita da potenziometro: a parte i valori la regolazione sarebbe terribilmente critica e non lineare!
Se possibile (ho letto i relativi post) vorrei evitare di esagerare con la complessità e preferirei non usare PIC (anche se li impiego regolarmente nei miei progetti).
Detto tutto questo... possibile sia così difficile da realizzare?? Ho cercato parecchio su internet ma non ho trovato nulla di adatto. Qualcuno sa suggerirmi qualcosa? Si collega il carico, si regola la manopolina e si segue la corrente con l'amperometro... sembrerebbe così facile!!
Grazie mille in anticipo a chiunque saprà darmi una mano!
A presto!!
Marco.

[Stefano79]

perché non usi un operazionale che pilota un BJT npn in retroazione unitaria (o con guadagno se preferisci) con una resistenza di shunt e dai il riferimento tramite potenziometro? (per fare un pozzo di corrente, ovviamente il viceversa è speculare )

Così facendo il potenziometro non deve portare la corrente, quindi non hai problemi di dissipazione.

Si fa prima a disegnarlo che a spiegarlo.
Unica avvertenza: il BJT va dissipato per bene!

Curr.jpg (23.92 KiB) Osservato 24091 volte

Visto che non sei un novizio (e che avevo già disegnato un circuito del genere per qualcuno qua sul forum ma non ricordo dove) lascio a te il dimensionamento delle varie resistenze o dell'eventuale guadagno dell'op-amp.

Ciao
Stefano

[Layer]

Ciao Stefano, e innanzitutto grazie mille per risposta e schema!
Ad essere sincero avevo tentato qualcosa del genere, anche se gli schemi che avevo provato erano solo a transistor e non ero mai riuscito (forse per errori di dimensionamento...) ad ottenere sistemi lineari e stabili.
Approfitto della tua gentilezza solo per un paio di conferme, prima di mettermi a sperimentare
1) Considerando la corrente max. di 1 A la resistenza di Shunt (0.1 ohm) dissipa solo 100 mW (al massimo intendo). Corretto?
2) Premesso che non ho ancora provato a fare calcoli, ti pare una buona idea usare per Q1 un Darlington? Altrimenti forse U1 deve tirar fuori troppa corrente per il pilotaggio.

Grazie mille in ogni caso. Di certo proverò nei prox giorni, poi se riesco faccio sapere!
Marco.

[Stefano79]

Il Darlington può essere una buona idea, altrimenti ci vuole un BJT con un ottimo guadagno (superiore a 100 con 1A di corrente in qualsiasi condizione, direi)

Ovviamente ricorda che il Darlington introduce una ulteriore limitazione sulla tensione sfruttabile per fare il gereatore di corrente (si tratta comunque di 0.6-0.7V sui 12 quindi non sposta di molto la questione.)

Lo shunt effettivamente dissiperebbe massimo 100mW, se vuoi puoi usare un valore più alto di shunt per lavorare con tensioni più alte (anche con 1 Ohm avresti "solo" 1W da dissipare che non è un problema)
Ricordati però che anche qui più alzi lo shunt più perdi tensione (1Omh nelle condizioni ceggiori è un altro volt di caduta perso)

Credo che sia più conveniente lavorare sul circuito (col potenziometro) che genera il reference.


Sul discorso della stabilità ti garantisco che funziona abbastanza tranquilamente.
Io uso una cosa simile abitualmente come carica batterie NiMh (l'op-amp è un volgare LM2904)

Ultimo consiglio: attenzione ai modi comuni di ingresso e uscita dell'op-amp utilizzato.
Se l'op-amp (nell'esempio presentato) non lavora con modi comuni di in e out prossimi a V- il circuito non può funzionare (viceversa se fai una sorgente di corrente a pnp si deve lavorare vicino a V+)

Se hai dubbi chiedi pure.
Preferisco farti lavorare un po' perché credo che così si impari di più (non sarebbe molto utile se ti dessi l schema già completo)

Se ti va quando hai un idea che ritieni definitiva e funzionante allegala sul forum che la guardiamo assieme.

Ciao
Stefano

[Layer]

Ciao Stefano, sempre davvero gentilissimo! Grazie per le precisazioni!. Ok, va bene anche a me "arrangiarmi" un po', così "ripasso"! In realtà ripasso quello che per me è solo un hobby, visto che non ho mai studiato nulla di elettronica ma tutto ciò che faccio e che costruisco (compresa la programmazione dei PIC) è da semplice autodidatta, anche se leggo e guardo libri. In realtà sono laureato in chimica farmaceutica...
Passando al progetto... ai primi consigli c'ero arrivato, così come avevo pensato (proprio per i motivi detti da te) di alzare lo shunt a 1 Ohm. Al contrario mi sono suonati "incomprensibili" (mia carenza, di certo!) i consigli sui "modi comuni" dell'op-amp Scusa, ma... di questo non so nulla! (Mi sa che mentre aspetto la tua risposta mi faccio un giro su Google sull'argomento...).
Diciamo che (non sto a ridisegnare lo schema) il mio progettino più o meno "definitivo" era il tuo, con un Darlington per Q1, shunt da 1 Ohm e partitore così calcolato (i valori degli estremi non sono critici per me!): R2 (verso massa) = 100 ohm, R1 (verso +12V) = 10KOhm e potenziometro lineare (R) da 1000 Ohm. Sullo shunt da 1 Ohm dovrebbe consentire (trascurando il Darlington) una variazione fra 0.1 e 1.18 V in uscita dal partitore, quindi grosso modo idem in amper in uscita (visto che A=V/shunt, almeno dovrebbe!).
Che ne dici? Potrei provare a buttarlo giù su una millefori e provare. Mi fermo solo perché a questo punto ti sarei grato se mi spiegassi sommariamente la questione dei "modi comuni" e se i miei calcoletti potrebbero rientrare anche in questi parametri.
Ancora mille grazie per l'aiuto (e probabilmente la pazienza...!). Buona serata!!
Marco.

[Stefano79]

In parole povere il discorso sul modo comune si può ridurre (semplificando molto..) a dire che gli op-amp hanno un range di tensioni di ingresso e di uscita entro le quali possono funzionare correttamente.
Fuori da questi range l'op-amp non funziona correttamente.
Ad esempio il LM2904 funziona correttamente con tensioni anche molto prossime alla v- di alimentazione ma non alla v+
Ad esempio il uA741 di ST non funziona se la tensione di ingresso si avvicina troppo alle tensioni di alimentazione (alimentato a +-15V accetta in ingresso tensioni comprese tra +-12V).
Per cui usare tale op-amp nel "nostro" circuito non funzionerebbe.

Esistono alcuni op-amp detti rail to rail che possono funzionare con tensioni in tutto il range di alimentazione


La questione non è così semplice, quindi ti invito a leggere qualcosa sull'argomento (su internet si trova di tutto)

Scusa ma oggi non ho avuto tempo per spiegarmi meglio.
Spero di trovarlo domani..

Ciao
Stefano

[Layer]

Ciao Stefano e ancora grazie mille. Sei stato anzi sin troppo gentile e non preoccuparti se non hai tempo! Figurati! Mi stai già facendo un piacere enorme!! E in più io non ho assolutamente fretta: è una cosa che sto realizzando per me e per il mio hobby, non per lavoro!!
Ok, diciamo che a grandi linee ho capito. Vedo se riesco a documentarmi meglio cercando sull'argomento. Però già che siamo in tema aggiungo un paio di punti a tutta la questione:
1) E' necessaria alimentazione duale?? (Op-Amp). Se possibile vorrei evitare.
2) Il circuito così come è da te previsto è naturalmente "influenzato" dalla tensione di alimentazione del tutto. La cosa non è un problema se alimenti l'aggeggio ad es. con un alimentatore stabilizzato esterno. Mi piacerebbe però rendere indipendente il circuito, ossia alimentarlo tramite classico trasformatore-ponte-condensatore. In questo caso mi chiedo se è possibile stabilizzare solo la tensione relativa al partitore ed eventualmente OP-Amp (magari con diodo zener), lasciando solo la "filtrata" per il carico. Altrimenti tocca prevedere un'altra "stufetta" (in senso di calore disperso) per stabilizzare la tensione verso l'intero circuito.

A parte queste cose (sempre e SOLO SE avrai tempo, non ho assolutamente fretta!!) mi piacerebbe il tuo parere sui miei due calcoletti relativi al partitore (nella scorsa risposta). Fattibile? Anche se così in termini di tensione, considerando una alimentazione duale, saremmo vicini allo zero più che a uno dei due valori di alimentazione...
Un salutone e un grazie davvero sentito.
Marco.

[Stefano79]

1) E' necessaria alimentazione duale?? (Op-Amp). Se possibile vorrei evitare.

Non non è necessaria, basta usare un op-amp che lavori con un modo comune di ingresso e di uscita vicini alla alimentazione negativa (ad esempio il LM2904 potrebbe andare bene, anche se perde tensione in alto).
Meglio sarebbe un op-amp rail to rail, col quale sfrutteresti appieno il range di tensione.

Il circuito così come è da te previsto è naturalmente "influenzato" dalla tensione di alimentazione del tutto

Ovviamente la tesnione di alimentazione influenza il circuito, ma il circuito è immune alle variazioni contenute di tensione: cerco di spiegarmi meglio.
Se il generatore di corrente tenta di imporre una corrente di 1A su un carico che richiede 20 volt di tensione ai suoi capi il generatore non riesce a mantenere tale corrente sul carico (ad esempio una resistenza di carico da 20Ohm genererebbe questa situazione)

Se però il carico non necessita di tensioni oltre i massimi generabili dall'op-amp allora il circuito è stabile anche alle variazioni di tensione, ad esempio alle fluttuazioni del sistema trasformatore-ponte di diodi-condensatore.
Questo grazie alla retroazione imposta dall'op-amp e dal CMRR molto elevato dell'op-amp.
Ovviamente più il ripple di tensione è ampio più perdi capacità di pilotare carichi che richiedano alte tensioni per imporre la corrente desiderata.

Se ti interessa ti allego un grafico di simulazione per spiegarmi meglio.


Ciao
Stefano

[Layer]

Ciao Stefano, grazie, al solito!
Ok, bene per alimentazione singola. Mi è anche abbastanza chiaro il secondo punto:

Se il generatore di corrente tenta di imporre una corrente di 1A su un carico che richiede 20 volt di tensione ai suoi capi il generatore non riesce a mantenere tale corrente sul carico

Chiarissimo (e ovvio)!

Se però il carico non necessita di tensioni oltre i massimi generabili dall'op-amp allora il circuito è stabile anche alle variazioni di tensione, ad esempio alle fluttuazioni del sistema trasformatore-ponte di diodi-condensatore

Questo mi è molto meno chiaro... per mia ignoranza! Comunque lo do per scontato a questo punto.

più il ripple di tensione è ampio più perdi capacità di pilotare carichi che richiedano alte tensioni per imporre la corrente desiderata

Anche questo mi è assolutamente chiaro.

Per la simulazione non so, vedi tu, ma forse non mi è necessario (e poi non voglio farti perdere altro tempo!).

Per lo schema finale... non so, mi sa che sono ad un punto "morto", nel senso che proverei semplicemente il tuo schema, usando a questo punto un 2904 alimentato a tensione singola (diciamo 12V) e con i valori del partitore che avevo calcolato. Funzionerebbe???

Aggiungo una domanda: non ho alcuna esperienza in programmi di simulazione, ma credo che in questi casi mi farebbe comodo predire il funzionamento (o meno... sigh!) del circuito. Sarebbe possibile? E con quale tipo di software?
Ancora grazie Stefano.
Marco.

[Stefano79]

Per lo schema finale... non so, mi sa che sono ad un punto "morto", nel senso che proverei semplicemente il tuo schema, usando a questo punto un 2904 alimentato a tensione singola (diciamo 12V) e con i valori del partitore che avevo calcolato. Funzionerebbe???

Si dovrebbe funzionare.

Questo mi è molto meno chiaro... per mia ignoranza! Comunque lo do per scontato a questo punto.

Magari più tardi ti allego una simulazione per chiarire un po' il concetto

Ciao
Stefano