Alim 13,8V con L200

ALIMENTATORE 13,8V CON PROTEZIONI

Da una richiesta E-Mail che diceva: "... posseggo un trasformatore 18V circa 40A, 10 transistor 2N3771 e un integrato regolatore L200; con questo materiale vorrei costruire un alimentatore variabile da 5 a 13.8 V protezione contro i cortocircuiti e contro le sovratensioni in uscita (oltre i 14 volt deve interrompere l'alimentazione nel modo più' rapido possibile usando magari dei diodi DVS detti anche diodi a valanga perché l'apparecchiatura radio ad esso collegata costa alcuni milioni). Potrebbe suggerirmi uno schema adatto, con le formule di come si calcolano i valori in ohm e watt delle resistenze di accoppiamento che vanno messe sui transistor di potenza..."

POSSIBILE SOLUZIONE:

Disegnare lo schema di un alimentatore non é un grosso problema, le cose si fanno un poco più difficili quando si passa alla realizzazione (trasformatore, contenitore, alette di raffreddamento, collegamenti con filo adeguato agli ampere in gioco, ecc..).

Per poter mettere in parallelo i transistori e farli condurre in eguale misura, si mette in serie sugli emettitori delle resistenze. Il valore di queste resistenze, ai fini dell'equalizzazione, dovrebbero essere di valore alto mentre per non dissipare troppa potenza si usa scegliere valori bassi.

I transistori 2N3771 possono condurre correnti di 30A purché la temperatura delle giunzioni interne non superi i 200 ºC (150 WC) e hanno un guadagno di corrente compreso tra 15 e 60.

Essendo 9 in parallelo e la corrente massima 40A, ognuno dovrà portare meno di 5A; se si ipotizza un guadagno medio di 20 la corrente di base per ognuno sarà 5/20=0,25A (250mA circa).

In totale Q1 dovrà fornire alle basi dei nove TR (Q2÷Q10) 0,25x9=2,25A; se anche Q1 guadagna 20 la corrente fornita dal regolatore L200 sarà 2,25/20=0,113 A (circa 115 mA molto meno dei 2A massimi fornibili dal regolatore).

Chi ha necessità di salire oltre i 14V deve sostituire P1 con un 2,2KOhm.

Per variare l'uscita da 3,3V a 28V (con 24Vac prima del ponte) il p1 va messo da 4,7K e le due R da 330 Ohm vanno sostituite con due d 560 Ohm.

Oppure se si vuole meno corrente (dipende anche da quanti 3055 metto) e regolazione da circa 3V a salire con regolazione anche della corrente massima prelevabile

ecco la versione in fondo a questa pagina

Con il potenziometro P1 regolato verso + per avere la massima tensione di uscita ritoccare il trimme P2 per la massima tensione voluta in uscita circa quella efficace del secondario del trasformatore.

Ulteriore spiegazione in risposta ad un E-mail:

Come configurazione è quella del classico regolatore con incremento di corrente usando NPN come si vede nella figura 24 di questo datasheet.

All'interno la tensione di riferimento è attorno ai 2,8 V pertanto all'esterno devo avere sul pin 4 circa quel valore che comparato con quello interno l'integrato capisce se deve aumentare o diminuire l'uscita.

Siccome al pin 4 arriva una tensione più piccola di quella di uscita in base a come si regola il potenziometro P1, per avere 2,8 V sul pin 4 l'uscita dovrà salire tanto quanto il partitore 330 Ohm e P1 attenua...

Per una data regolazione di Vout questa tende a rimanere stabile perché se tende a salire il pin 4 pure sale ma l'integrato interviene e cala la V del pin 5 tanto quanto basta per rendere la V pin 4 sempre 2,8V stessa cosa se tende a calare farà il rovescio.

La C tra pin 2 e 4 serve esclusivamente per evitare auto-oscillazioni mentre il BC302 (o simili) controllano la corrente e se sale oltre la regolazione scelta con P2 aumenta la sua conduzione abbassando il potenziale del pin 2 che interviene all'interno abbassando il potenziale del pin 5 tanto quanto basta per non lasciare salire oltre la corrente...

Alimentatore con LM723 Pagine correlate

PROTEZIONE CROWBAR:

Si potrebbe usare diodi DVS o tranzorb ma sinceramente ho preferito un metodo a mio parere più efficace anche se un poco più complicato.

Con una tensione = o inferiore a 13,8V il BC327 é interdetto perché, essendo la base a 13,4 V (12+07+07=13,4V) e l'emettitore a 13,2, la base é polarizzata inversamente.

Quando la tensione sul punto B sale verso 14,6V la base comincia ad essere meno positiva dell'emettitore e può iniziare a condurre fornendo corrente al gate dell'SCR BRX46 che a sua volta manda in conduzione il BTW cortocircuitando l'uscita e fondendo il fusibile proteggendo l'apparato collegato sull'uscita.

Appena il BRX entra in conduzione favorisce ulteriormente la conduzione del BC327 trascinando il potenziale di base maggiormente verso il negativo (si ha una reazione positiva che favorisce l'innesco della protezione).

Il condensatore da 1000uF fornisce corrente ai gates dei due SCR tanto quanto basta per garantire un innesco sicuro. Il diodo LED si illuminerà per segnalare l'avvenuta protezione, ammesso che il corto sull'uscita non si ripercuota anche sul fusibile in serie al 220V e interrompa definitivamente tensione a tutto l'alimentatore.

Circuito simile utilizzato su un alimentatore Heath Kit HP-1144

SCR tipo SK055R da 35A

Con questo nuovo circuito di protezione anche se un po' più complicato si ottiene una protezione totale sia per il corto-circuito sia per le sovratensioni. Con l'interruttore GEN. si alimenta subito il trasformatore di piccole dimensioni con secondario a 12V per ottenere una continua di circa 16V ai capi del condensatore elettrolitico da 1000uF che servirà ad alimentare il circuito di protezione.

RL2 è un relè bistabile con doppia bobina che normalmente (o con RESET) fornisce tensione ai RL1 e RL3 collegati fra loro in parallelo (RL1 con contatti da 5/10A mentre RL3 contatti da 1A).

Il transistore Q1 attraverso la resistenza da 5K6 e il diodo zener da 9V1 è polarizzato e mantenuto in conduzione, pertanto premendo il pulsante ON i relè RL1 e RL3 si eccitano chiudendo i loro contatti normalmente aperti. Il contatto di RL1 chiude il circuito primario del trasformatore che fornirà 18V sul secondario per il funzionamento dell'alimentatore e così all'uscita si avrà 13,8V; il contatto di RL3 assieme a Q4, pure in conduzione polarizzato da DZ4 e dalla 4K7 proveniente dai 13,8 , tengono chiuso i contatti del pulsante ON anche se questo viene nel frattempo rilasciato.

Se la tensione d'uscita dovesse scendere sotto 5/6V per un corto sui morsetti d'uscita Q4 si interdice e apre la chiusura verso massa dei relè RL1-RL3 che si diseccitano aprendo i relativi contatti togliendo tensione al trasformatore dell'alimentatore.

Se la tensione d'uscita dovesse superare i 14,6V (regolabili attraverso il trimmer T1) il transistore Q2 va in conduzione portando basso il catodo di DZ1 interdicendo così Q1 che fa diseccitare RL1-RL3 togliendo tensione al trasformatore dell'alimentatore, in più questa volta la conduzione di Q2 porta basso anche il potenziale dell'anodo di DZ2 che entra in conduzione polarizzando Q3 che a sua volta fornisce tensione al relè bistabile RL2. Anche il contatto di RL2 viene deviato togliendo tensione ai relè RL1 e RL2 e accendendo il diodo LED per segnalare la protezione di OVER Vout così da diversificare il tipo di protezione.

Questa protezione è a doppia sicurezza, interviene sia con Q1 che con Q2 e anche in caso di guasto si spera che almeno uno dei due intervenga.

Per uscire da questa protezione non basta premere il pulsante ON come per la protezione di corto ma si deve intervenire con un RESET, questo per evitare di riaccendere e rifornire tensione alta all'uscita.

Altri esempi di protezioni

Essendo il DVM sostanzialmente un millivolmetro a tre cifre sarà in grado di visualizzare da 1 a 999 mV e allora ogni millesimo di volt segnato sul dispaly a sette segmenti dovrà corrispondere ad un decimo di volt o un decimo di ampere.

Ne consegue che la tensione 13,8V dovrà essere attenuata attraverso il trimmer da 10K per poter mandare al CA3162 soltanto 138 mV, il punto sul display di centro servirà a separare le unita dai decimi.

Per la misura della corrente si sfrutta la caduta di tensione sul filo che unisce il ponte a diodi e il morsetto meno d'uscita. Questo filo di rame sarà di 25 cm o anche più del diametro di 2,5 mm e offrirà una resistenza di 1,5 millesimi di Ohm; pertanto ad ogni ampere di corrente corrisponderà circa 1,5 millesimi di volt di caduta. Se si vuole rappresentare anche i decimi di ampere bisogna amplificare per 6,66 mediante un operazionale. Con il trimmer da 10 K farò una taratura affinché al passaggio di 1A si legga 1.0 sul display. Per alimentare il DVM invece di usare +15V come indicato dallo schema si userà il +5V direttamente prelevato dall'alimentatore della protezione.

Vista collegamenti d'insieme

L'amico Roberto [ IW6PCT ] ha realizzato l'alimentatore con protezione di tipo CROWBAR senza la protezione migliorata. É rimasto soddisfatto per il funzionamento e mi ha inviato alcune foto:

REGOLAZIONE TENSIONE E CORRENTE CON L200 +LM741

© by Vittorio Crapella - i2viu

Regolare P1 per la massima tensione poi girare il trimmer P2 per una Vout continua di circa pari valore all'efficace alternata prima del ponte raddrizzatore.

Ad esempio se uso un trasformatore con secondario a 24Vac regolo P2 per avere 24Vcc in uscita.

Con il potenziometro P1 potrò variare l'uscita tra un minimo di 2,8V ad un massimo di 24Vcc

La limitazione di corrente del L200 è basta sul fatto che quando il pin 2 scende di 0,45V circa rispetto al pin 5 (uscita dell'L200) non tiene più stabile la tensione ma limita la corrente abbassando la tensione tanto quanto basta per non lasciar alzare oltre quel valore la corrente.

Ebbene avendo interposto tra pin 5 e la vera uscita dell'alimentatore due giunzioni Base Emettitore di due transistori succede che sull'emettitore, del secondo 3055 dove c'è la 0,1 Ohm che va all'uscita, ho una tensione di circa 1,5V in meno di quella sul pin 5 ora mettendo di mezzo il 741, sul pin 2 del L200, il quale varia la tensione sul pin 6 seguendo il confronto tra il pin 2 e il pin 3 ne consegue che se la caduta di tensione sulla 0,1 Ohm aumenta tende a far calare quella sul pin 6 e di conseguenza quella sul pin 2 ma siccome il pin 6 indipendentemente dalla caduta sulla 0,1Ohm segue quella del pin 3 cioè l'uscita dell'alimentatore ne consegue che il pin 6 anche senza prelievo di corrente è già inferiore rispetto al pin 5 di due Vbe + l'eventuale V sulla 0,1 Ohm cioè come minimo sono appunto già 1,5V in meno e se fosse collegato diretto al pin 2 del L200 sarebbe già in limitazione anche senza prelevare corrente.

Se ora passano 4 o 5 ampere nella 0,1 cadono circa 0,5 V e le Vbe dei due transistori sono vicini alla massima Vbe di circa 0,8V +0,8V =1,6V che sommati agli 0,5V della 0,1Ohm fanno circa 2,1V.

Ecco del perché dello zener da 2,2V tra pin 2 del L200 e pin 6 del 741ma se poi l'operazionale come sappiamo tende a dare già di suo un po' meno del teorico rispetto all'entrata del pin 3 succede che non bastano 2,2 V anche perché lo zener è si da 2,2 V ma se andiamo a valutare bene comincia a condurre qualcosa magari già a 2V ecco che il pin 2 scenderebbe sotto il valore di V pin 5 prima del dovuto o comunque per correnti minori dei 4 o 5 A che volevamo.

MIGLIORIE

Dopo ulteriori controlli ho notato che la minima corrente di limitazione rimaneva sempre sopra i 500mA il che non aveva senso utilizzare il 741 e allora la soluzione ottimale trovata è quella di mettere in parallelo allo zener (o diodi) la serie di un potenziometro da 2K2 che andrà come P3 e una 560 Ohm mentre al posto di P3 mettere un collegamento fisso tra pin 6 e pin 2 del 741, cosi facendo si può imporre correnti minime da pochi mA fino ad oltre 5A.

Per correnti alte appunto di 4 o 5 A potrebbe non bastare lo zener da 2,2V ma ne potrebbe servire uno da 2,7V oppure 4 diodi 1N4007 in serie ma capovolti rispetto allo zener cioè con i catodi rivolti verso il pin 6 del 741.

Resta il fatto che se il carico è basso tipo 2 Ohm che a 10V di uscita assorbe 5 A, se limito con il P3 non potrò scendere sotto una corrente pari a circa 2,8V diviso 2 Ohm cioè circa 1,4 A questo perché la tensione minima d'uscita non può scendere sotto i 2,8V.

(Per ovviare a questo leggi oltre)

Siccome la limitazione in corrente nel caso di corto o di carichi particolarmente bassi non è mai a corrente bassissima ma può rimanere sopra l'ampere, si può migliorare il tutto fornendo alla massa del circuito una negativa di circa 3V rispetto al morsetto - di uscita..

In pratica il meno del ponte e del condensatore di livellamento dell'alimentatore vanno diretti al morsetto meno di uscita come qui sopra indicato (con un filo adeguato per la corrente in gioco) mentre il meno della basetta cioè pin 3 del L200, pin 4 del 741, R1, C4 vanno al -3V (vedi filo nero che torna dal morsetto meno di uscita alla massa della basetta) ..

Questa negativa può essere di bassissima potenza anche solo una decina di mA e si può ottenere prendendo un piccolo trasformatore con 6 o 9V alternata sul secondario, poi un ponte e un 470uF di livellamento e in fine un LM317 con classica configurazione , si regola a circa 3 o 4 V e attacco il positivo sul morsetto nero d’uscita meno e il negativo ai pin indicati sopra (o morsetto massa della basetta) e poi con la massima protezione farei un corto e regolo il 317 affinché Vou e Iout vanno praticamente a 0...

In questo caso quando limita di brutto il pin 6 del 741 trascina il pin 2 praticamente sotto il livello dello 0V di uscita forzando pure l'uscita ad annullarsi ...