presenta:
Caricabatterie al piombo
ermetiche a secco e al gel
a cura di IZ1TQI Aldo
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.
Al giorno di oggi è più economico acquistare un caricabatterie commerciale, tuttavia se volete divertirvi, avendo nella paccottiglia i componenti necessari, provate questo, che è di tutto rispetto e migliore di quello commerciale.
Si tratta di un alimentatore a corrente costante, vale a dire che inietta la medesima corrente da inizio a fine carica. Il controllo di corrente è effettuato da TR1-TR2-TR3.
In particolare TR3 modula la polarizzazione di TR1 e TR2 a seconda della corrente che attraversa la resistenza tra la sua base e il suo emittore.
Quando la corrente che attraversa la resistenza tra base e d emittore di TR3 provoca una caduta di tensione pari a 0,6-0,7 V, TR3 entra in conduzione e modula la corrente fornita da TR1 e TR2, in modo che si stabilizzi ad un certo valore; ciò è appunto determinato dalla resistenza base-emittore di TR3.
Il calcolo di tale resistenza (Rbe) è ottenuto dividendo 0,6 per la corrente desiderata.
Nello schema un commutatore 1 via 4 posizioni permette di variare tale resistenza e di avere quattro portate:
R9 = 1,2 Ω corrente di 500 mA, per batterie 12 V, 4-6 Ah;
R10 = 1,2 Ω corrente di 1 A, per batterie 12 V, 10-12 Ah;
R11 = 0,47 per una corrente di 1,5 A circa, per batterie 12 V, 15-17 Ah;
R12 = 0,22 Ω corrente di 3,2 A, per batterie 12 V, 40-50 Ah;
qualora voleste una corrente di oltre 4 A (badate che 4 A non sono pochi per il 2N3055) ponete in parallelo due resistenze da 0,33Ω e sostituitele ad una qualsiasi da R10 a R12.
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.
Al giorno di oggi è più economico acquistare un caricabatterie commerciale, tuttavia se volete divertirvi, avendo nella paccottiglia i componenti necessari, provate questo, che è di tutto rispetto e migliore di quello commerciale.
Si tratta di un alimentatore a corrente costante, vale a dire che inietta la medesima corrente da inizio a fine carica. Il controllo di corrente è effettuato da TR1-TR2-TR3.
In particolare TR3 modula la polarizzazione di TR1 e TR2 a seconda della corrente che attraversa la resistenza tra la sua base e il suo emittore.
Quando la corrente che attraversa la resistenza tra base e d emittore di TR3 provoca una caduta di tensione pari a 0,6-0,7 V, TR3 entra in conduzione e modula la corrente fornita da TR1 e TR2, in modo che si stabilizzi ad un certo valore; ciò è appunto determinato dalla resistenza base-emittore di TR3.
Il calcolo di tale resistenza (Rbe) è ottenuto dividendo 0,6 per la corrente desiderata.
Nello schema un commutatore 1 via 4 posizioni permette di variare tale resistenza e di avere quattro portate:
R9 = 1,2 Ω corrente di 500 mA, per batterie 12 V, 4-6 Ah;
R10 = 1,2 Ω corrente di 1 A, per batterie 12 V, 10-12 Ah;
R11 = 0,47 per una corrente di 1,5 A circa, per batterie 12 V, 15-17 Ah;
R12 = 0,22 Ω corrente di 3,2 A, per batterie 12 V, 40-50 Ah;
qualora voleste una corrente di oltre 4 A (badate che 4 A non sono pochi per il 2N3055) ponete in parallelo due resistenze da 0,33Ω e sostituitele ad una qualsiasi da R10 a R12.
Come ho già detto Rbe = 0,6 : A, però attenzione perchè R9 è sempre collegata e costituisce parallelo con ciascuna delle altre resistenze. Non esagerate con la corrente perchè il 2N3055 deve essere allora adeguatamente corredato di dissipatore 0,5 °C/W, o con dissipatore 1,5-2°C/W con ventola 1500-2000 giri/min.
Poichè la corrente di ricarica fornita ad una batteria deve essere 1/10 della capacità nominale il tempo necessario sarà di 10 ore; per le batterie da 50 Ah il tempo salirà a 15 ore.
Il dispositivo è automatico dovrà essere tarato con R1 per tensione massima di carica, che è bene contenere nei 14,2-14,4 V, raggiunta la quale il caricabatterie staccherà, mentre con R6 si tarerà tensione minima di carica, raggiunta la quale il caricabatterie entrerà in funzione.
Ometto la spiegazione del suo funzionamento, tanto ho avuto modo di appurare che non vi interessa.
DS3 è un diodo al silicio ed è bene sceglierlo da 70-100 V 10-15 A; il 21PT20 è da 200V 20A.
DS1ha il compito di tosare eventuali picchi inversi dovuti al relè.
TR1 e TR2 possono essere sostituiti con darlington di potenza del tipo MJ 3000.
Anche TR3-TR4-TR5 ammettono sostituzioni similari senza nulla modificare.
Al posto di LN1 si può usare un diodo led posto a monte di DS3 con una resistenza in serie da 1500-2000 Ω.
S1 è un pulsante normalmente aperto che permette di mettere in funzione il caricabatterie in qualsiasi momento si voglia.
P1 è un ponticello utile per la taratura, dopo la quale non verrà più usato.
T1 deve essere un trasformatore con secondario da almeno 15V, 7- 8 A, 100 - 130 W.
T1, RS1 e C da 2200μF possono essere sostituiti da un alimentatore switching 22 V, che eroghi almeno 8-10 A; non usate tensioni è correnti minori di quelle indicate.
Taratura:
aprite il ponticello P1;
portare R1 e R6 per la minima resistenza;
disponendo di un alimentatore variabile regolatelo per 14,3 - 14,5 V, collegatelo al posto della batteria e ruotate R1 fino a quando il relè staccherà (avrete così la taratura della tensione massima);
disponete l'alimentatore su 11,8-12,2 V e regolate R6 fino a quando udrete il relè attaccare (avrete così tarato la tensione per cui il caricabatterie entrerà in funzione);
in questa condizione fate i collegamenti al relè in modo che i contatti di scambio siano chiusi;
chiudete il ponticello, il caricabatterie è pronto.
Può essere lasciato costantemente collegato alla batteria: quando la batteria sarà scesa al di sotto dei 12 V il caricabatterie inizierà a caricare; quando la batteria avrà raggiunto i 14,4 V il caricabatterie si fermerà.
IMPORTANTE:
per la corrente di 3A è prudente corredare TR2 di dissipatore almeno 10 cm per 5 cm (1,5°C/W), con alettatura alta almeno 3 cm (vedi foto); attenzione perchè il collettore di TR2 sarà in cortocircuito con il dissipatore quindi tenete quest'ultimo isolato dal resto del circuito.
Per correnti superiori attenetevi a quanto viene detto nella successiva appendice.
Se siete arrivati fin qui (la cosa mi sorprenderebbe) allora avete anche superato l'esame per leggere quanto segue
Appendice:
Leggete 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 far 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 far 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 famosi 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 lo zero, la giunzione non viene danneggiata e che, se viene fatto lavorare, funziona correttamente.