presenta:
Due Caricabatterie a Corrente Costante
Per ricaricare le pile a stilo o qualsiasi altra batteria, compresi gli accumulatori delle automobili è buona norma effettuare la ricarica a corrente costante, però la tensione, se non si interrompe la ricarica al momento opportuno, continua a salire tanto da provocare danno.
Per correnti modeste, fino a 250-300 mA, potrete servirvi dello schema di figura 1 ( senza usare alcun dissipatore).
Lo collegherete all'uscita di un qualsiasi alimentatore che eroghi una tensione almeno di 4-5 V superiore a quella delle pile da ricaricare.
Qual è, ad esempio, la tensione con cui dovrete ricaricare una batteria di 4 pile a stilo ricaricabili da 1,25 V ?
Sapendo che a ciascuna cella dovrete somministrare una carica finale maggiorata di 0,2 V, ossia a 1,45 V, allora moltiplicherete 1,45 per il numero degli elementi, ottenendo una tensione complessiva di 5,8 V, pertanto dovrete applicare all'LM317 una tensione di almeno 11 - 12 V c.c.Per correnti fino ad 1 A, servirà dotare l'LM317 di un dissipatore da almeno 5°C/W
Per correnti modeste, fino a 250-300 mA, potrete servirvi dello schema di figura 1 ( senza usare alcun dissipatore).
Lo collegherete all'uscita di un qualsiasi alimentatore che eroghi una tensione almeno di 4-5 V superiore a quella delle pile da ricaricare.
Qual è, ad esempio, la tensione con cui dovrete ricaricare una batteria di 4 pile a stilo ricaricabili da 1,25 V ?
Sapendo che a ciascuna cella dovrete somministrare una carica finale maggiorata di 0,2 V, ossia a 1,45 V, allora moltiplicherete 1,45 per il numero degli elementi, ottenendo una tensione complessiva di 5,8 V, pertanto dovrete applicare all'LM317 una tensione di almeno 11 - 12 V c.c.Per correnti fino ad 1 A, servirà dotare l'LM317 di un dissipatore da almeno 5°C/W
Nella Figura 1, la resistenza contrassegnata con Rx è quella che regola la corrente costante d'uscita. Quindi essa sarà preventivamente impostata a seconda della corrente con cui dovrete effettuare la carica, considerando che tale corrente ha valore di un decimo della capacità nominale delle singole pile ricaricabili; ossia a pile da 1500 mA/h si deve somministrare una corrente di 150 mA. Per calcolarla eseguite la semplice operazione indicata sotto:
Rx = 1,25 / A.
Ossia se stabilirete di somministrare una corrente costante di 150 mA, allora:
Rx = 1,25/ 0,150 A, Rx = 8,33 ohm.
In commercio esiste il valore 8,2 ohm e andrà benissimo.
Calcolerete invece la potenza da dissipare di Rx così:
W = I * I * Rx
W = 0,15 * 0,15 * 8,2, W = 0,185, ossia il quadrato della corrente moltiplicato per la Rx.
Lo svantaggio di questi due caricabatterie, rispetto a quello automatico, è di dover tener conto del tempo necessario per la carica completa, trascorso il quale è indispensabile almeno spegnere l'apparecchio o togliere le batterie.
Per calcolare il tempo necessario:
Capacità nominale (mA/h) : Corrente di ricarica (mA/h) = tempo in ore
1500 (mA/h) : 150 (mA) = 10 ore
In questo modo ora siete in grado di calcolarvi tutti i parametri opportuni. Considerato che le pile stilo più recenti arrivano a possedere una capacità anche di oltre 3000 mA/h il primo schema può soddisfare ogni esigenza.
Il passo per utilizzarlo come alimentatore a corrente costante per correnti fino a 5-7 A, è stato assai breve
In Figura 2 è rappresentato un utile circuito, comparso su "Selezione di Tecniche Elettroniche" negli anni 80, con la funzione di limitatore di corrente. Ho effettuato la correzione di taluni errori dello schema precedente, in quanto solo ora mi è stato segnalata l'erogazione di una scarsa corrente rispetto a quanto dichiarato, domando pertanto venia a quanti hanno subito, senza lamentare l'inconveniente.
Ho fatto anche delle aggiunte importanti che avevo date per scontate.
Il trasformatore, per correnti oltre 5-6 A, deve essere da 100-120 W.
Per ricaricare accumulatori da 12 V nominali è bene che il secondario eroghi una tensione di 15 V a.c., percheper una carica completa la tensione sulla batteria deve raggiungere i 14,5-14,8 V.
Per accumulatori da 6 V nominali è bene che il secondario eroghi una tensione di 9 V a.c.
Se farete erogare al caricabatterie una corrente pari ad 1/10 della capacità nominale dell'accumulatore, basteranno 10 ore di carica.
Non oltrepassate troppo questo tempo perchè la tensione del caricabatterie continuerà a salire e, se supererete i 14,8-15 V, rischiate di deteriorare l'accumulatore. Non sottoponete l'accumulatore a continue e immotivate cariche, prima che non si sia scaricato attorno ai 11,8-12 V, perchè anche questo può provocare dei danni alle celle, specialmente se sono al piombo.
Il ponte raddrizzatore dovrà essere almeno da un centinaio di volt, 20 A e gli elttrolitici da 50 VL.
Per correnti di 1 A, dovrete usare un dissipatore da 9 W; per correnti da 2 A il dissipatore sarà da 18 w e così via.
Però per correnti di 6-7 A, bisogna dotare il transistor MJ3001 di un dissipatore di calore da 45-50 W, o meglio da massimo 0,5°C/W. Usate la dovuta pasta termica (non usate l'isolante in mica o altro), piuttosto tenete il corpo del dissipatore isolata dal resto del circuito e dal contenitore se è metallico.
Con tale disipatore si possono trattare accumulatori fino a 60 A/h ed anche oltre se non si ha troppa fretta.
In Figura 2 è rappresentato un utile circuito, comparso su "Selezione di Tecniche Elettroniche" negli anni 80, con la funzione di limitatore di corrente. Ho effettuato la correzione di taluni errori dello schema precedente, in quanto solo ora mi è stato segnalata l'erogazione di una scarsa corrente rispetto a quanto dichiarato, domando pertanto venia a quanti hanno subito, senza lamentare l'inconveniente.
Ho fatto anche delle aggiunte importanti che avevo date per scontate.
Il trasformatore, per correnti oltre 5-6 A, deve essere da 100-120 W.
Per ricaricare accumulatori da 12 V nominali è bene che il secondario eroghi una tensione di 15 V a.c., percheper una carica completa la tensione sulla batteria deve raggiungere i 14,5-14,8 V.
Per accumulatori da 6 V nominali è bene che il secondario eroghi una tensione di 9 V a.c.
Se farete erogare al caricabatterie una corrente pari ad 1/10 della capacità nominale dell'accumulatore, basteranno 10 ore di carica.
Non oltrepassate troppo questo tempo perchè la tensione del caricabatterie continuerà a salire e, se supererete i 14,8-15 V, rischiate di deteriorare l'accumulatore. Non sottoponete l'accumulatore a continue e immotivate cariche, prima che non si sia scaricato attorno ai 11,8-12 V, perchè anche questo può provocare dei danni alle celle, specialmente se sono al piombo.
Il ponte raddrizzatore dovrà essere almeno da un centinaio di volt, 20 A e gli elttrolitici da 50 VL.
Per correnti di 1 A, dovrete usare un dissipatore da 9 W; per correnti da 2 A il dissipatore sarà da 18 w e così via.
Però per correnti di 6-7 A, bisogna dotare il transistor MJ3001 di un dissipatore di calore da 45-50 W, o meglio da massimo 0,5°C/W. Usate la dovuta pasta termica (non usate l'isolante in mica o altro), piuttosto tenete il corpo del dissipatore isolata dal resto del circuito e dal contenitore se è metallico.
Con tale disipatore si possono trattare accumulatori fino a 60 A/h ed anche oltre se non si ha troppa fretta.
Se il transistor MJ3001 dovesse comunque scaldare un po' troppo (temperatura del sissipatore attorno ai 70°C), munitelo di una ventola da microprocessore tipo Pentium IV e la alimenterete con un LM7812, prelevando la tensione subito dopo il ponte raddrizzatore. Se la corrente della ventola supera 0,1 A corredate l'LN7812 di dissipatore ad U.
Sulla ventola c'è scritto l'assorbimento e se non volete usare l'LM7812 allora dovrete calcolare una resistenza di caduta di tensione da 21 a 12 V così:
Rcaduta = (21 - 12) : Aventola la cui potenza sarà: P = Aventola x Aventola x Rcaduta
Appresso è indicato come calcolare Rx:
Rx = 0,7 : A
In pratica per una corrente di 7 A: Rx = 0,7 : 7; Rx = 0,1 Ohm
Sempre in Figura 2 sono elencate le grandezze di Rx per alcuni valori di corrente; per il resto valgono le formule di sopra, considerando che per il calcolo del tempo di carica la corrente andrà espressa non in mA, ma in Ampere.
I componenti sono reperibili su e-bay, ma il circuito regolatore LM 317, ancora non molto tempo fa, era reperibile in negozi di elettronica ed anche i transistori MJ3001, 2N3055, 2N1711 e BC177.
Per far funzionare entrambi i circuiti proposti è sufficiente qualsiasi alimentatore stabilizzato o meno, che possa erogare la tensione e la corrente che interessa.
Sulla ventola c'è scritto l'assorbimento e se non volete usare l'LM7812 allora dovrete calcolare una resistenza di caduta di tensione da 21 a 12 V così:
Rcaduta = (21 - 12) : Aventola la cui potenza sarà: P = Aventola x Aventola x Rcaduta
Appresso è indicato come calcolare Rx:
Rx = 0,7 : A
In pratica per una corrente di 7 A: Rx = 0,7 : 7; Rx = 0,1 Ohm
Sempre in Figura 2 sono elencate le grandezze di Rx per alcuni valori di corrente; per il resto valgono le formule di sopra, considerando che per il calcolo del tempo di carica la corrente andrà espressa non in mA, ma in Ampere.
I componenti sono reperibili su e-bay, ma il circuito regolatore LM 317, ancora non molto tempo fa, era reperibile in negozi di elettronica ed anche i transistori MJ3001, 2N3055, 2N1711 e BC177.
Per far funzionare entrambi i circuiti proposti è sufficiente qualsiasi alimentatore stabilizzato o meno, che possa erogare la tensione e la corrente che interessa.
Importante solo se interessa sapere cosa si può ottenere da un 2N3055.
Tenete conto che usando il 2N3055, nel circuito di cui sopra, non è molto prudente fargli erogare una corrente di 7 A, sarebbe bene fermarsi a 5 - 5,5 A, avendo così già una potenza di 50W da dissipare.
Considerate che 50 W sono quasi il massimo per un 2N3055, perchè il dissipatore (anche se di dimensioni ragguardevoli, 0,6°C/W) raggiunge già una temperatura di 45-50°C (con 25°C ambiente), ma la temperatura della sua giunzione Tj arriva a 150-160°C, mentre per Tj = 200°C la giunzione fonde. E' vero che la potenza del 2N3055 viene data per 115 W, ma, attenzione, tenendo il contenitore a 25°C di temperatura. Per fa ciò, si dovrebbe tenere la temperatura ambinete a 65°C sotto lo zero.
Infatti la resistenza termica totale in un 2N3055, fissato su di un dissipatore da 0,6°C/W, è:
1,52°C/W (Rjc = resistenza termica giunzione contenitore) + 0,12 °C/W (Rcd = resistenza termica contenitore dissipatore con interposta pasta siliconata) + 0,6°C/W (Rda = resistenza termica dissipatore aria) = 2,24°C/W.
Posti:
Tj = 200°C temperatura di fusione della giunzione
Ta = 25°C temperatura ambiente
Pot max = (Tj max - Ta) : (Rjc + Rcd + Rda)
Pot max = (200 - 30) : 2,24 = 78,1 W, ma questa è la potenza massima invalicabile, basta una piccola variazione in più della temperatura ambiente, o uno scadente contatto tra contenitore e dissipatore per superare Tj = 200°C, allora considerando di tenerci al margine di sicurezza del 75% di Tj, cioè Tj (75%) = 150°C e considerando la temperatura ambiente di 30°C :
Pot max = (150 - 30) : 2,24 = 53,57 W.
Ma un dissipatore da 0,6°C/W è molto grosso (15x10x10 cm) con diverse alette.
Se poi il dissipatore è da 1°C/W la potenza massima utilizzabile si riduce a 50,63 W, mentre se il dissipatore è quello di un Pentium IV con ventola, possiamo stare abbastanza tranquilli perchè la Tda raggiunge anche 0,2°C/W
pertanto (150 - 30) : (1,52 + 0,12 + 0,2) = 65,2 W e ci potrebbero quasi stare anche i 7 A., ma in questo caso è molto meglio l'MJ3001 oppure un darlington tra un MJ4502 e un 2N1711 (meglio un BD137). Meglio ancora un triplo darlington 2N1711 su BD137 su MJ4502 ).
Ma in sostanza a quale potenza, in tutta sicurezza, potete far lavorare un 2N3055 senza aletta di raffreddamento? Esistono delle tabelle in cui vengono riportati i valori della resistenza termica rispetto all'aria ( Rca ), che ciascun tipo di contenitore può presentare.
Il TO3 presenta dai 30 ai 40°C/W, allora assumendo il valore medio di 35°C/W e la temperatura ambiente di 30°C:
Pot = (Tj - Ta) : (Rjc +Tca); (150-30): (1,52 + 35) = 3,28 W.
Quindi non più di 3,285 W, con la giunzione a Tj = 150°C e la tenperatura del contenitore a Tc = 144,5°C; ecco cosa è rimasto dei famosi 115 W.
Tenete conto che usando il 2N3055, nel circuito di cui sopra, non è molto prudente fargli erogare una corrente di 7 A, sarebbe bene fermarsi a 5 - 5,5 A, avendo così già una potenza di 50W da dissipare.
Considerate che 50 W sono quasi il massimo per un 2N3055, perchè il dissipatore (anche se di dimensioni ragguardevoli, 0,6°C/W) raggiunge già una temperatura di 45-50°C (con 25°C ambiente), ma la temperatura della sua giunzione Tj arriva a 150-160°C, mentre per Tj = 200°C la giunzione fonde. E' vero che la potenza del 2N3055 viene data per 115 W, ma, attenzione, tenendo il contenitore a 25°C di temperatura. Per fa ciò, si dovrebbe tenere la temperatura ambinete a 65°C sotto lo zero.
Infatti la resistenza termica totale in un 2N3055, fissato su di un dissipatore da 0,6°C/W, è:
1,52°C/W (Rjc = resistenza termica giunzione contenitore) + 0,12 °C/W (Rcd = resistenza termica contenitore dissipatore con interposta pasta siliconata) + 0,6°C/W (Rda = resistenza termica dissipatore aria) = 2,24°C/W.
Posti:
Tj = 200°C temperatura di fusione della giunzione
Ta = 25°C temperatura ambiente
Pot max = (Tj max - Ta) : (Rjc + Rcd + Rda)
Pot max = (200 - 30) : 2,24 = 78,1 W, ma questa è la potenza massima invalicabile, basta una piccola variazione in più della temperatura ambiente, o uno scadente contatto tra contenitore e dissipatore per superare Tj = 200°C, allora considerando di tenerci al margine di sicurezza del 75% di Tj, cioè Tj (75%) = 150°C e considerando la temperatura ambiente di 30°C :
Pot max = (150 - 30) : 2,24 = 53,57 W.
Ma un dissipatore da 0,6°C/W è molto grosso (15x10x10 cm) con diverse alette.
Se poi il dissipatore è da 1°C/W la potenza massima utilizzabile si riduce a 50,63 W, mentre se il dissipatore è quello di un Pentium IV con ventola, possiamo stare abbastanza tranquilli perchè la Tda raggiunge anche 0,2°C/W
pertanto (150 - 30) : (1,52 + 0,12 + 0,2) = 65,2 W e ci potrebbero quasi stare anche i 7 A., ma in questo caso è molto meglio l'MJ3001 oppure un darlington tra un MJ4502 e un 2N1711 (meglio un BD137). Meglio ancora un triplo darlington 2N1711 su BD137 su MJ4502 ).
Ma in sostanza a quale potenza, in tutta sicurezza, potete far lavorare un 2N3055 senza aletta di raffreddamento? Esistono delle tabelle in cui vengono riportati i valori della resistenza termica rispetto all'aria ( Rca ), che ciascun tipo di contenitore può presentare.
Il TO3 presenta dai 30 ai 40°C/W, allora assumendo il valore medio di 35°C/W e la temperatura ambiente di 30°C:
Pot = (Tj - Ta) : (Rjc +Tca); (150-30): (1,52 + 35) = 3,28 W.
Quindi non più di 3,285 W, con la giunzione a Tj = 150°C e la tenperatura del contenitore a Tc = 144,5°C; ecco cosa è rimasto dei famosi 115 W.
Per legittima curiosità, ora verifichiamo, datasheet alla mano, questi benedetti 115 W.
A sinistra le caratteristiche di massima del 2N3055.
Sono sottolineati i valori che interessano nei successivi calcoli.
Secondo i parametri indicati nel datasheet, calcoliamo la potenza massima ( Wmax ) del 2N3055 quando al transistor viene applicato un dissipare da 0,66°C/W ad una temperatura ambiente di -- 65°C.
Ricordiamo che Rcd = 0,12 con pasta siliconata;
Ta è la temperatura ambiente;
Tj la massima temperatura di giunzione:
Rjc la resisnza termica giunzione contenitore;
Rcd la resistenza termica contenitore dissipatore;
Rda la resistenza termica dissipatore aria:
Wmax = (Tj - Ta) : (Rjc + Rcd + Rda)
[200 - (- 65)] : (1,52 + 0,12 + 0,66) = 115,21 W;
calcoliamo ora la temperatura ( Tc ) assunta dal contenitore (case) nel caso di Ta = - 65°C:
Tc = [Wmax x (Rcd + Rda)] - Ta
[115 x (0,12 + 0,66)] - 65 = 24,86°C
La discrepanza di 24,86°C rispetto ai 25°C è ben minima.
Conclusione:
non cadete nel tranello delle potenze enunciate dai datasheet, perchè sono riferite alla temperatura di 25°C del contenitore. Ma non sono disonesti perchè lo dichiarano apertamente: @Tc= 25°C.
Inoltre siamo sicuri che portando un transistor a 65°C sotto zero, la giunzione non viene danneggiata e che, se viene fatto lavorare, funziona correttamente.
Infine D1 impedisce, in entrambi i dispositivi, il ritorno di tensione dalla batteria all'alimentatore, se viene spento prima di aver scollegato l'accumulatore, tale diodo, per correnti da 5-7 A, è meglio sia da 15-20 A.
Se non avete l'MJ3001 e invece possedete un 2N3055 ed un 2N1711 potete servirvi della configurazione di figura 3.
Se siete interessati anche al funzionamento di principio del secondo circuito proseguite nella lettura, diversamente potete fermarvi qui.
Quando la corrente che fluisce in Rx è tale da provocare una caduta di tensione, di circa 0,65 - 0,70 V, sui capi della resistenza stessa , il transistor BC 177 entra in conduzione, polarizza il transistor 2N1711 che, a sua volta, cortocircuita a massa la base del tansistor MJ3001 nterrompendone la conduzione, ma a questo punto il BC 177 cessa di condurre e si ripristina il flusso di corrente che si interrompe subito perchè nuovamente il BC 177 riprende a condurre.
E' chiaro che si instaura una condizione di equilibrio per cui il circuito eroga una corrente tale da non provocare, attraverso Rx, la conduzione a valanga del BC 177, ma gli impone di modulare la corrente di uscita, che, in buona sostanza, diviene costante. .