presenta:
Alimentatore stabilizzato 30 V, 30-35 A
con LM723
Mio malgrado, corre necessità (nei confronti di un certo numero di miei lettori) di una piccola divagazione per sottolineare due punti:
primo, abbiate la pazienza di leggere tutto il testo, così eviterete di domandarmi, per e-mail, informazioni che sono già contenute nel testo stesso;
secondo, se non avete dimestichezza con circuiti di questo genere, non pretendete che sia io ad illuminarvi in cinque minuti, per mettervi in condizione di realizzarli.
In prima battuta, cercherò ultra sinteticamente di parlare del regolatore di tensione l'LM723.
Caratteristiche:
Vmax alimentazione 40 V
Vref interna 7,15 V
Imax di ucita 150 mA
Iref max 15mA
rumore 20uV
Wmax 0,8
Tmax 70°C
L'LM723 è un integrato dotato di stabilizzazione interna di 7,15 V prelevabile sul piedino 6 (Vref); una porzione di questa tensione va riportata, attraverso un partitore di tensione R1 R2, sul piedino non invertente per ottenere una stabilizzazione compresa tra +2 e +7V (figura A). Non bisogna sovraccaricare oltre 1 mA il piedino 6, pertanto la somma di R1 + R2 sarà al meno 7,15 KΩ: data tra il rapporto della tensione di zener interna e la corrente prelevata.
In questo caso Vout = [R2: (R1+R2)] x Vref
naturalmente per centrare esattamente la tensione desiderata è necessario (figura B) un trimmer regolabile, il cui cursore sia collegato al piedino 5 (non invertente).
La stabilità termica in questo caso è dovuta ad R3 che va calcolata nel seguente modo:
R3 = (R1xR2) : (R1+R2):
un condensatore da 4,7μF ridurrà sensibilmente il rumore generato dallo zener interno.
primo, abbiate la pazienza di leggere tutto il testo, così eviterete di domandarmi, per e-mail, informazioni che sono già contenute nel testo stesso;
secondo, se non avete dimestichezza con circuiti di questo genere, non pretendete che sia io ad illuminarvi in cinque minuti, per mettervi in condizione di realizzarli.
In prima battuta, cercherò ultra sinteticamente di parlare del regolatore di tensione l'LM723.
Caratteristiche:
Vmax alimentazione 40 V
Vref interna 7,15 V
Imax di ucita 150 mA
Iref max 15mA
rumore 20uV
Wmax 0,8
Tmax 70°C
L'LM723 è un integrato dotato di stabilizzazione interna di 7,15 V prelevabile sul piedino 6 (Vref); una porzione di questa tensione va riportata, attraverso un partitore di tensione R1 R2, sul piedino non invertente per ottenere una stabilizzazione compresa tra +2 e +7V (figura A). Non bisogna sovraccaricare oltre 1 mA il piedino 6, pertanto la somma di R1 + R2 sarà al meno 7,15 KΩ: data tra il rapporto della tensione di zener interna e la corrente prelevata.
In questo caso Vout = [R2: (R1+R2)] x Vref
naturalmente per centrare esattamente la tensione desiderata è necessario (figura B) un trimmer regolabile, il cui cursore sia collegato al piedino 5 (non invertente).
La stabilità termica in questo caso è dovuta ad R3 che va calcolata nel seguente modo:
R3 = (R1xR2) : (R1+R2):
un condensatore da 4,7μF ridurrà sensibilmente il rumore generato dallo zener interno.
Il circuito di principio varia leggermente per stabilizzare tensioni tra +2 e +36 V (vedi figura C).
Si può inserire una resistenza limitatrice di corrente di uscita R4 tra Ilim (pin 2) e Isens (Pin 3):
R4 = 0,7 : Imax.
In questo caso Vout = [(R1+R2) : R2] x Vref
mentre posta R2 = 7,15 KΩ
R1 = [R2 x (Vout - Vref)] : Vref
Se fra R1 ed R2 inseriamo un trimmer al cui cursore è collegato Inv (pin4) allora possiamo regolare finemente la tensione d'uscita (vedi figura D).
Chiaramente la corrente massima (150 mA) erogabile dall'LM723 è insufficiente agli usi comuni, pertanto il circuito va arricchito con transistor (meglio un darlington) come in figura E.
Le formule restano sempre e comunque valide.
Sarebbe possibile adoperare l'LM723 anche per tensioni superiori a 40 V, ma questo non è negli scopi del presente elaborato.
La stabilizzazione è ottima: una fluttuazione di 20μV in uscita per variazioni di 5 volt in ingresso ed, anche per questo, non richiede grossi condensatori elettrolitici di livellamento.
A questo punto il discorso si sposta sullo schema di alimentatore stabilizzato proposto in figura 1.
Esso è calcolato per una tensione di 30 V e corrente di oltre 30 A, con massima limitazione a 35A.
L'alimentazione dell'LM723 è realizzata con un LM7815.
In realtà sarebbe possibile, ancora con un certo margine di sicurezza, prelevare circa 10 A per ogni transistor, ma la prudenza non è mai troppa: se, nel tempo, dovesse deteriorarsi la pasta siliconata o allentarsi in contatto tra transistor e dissipatore, potrebbe verificarsi qualche sgradita sorpresa.
Allora ci teniamo, con 5 transistor, sui 30 A, con corrente massima di 35 A e ce ne stiamo al sicuro con questo alimentatore che eroga circa 900 W di potenza continua.
Il circuito, concettualmente, non presenta difficoltà di sorta: sono cinque transistor in cascata che entrano progressivamente in conduzione, con il flusso di corrente, quando la tensione emittore-base, determinata dalla caduta sulle relative resistenze, supera 0,6-0,7 V.
La resistenze R9 determina una caduta di tensione di 0,7 V al passaggio di 7 A e mette in conduzione TR2; quando la somma della corrente di TR1 e TR2 (14 A) determinerà su R10 una caduta di tensione di 0,7 V entrerà in conduzione TR3; lo stesso accadrà per R11 al passaggio di 21 A e per R12 al passaggio di 28 A, con conseguente conduzione di TR4 e TR5.
Le resistenze da R9 e R12 saranno ottenute dal parallelo di resistenze da 0,1Ω, 5 W:
R10 = due resistenze da 0,1Ω da 5 W in parallelo;
R11 = tre resistenze c.s.;
R12 = quattro resistenze c.s.;
Rx = cinque resistenze c.s.;
La regolazione fine della tensione di 30 V stabilizzati viene fatta con P1.
Complessivamente l'erogazione di corrente arriva 35 A, momento in cui Rx provocherà la disabilitazione dell'LM723, come se si trattasse della corrente di cortocircuito.
Il voltmetro in funzione di amperometro verrà tarato per una corrente nota e così lasciato, tenuto conto che la massima tensione potrà essere, ai capi di Rx, di 0,7V
La dissipazione di potenza cui va incontro, mediamente, ogni transistor è di circa 39 W.
Ma volendo essere pignoli e considerando una corrente di 7 ampere ciascuno:
ai capi di TR1 ci sarebbero 4,2 V che moltiplicati per 7 danno 29,4 W; dissipatore 3,22°C/W
ai capi di TR2 ci sono 4,9 V, quindi 34,3 W; dissipatore 2,56°C/W ;
ai capi di TR3 ci sono 5,6 V, quindi 39,2 W; dissipatore 2,07°C/W;
ai capi di TR4 ci sono 6,3 V, quindi 44,1 W; dissipatore 1,39°C/W;
ai capi di TR5 ci sono 7 V, quindi 49 W; dissipatore 1,38°C/W;
dovrà esserci contatto diretto del contenitore con il dissipatore, migliorato con pasta siliconata.
Al seguente indirizzo troverete il modo di calcolare le alette di raffreddamento
http://isoondaomradio.weebly.com/i-dissipatori-di-calore-per-transistor.html
Al seguente indirizzo troverete le tavole con le caratteristiche e le dimensioni dei vari dissipatori:
http://isoondaomradio.weebly.com/dissipatori-tavole.html
R10 = due resistenze da 0,1Ω da 5 W in parallelo;
R11 = tre resistenze c.s.;
R12 = quattro resistenze c.s.;
Rx = cinque resistenze c.s.;
La regolazione fine della tensione di 30 V stabilizzati viene fatta con P1.
Complessivamente l'erogazione di corrente arriva 35 A, momento in cui Rx provocherà la disabilitazione dell'LM723, come se si trattasse della corrente di cortocircuito.
Il voltmetro in funzione di amperometro verrà tarato per una corrente nota e così lasciato, tenuto conto che la massima tensione potrà essere, ai capi di Rx, di 0,7V
La dissipazione di potenza cui va incontro, mediamente, ogni transistor è di circa 39 W.
Ma volendo essere pignoli e considerando una corrente di 7 ampere ciascuno:
ai capi di TR1 ci sarebbero 4,2 V che moltiplicati per 7 danno 29,4 W; dissipatore 3,22°C/W
ai capi di TR2 ci sono 4,9 V, quindi 34,3 W; dissipatore 2,56°C/W ;
ai capi di TR3 ci sono 5,6 V, quindi 39,2 W; dissipatore 2,07°C/W;
ai capi di TR4 ci sono 6,3 V, quindi 44,1 W; dissipatore 1,39°C/W;
ai capi di TR5 ci sono 7 V, quindi 49 W; dissipatore 1,38°C/W;
dovrà esserci contatto diretto del contenitore con il dissipatore, migliorato con pasta siliconata.
Al seguente indirizzo troverete il modo di calcolare le alette di raffreddamento
http://isoondaomradio.weebly.com/i-dissipatori-di-calore-per-transistor.html
Al seguente indirizzo troverete le tavole con le caratteristiche e le dimensioni dei vari dissipatori:
http://isoondaomradio.weebly.com/dissipatori-tavole.html
Come vedete dalle dissipazioni citate sopra, sarebbe possibile prelevare una corrente molto maggiore (almeno 11 A per ciascun transistor).
Pertanto il numero dei transistor si potrebbero ridurre a tre (vedi figura 1a), ricalcolando R9, R10 e Rx, ma ciò comporterebbe difficoltà nella reperibilità delle resistenze da mettere in parallelo e sarebbe necessario autocostruirle con filo di rame smaltato.
Calcolo resistenze in filo rame
Allora per 10 A a transistor:
R9 = 0,07Ω;
R10 = 0,035Ω;
Rx = 0,02Ω;
Essendo in gioco correnti alte, curate la sezione dei fili interni di collegamento (4 mm²), le saldature (per ridurre al minimo le resistenze parassite) e attenetevi alle alette di raffreddamento come detto nel prosieguo.
TR1: 5,6 V x 10A = 56 W; dissipatore 1,04°C/W, senza ventola, (2°CW con ventola con Φ 10 cm)
TR2: 6,3 V x 10 A = 63 W; dissipatore 0,77°C/W, senza ventola, (1,5°C/W, ventola come sopra)
TR3: 7 V x 10 = 70 W; dissipatore 0,55°C/W, senza ventola, (1°C/W, ventola c.s.)
Il contenitore del transistor (TO3) deve essere collocato direttamente sul corpo del dissipatore con pasta siliconata e l'aletta di raffreddamento isolata dal reso del circuito.
Non è indispensabile isolare i transistor dai dissipatori se poi terrete questi ultimi isolati dal resto, si potrebbero alloggiare anche due transistor sulla stessa aletta di raffreddamento, poichè tutti i collettori sono elettricamente collegati tra di loro.
Pertanto il numero dei transistor si potrebbero ridurre a tre (vedi figura 1a), ricalcolando R9, R10 e Rx, ma ciò comporterebbe difficoltà nella reperibilità delle resistenze da mettere in parallelo e sarebbe necessario autocostruirle con filo di rame smaltato.
Calcolo resistenze in filo rame
Allora per 10 A a transistor:
R9 = 0,07Ω;
R10 = 0,035Ω;
Rx = 0,02Ω;
Essendo in gioco correnti alte, curate la sezione dei fili interni di collegamento (4 mm²), le saldature (per ridurre al minimo le resistenze parassite) e attenetevi alle alette di raffreddamento come detto nel prosieguo.
TR1: 5,6 V x 10A = 56 W; dissipatore 1,04°C/W, senza ventola, (2°CW con ventola con Φ 10 cm)
TR2: 6,3 V x 10 A = 63 W; dissipatore 0,77°C/W, senza ventola, (1,5°C/W, ventola come sopra)
TR3: 7 V x 10 = 70 W; dissipatore 0,55°C/W, senza ventola, (1°C/W, ventola c.s.)
Il contenitore del transistor (TO3) deve essere collocato direttamente sul corpo del dissipatore con pasta siliconata e l'aletta di raffreddamento isolata dal reso del circuito.
Non è indispensabile isolare i transistor dai dissipatori se poi terrete questi ultimi isolati dal resto, si potrebbero alloggiare anche due transistor sulla stessa aletta di raffreddamento, poichè tutti i collettori sono elettricamente collegati tra di loro.