Alimentatore fai da te / Alimentatore da banco

[elfo]

Vorrei fare alcune considerazioni e presentare lo schema di un circuito il cui funzionamento (in particolare la protezione) *non* e' desumibile dallo schema stesso.

L'idea di fondo *non* e' mia, ma non ricordo a chi attribuirla / dove l'ho letta.

Premetto che lo schema di base di Fig. 0 e' "'na schifezza" ed il tentativo fatto in questo post di aggiustarlo e' il classico "rimedio peggiore del male".
E, ovviamente, richiede un aggiustamento "sul campo" per farlo funzionare.

Partiamo dallo schema di Fig. 1a.
E' un sistema classico di aggiungere un "booster" per avere piu' "birra" in uscita.

Data una corrente Ii, viene aggiunto un Op-Amp capace di erogare la corrente richiesta dal carico (Iout >> Ii) configurato a guadagno unitario e con in serie la resistenza R2. La corrente erogata dall'Op-Amp e' in rapporto di R1 e R2.



Lo schema di principio di Fig. 1a puo' essere realizzato con un regolatore standard a 3 terminali ed un transistor come in Fig. 1b

Il diodo (in prima approx) compensa la Vbe del transistor - nel caso di un darlington occorrono 2 diodi - e l'equazione che governa il funzionamento del circuito e' la stessa del circuito di Fig. 1a (nell'ipotesi che la corrente di base del transistor sia trascurabile)

Guardiamo adesso il diagramma di Fig. 1c
Rappresenta la caratteristica di uscita di vari tipi di alimentatore.

Quando diciamo che un alimentatore (da banco) eroga 0 - 30 V, 0 - 1 A generalmente intendiamo che puo' erogare una corrente compresa tra 0 e 1 A per qualunque valore della tensione di uscita (0 - 30 V).

Questa caratteristica di limitazione e' rappresentata dalla curva rossa (caratteristica "rettangolare").

Se guardiamo le caratteristiche di un LM317 vediamo che puo' erogare fino ad un max di 1.5 A ma con una tensione differenziale di 40 V eroga al max ~ 0.4 A

LM317

1.png (17.55 KiB) Osservato 3946 volte

Questa caratteristica dell'LM317 e' rappresentata (qualitativamente) - sempre nella Fig. 1c - dalla curva celeste (caratteristica "foldback").

Se volessimo quindi realizzare un alimentatore con tensione di ingresso 40 V (37 V max di uscita) e caratteristica "rettangolare" utilizzando un LM317, dovremmo limitarci a 0.4 A di corrente max di uscita.

La caratteristica di questo ipotetico alimentatore con l'LM317 e' rappresentata (qualitativamente) dalla curva verde in cui la Imax vale 0.4 A.

Che c'azzecca (cit) la Fig. 1c con la Fig. 1b?

Molto, anzi, tutto.

Supponiamo di voler dimensionare il circuito di Fig. 1b per una corrente di cortocircuito max di 2.4 A (@ Vin = 40 V). Sappiamo dalla Fig. 1c che la corrente I1 max erogabile da un LM317 e' 0.4 A per cui nel transistor dovra' scorrere una corrente di 2 A.

da cui

Scegliendo arbitrariamente R1 = 1 ohm avremo

Con 40 V in ingresso avremo:

- I1 (LM317) = 0.4 A

- I2 (Tr) = 2 A

Occorre quindi che il transistor abbia una SOA (Safe Operating Area) di 2 A @ 40 V

Se consideramo il TIP33A, che sembra "adeguato", (60 V, 10 A, 80 W) guardando la zona di "second breakdown" della SOA ci accorgiamo che a 40 Vce "regge" solo ~ 1A (a fronte di 2 A necessari).

TIP33

TIP33.png (31.66 KiB) Osservato 3946 volte

Se consideriamo invece il 2N3055 (60 V 15 A 115 W) abbiamo poco meno di 3 A @ 40 V e quindi adeguato al nostro scopo.

2N3055

2N3055.png (29.36 KiB) Osservato 3946 volte

Ma c'e' un altro punto da considerare: la dissipazione termica.

Con l'uscita in cortocircuito:

- LM317 dissipa 16 W (40 V 0.4 A)
- 2N3055 dissipa 80 W (40 V 2 A)

Questi sono anche i valori massimi (o molto vicino al max) dissipabile per ciascun dispositivo con dissipatore *infinito* (o molto grosso) e questo *non* e' ovviamente il nostro caso.

MA

l'LM317 ha varie protezioni (e' bulletproof), tra cui

Internal Thermal Overload Protection

Questo vuol dire che se la temperatura operativa e' superiore a quella max il dispositivo si "spenge".
E di condeguenza si spenge anche il transistor associato.

A quale conseguenza ci porta questa considerazione?

Dimensioniamo (sottodimensioniamo) il dissipatore dell'LM317 in modo che vada in protezione "rapidamente" e sovradimensioniamo il dissipatore del transistor in modo che la protezione "intrinseca" dell'integrato protegga anche il transistor.

Quest'ultima e' la caratteristica del circuito che non traspare dallo schema disegnato.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

[BrunoValente]

... sono ben accetti ulteriori consigli.

Se riesci a non far oscillare i darlington mi pare possa funzionare

[Maranza]

Grazie Elfo per l'intervento!

Guardiamo adesso il diagramma di Fig. 1c
Rappresenta la caratteristica di uscita di vari tipi di alimentatore.

Non ho ben capito il grafico azzurro

Dimensioniamo (sottodimensioniamo) il dissipatore dell'LM317 in modo che vada in protezione "rapidamente" e sovradimensioniamo il dissipatore del transistor in modo che la protezione "intrinseca" dell'integrato protegga anche il transistor.

Interessante però è la parte che mi convince di meno cioè: per me sarebbe (per le mie capacità / sto facendo quasi tutto con materiale di recupero ) difficile dimensionare la dissipazione termica così finemente per il regolatore, tanto che stavo cercando di usare due dissipatori grossi per i darlington ed evitare del tutto di dissipare i regolatori.

Inoltre l'idea di bruno non mi dispiaceva nel senso che una volta scattato il relè sono io con il pulsante a dover riaccendere il tutto.

Infine la tua mi sembra essere una limitazione in potenza (temperatura del regolatore) che quindi nel caso di Vout alte , con Vdiff basse potrebbe erogare ben più corrente.
In tal caso non avrei un regolazione fissa in corrente massima per il carico esterno.

Se posso chiedere visto che l'hai chiamato "rimedio peggiore del male" cosa c'è che proprio non va nello schema che avevo proposto con l'aiuto di Bruno?

Grazie comunque per l'intervento!

[elfo]

Grazie a te per aver letto tutto il "pippone"

Su questo punto ti rispondo subito:

Se posso chiedere visto che l'hai chiamato "rimedio peggiore del male" cosa c'è che proprio non va nello schema che avevo proposto con l'aiuto di Bruno?

Gli schemi tuoi e di Bruno sono degni di ogni considerazione (e sono il meglio possibile con i vincoli dati) ma hanno un "peccato originale":

Partono da uno schema che (mi ripeto) e' "'na schifezza" perche' la resistenza R e' "incalcolabile"

Ma ci terneremo alla fine di questo post.

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Non ho ben capito il grafico azzurro

Il grafico celeste e' la classica limitazione a foldback (vedi su google / wikipedia).

- la Fig. 8 del post [51] Current limit dell'LM317 riporta il grafico della corrente di uscita in funzione della tensione differenziale ingresso - uscita

- il grafico celeste Fig. 1c del post [51] riporta il grafico (qualitativo) della tensione di uscita in funzione della corrente di uscita. Come vedi, a tensione di uscita "bassa" (tensione differenziale ingresso - uscita "alta") la corrente erogabile diminuisce.

Inoltre l'idea di bruno non mi dispiaceva nel senso che una volta scattato il relè sono io con il pulsante a dover riaccendere il tutto.

Questa e' una scelta progettuale in funzione delle prestazioni desiderate.

Infine la tua mi sembra essere una limitazione in potenza (temperatura del regolatore) che quindi nel caso di Vout alte , con Vdiff basse potrebbe erogare ben più corrente.
In tal caso non avrei un regolazione fissa in corrente massima per il carico esterno.

Hai centrato perfettamente il punto!

Non e' facile con l'LM317 avere una limitazione della corrente semplice ed affidabile (magari regolabile).

Non ricordo se BrunoValente ha mai proposto uno schema al riguardo.

Vedi sul data sheet OnSemi lo schema in Fig. 22 a pag. 8 - ma richiede di aggiungere un altro LM317 (e nel tuo caso un altro transistor)
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/LM317-D.PDF

sarebbe difficile dimensionare la dissipazione termica così finemente per il regolatore, tanto che stavo cercando di usare due dissipatori grossi per i darlington ed evitare del tutto di dissipare i regolatori.

Hai (stra)ragione ed e' per questo che ho scritto: (che la mia proposta e' un) "rimedio peggiore del male".

*************
Punto finale

sto facendo quasi tutto con materiale di recupero

Questo e' il punto su cui sono meno d'accordo.

Il costo del "silicio" in questo tipo di progetto e' il "meno" ed anche se hai tutto in casa: trasformatore, dissipatori, contenitore, condensatori di filtro, "buttare" un LM317 e due transistor di potenza e' possible (e conveniente).

Guarda il datasheet dell'LT3081 (costa circa 5 euro per un pezzo dai principali distributori, ma puoi richidere qualche campione sul sito Analog Devices analog.com)

- Vin max 36 V
- Iout max 1.5 A
- regoli la tensione di uscita da 0 a 35 V con una sola resistenza
- regoli la limitazione della corrente di uscita con una sola resistenza
- e' parallelabile senza aggiunta di componenti esterni
- ha caratteristiche generali (rumore, reiezione ecc migliori dell'LM371)
- ha il monitor della corrente di uscita
- ecc ecc

http://www.analog.com/media/en/technica ... 3081fc.pdf

La prevedibilita' e qualita' del risultato finale non sono confrontabili con la soluzione LM317 + transistor (e IMHO compensa lo "spreco" dell'LM317 + transistor che rimangono nel cassetto)