Alimentatore variabile in tensione e corrente



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Elettronica

Schemi di circuiti elettronici per il vostro hobby preferito: l’elettronica. Audio, Amplificatori, Radio Frequenza, Analogica e Digitale…





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Come costruirsi facilmente un alimentatore variabile in tensione e corrente da 1,2 a 31 V e da 0,5 a 5,0 A.


Da parecchio tempo avevo voglia di costruirmi un alimentatore da laboratorio, variabile in tensione e corrente. L’alimentatore variabile ha indubbi vantaggi in laboratorio hobbystico: vasta gamma di voltaggi selezionabili e, in questo caso, anche gestione della corrente. Ovviamente ci sono soluzioni già pronte, oppure si può partire da zero cercando uno schemino online e costruendoselo di sana pianta. Io ho optato per…una via di mezzo.

Alimentatore Variabile - Pannello Frontale

Alimentatore Variabile – Pannello Frontale

Non si tratta del solito vecchio circuito da costruire saldando componente per componente, magari ricavando anche il circuito stampato. In questo caso, ho avuto la brillante idea di rivolgermi al “mercato cinese” comprando online, per una decina di euro, spese di spedizione comprese, uno step down DC DC da 40 V max e 20 A max cui ho abbinato un trasformatore classico, con un semplice circuito raddrizzatore-livellatore. Il vantaggio indubbio è, come per gli switching, di essere compatto (siamo nell’ordine dei 5cm), leggero, non scaldare quasi per nulla (quindi zero dissipatori o resistenze giganti per i 2N3055 per dire).

Step down DC DC da 40 V max e 20 A max

Step down DC DC da 40 V max e 20 A max

Perché e quale trasformatore utilizzare?

Infatti: perchè acquistare/utilizzare, oggi, un pesante, inefficiente trasformatore AC? Ormai con gli alimentatori switching si hanno a disposizione tanti voltaggi, alte correnti, ingombri e pesi ridottissimi. Per non parlare dell’alta efficienza energetica. La verità è che inizialmente non mi sono posto il problema; avevo vari trasformatori d’annata e volevo usarne qualcuno. Quindi, se avete degli switching che, ad esempio, vi erogano 24 V o più, potrete utilizzarli tranquillamente. Tornando a noi, volendo usare un trasformatore, sicuramente dovrebbe erogare svariati ampere e partire da un voltaggio di almeno 24V CC, a mio avviso. Recentemente avevo anche recuperato da un vecchio power supply, un trasformatore funzionante, da 230V AC primario e 7,5+7,5V AC, secondario doppio, da almeno 12A. Ma ha un peso rilevante e un amperaggio che, per essere gestito, avrebbe richiesto l’acquisto di componenti e cablaggi adeguati. Da svariati anni invece possiedo un trasformatore, da almeno 120 W, che presenta un primario da 230V AC e due secondari da 12V AC e 5A, usato per un amplificatore oggi non più funzionante. Sicuramente valori più che sufficienti e facilmente gestibili.

Trasformatore usato per l'alimentatore variabile da laboratorio

Trasformatore usato per l’alimentatore variabile da laboratorio

Cosa ottengo col trasformatore da 230V AC 12+12V AC?

Avendo, nel mio piccolo laboratorio, la disponibilità di schedine millefori, condensatori, ponti diodo, adeguati a gestire i 5A erogati, mi sono anzitutto costruito due bei circuiti “stereo” raddrizzatori-livellatori, classicissimi a ponte di diodi, uno per secondario.

Circuiti raddrizzatori-livellatori in coppia per l'alimentatore variabile

Circuiti raddrizzatori-livellatori in coppia per l’alimentatore variabile

In questo modo ho ottenuto due alimentatori separati. In pratica:

12Vac x 1,414 = 16,97 Vcc a vuoto

ovvero un alimentatore duale:

(+)16,97 V (GND) 16,97 V (-)

o ancora uno singolo da:

GND (0V) + (16,97×2=33,94V)

Ed è questa configurazione che andrò a usare.

Lo schema del circuito è sotto riportato, ma può andare bene qualsiasi circuito raddrizzatore-livellatore recuperabile da internet o da riviste (i valori di tensione sono indicativi). Inoltre nulla toglie di comprarli già belli e pronti, dai vari store, made in China.

Schema Circuito Raddrizzatore Livellatore dell'alimentatore variabile

Schema Circuito Raddrizzatore Livellatore dell’alimentatore variabile

Perché un cosi grande amperaggio per lo step-down se ho un trasformatore che eroga solo 5 A?

La risposta a questa domanda è duplice. Da un lato ho pensato: “è una roba cinese, scrivono 20A, se va bene saranno 10A reali”. E in effetti consigliano di non superare 15A, 20A di picco. Dall’altro lato la differenza tra il modello a 20A e quello a 10A (o 15A non ricordo) era forse di uno o due euro. Le caratteristiche tuttavia dovrebbero essere queste: DC-DC 20A CVCC High Power Supply Module 6V-40V to 1.2V-35V Step Down. Inoltre potrei sempre voler cambiare trasformatore per passare a uno più potente (ovvero con qualche amper in più).

Il modulo step-down appena arrivato

Il modulo step-down appena arrivato

Specifiche tecniche:

  • Tensione in ingresso: 6 V a 40 V DC (min 10 V è consigliato)
  • Tensione di uscita: 1.2 V a 36 V DC
  • Corrente di uscita: 20A (max.), 15A (consigliato)
  • Efficienza: 95% (24 V a 12 V, 20A)
    Ripple di uscita: ≤50mV

Dandogli i 34 V di input si ottengono 31,0 V massimi e 1,2 minimi con 5A max.

Max tensione in uscita

Max tensione in uscita

Collegamento Raddrizzatore Livellatore allo stepdown e allo strumento

Collegamento Raddrizzatore Livellatore allo stepdown e allo strumento

La cosa da notare è che questo step down dovrebbe essere regolabile anche in corrente massima. Come si può vedere, entrambe le regolazioni avvengono tramite trimmer multigiri presumibilmente da 100Kohm.

Particolare dei trimmer multigiri dello step-down

Particolare dei trimmer multigiri dello step-down

Il fatto che siano multigiri, ipotizzo, è per avere un controllo “fine”, pertanto, poichè io prevedo di sostituirli con dei normali potenziometri lineari da pannello, per mantenere la regolazione fine di tensione e corrente, ho previsto di mettere in serie ulteriori potenziometri da 5Kohm (105Kohm totali al posto di 100Kohm, il che dovrebbe far aumentare la tensione massima di qualche volt).

Regolazione Grossa e Fine con resistenza in parallelo

Regolazione Grossa e Fine con resistenza in parallelo

Collegamenti dei cavi al circuito stampato dello step down

Collegamenti dei cavi al circuito stampato dello step down

Tuttavia per scrupolo metterò in parallelo una resistenza da 2,1 Mohm calcolati per ripristinare i 100Kohm totali; nella pratica, avendo a disposizione alcune 2,2 Mohm ho usato questo valore).

Sostituzione trimmer multigiri

Sostituzione trimmer multigiri

Nota: durante il cablaggio, al fine di avere la rotazione oraria verso il max di entrambi i potenziometri, per l’aumento del voltaggio sia grosso che fine, ho notato che il potenziometro da 5Kohm deve essere posizionato dal lato di tensione minima (posizione 3); il pin 1 deve corrispondere alla Vmax.
Nota: Se la corrente assorbita è maggiore di quella erogata (regolata dai potenziometri) allora la tensione in uscita si abbasserà di conseguenza; grosso modo direi che funziona cosi:

Volt erogati x Amp. settati = Costante

Es. ho provato ad alimentare una valvola regolando l’uscita su 0,25A: la 6J4 che assorbe in realtà  circa 0,4A a 6,3 V.

K = 6,3 x 0,25 = 1,6

Poiché la corrente non è sufficiente, si ha una caduta di tensione, cosicché in uscita si avranno:

K=Xvolt x 0,4= 1,6

Xvolt=1,6/0,4= 4V circa

Contenitore-case dell’alimentatore variabile

Anche in questo caso le alternative potrebbero essere tante. Io ho scelto di usare dei pannelli di legno di abete da 1,5 cm di spessore, in modo da formare un box aperto avanti e dietro e successivamente chiuderlo con due pannellini di compensato da 3mm.

Mobiletto per l'alimentatore variabile

Mobiletto per l’alimentatore variabile

Box ancora aperto

Box ancora aperto

Box con pannello frontale

Box con pannello frontale

Ipotetico pannello dell'alimentatore in oggetto

Ipotetico pannello dell’alimentatore in oggetto

Lo strumentino amperometro/voltometro

Avevo a disposizione un Voltmetro da pannello acquistato tempo fa a pochi euro su Ebay.  Ed è questo che ho usato per la costruzione.

Voltmetro per l'alimentatore variabile

Voltmetro per l’alimentatore variabile

I collegamenti sono semplicissimi: il filo rosso è il positivo dell’alimentazione dello strumento; il nero è il comune (negativo) e il giallo è il cavo con cui si effettua la misura della ddp tra il punto di collegamento e il comune. Notare che, se si usano alimentazioni separate (come in questo caso, in quanto la tensione massima sopportabile per l’alimentazione è 30V e qui si potrebbero superare), i negativi vanno collegati in comune. Quindi occhio a non friggere tutto. Se lo volete acquistare su Ebay o Amazon o dove preferite, ce ne stanno di tutti i colori e modelli.

Voltmetro - altri modelli

Voltmetro – altri modelli

Tuttavia ho visto che ormai fanno degli strumentini da pannello misuratore di volt e amper in contemporanea. Ed ho intenzione di comprarlo. Stando alle specifiche, l’alimentazione va da 4 a 30 volt e il range di misura va da 0 a 100 Volt e da 0 a 50 A (tramite shunt ovviamente).

Strumento di misurazione Volt e Amper

Strumento di misurazione Volt e Amper

L’unico problema, tra l’altro facilmente risolvibile facendo una semplice ricerchina su Google, sarebbe il collegamento dei vari cavetti. Quello che ho trovato è sempre più o meno uguale, a parte differenze nei colori dei cavetti:

Collegamenti Voltmetro Amperometro da va varie fonti

Collegamenti Voltmetro Amperometro da va varie fonti

Di cavetti, in genere, ce ne sono due: uno con due pin e uno con tre pin. In pratica lo spinotto a 2 pin è l’alimentazione: 4,5-30 Vcc – rosso positivo – nero negativo; l’altro spinotto a 3 pin è da collegare per la misura di Volt e Amper insieme allo shunt. In pratica amperometro e shunt vanno in parallelo. Ovviamente esistono anche senza shunt, in teoria in grado di misurare fino a 10A.

Collegamento Shunt Amperometro Voltmetro

Collegamento Shunt Amperometro Voltmetro

Nota

Come potere vedere dalle foto ho aggiunto delle ulteriori uscite, avendo ricavato tramite il piccolo step-down XL4015  5V fissi 2,5  (5A teorici) A max e col pulsantino sotto lo strumento, premendo eccito un relè per averne la misura esatta.

XL 4015 Stepdown

XL 4015 Stepdown

Anche qui presente un trimmer multigiri con possibilità quindi di regolazione fine della tensione. In pratica’ di default’ leggo i volt variabilicol pulsantino se lo premo, eccito il relè e verifico i 5V. Ovviamente avrei potuto usare un semplice deviatore a levetta per esempio…

Pulsantino per la doppia lettura degli output

Pulsantino per la doppia lettura degli output

Spero di aggiornarvi presto, con l’inserimento del VoltAmperometro (vedi) e di un interruttore generale frontale. Infine, da quanto mi pare di capire leggendo qua e la, questi step-down soffrono i cortocircuiti. Pertanto vedrò di costruire una protezione o quanto meno di inserire dei fusibili adeguati. E questo è quanto, per ora. A presto.

Versione semi Finale

Versione semi Finale

Versione Finale con Manopole argentate

Versione Finale con Manopole argentate



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