Switcging 13,8V - 12A
ALIMENTATORE SWITCHING 12/13,8V - 12A
© by Vittorio Crapella - i2viu
FUNZIONAMENTO
Il cuore di questo alimentatore é l'integrato µA78S40 nato per la realizzazione di alimentatori switching. Per correnti attorno ad 1A non avrebbe bisogno del transistore ne del diodo esterno.
Con 16V efficaci provenienti dal trasformatore e raddrizzati dal ponte di diodi si ottiene ai capi di C1 circa 21/22 V continui. I mosfet Q1-Q2 (messi in parallelo per aumentare la corrente) conducono, comandati dagli impulsi del 78S40, per il tempo necessario affinché il condensatore C4 possa raggiungere la tensione desiderata che riportata attraverso R6 e R7 al pin 10 (INV INPUT dell'operazionale comparatore) farà allungare o accorciare la durata dell'impulso proprio per mantenere costante la tensione d'uscita.
INDUTTORI - L1 - L2
La capacità C3 da 1nF determina la frequenza massima di commutazione che in questo caso si aggira sui 150 Khz.
La bobina L2 serve a bloccare il residuo (ripple) alla frequenza di commutazione così da avere in uscita una tensione alternata residua sempre sotto i 100 mV anche a pieno carico di 12A.
Usando un solo MOSFET l'alimentatore é in grado comunque di erogare 10/12A ma la sua temperatura potrebbe salire e fondere la giunzione, pertanto si é optato per due MOSFET in parallelo ed una aletta sufficientemente grande.
Per tempi brevi (alcuni minuti) é stato collaudato con un solo MOSFET e corrente d'uscita di ben 15A. Ovviamente il trasformatore deve essere adeguato a fornire correnti di questo ordine di grandezza. Se, trovare un trasformatore con tensione di 16Vac sul secondario, dovesse essere difficile, si può optare per uno con secondario a 18Vac.
Il conduttore che unisce il punto A (+ di C1) e il punto B dovrà avere una sezione compresa tra 1 e 1,5 mm² e la sua lunghezza compresa tra i 15/25 cm. Questo pezzo di conduttore farà una caduta di tensione proporzionale alla corrente d'uscita e servirà per far intervenire la limitazione di corrente fissata con il trimmer R3 al valore desiderato.
Se il cursore di R3 va verso il punto B meno corrente si riuscirà a prelevare (la protezione interviene prima) mentre se il cursore di R3 va verso la R2, si potrà prelevare corrente sempre più elevata (la protezione interviene dopo).
Il conduttore che unisce il meno di C1 e il morsetto meno d'uscita, dovrà avere una sezione compresa tra 1 e 1,5 mm² la sua lunghezza non é critica anche se meglio non eccedere. Come si osserva anche dallo schema, il filo di massa che unisce i pin 3 e 11 dell'IC1 (78S40) e i restanti componenti, deve essere collegato direttamente sul morsetto meno d'uscita (rispettare l'esempio di realizzazione qui sotto raffigurato).
La bobina L1 e composta da 13 spire di filo a treccia di rame di sezione 1,5mm² ricoperto in PVC (credo che anche se le spire fossero 15 non influirebbero più di tanto sul funzionamento). Il valore d'induttanza di questa bobina si aggira all'incirca sui 1,6 mH.
La bobina L2 non é critica affatto ed é composta di 7/8 spire su nucleo toroidale. Il filo utilizzato é uguale a quello usato per L1. Il valore d'induttanza di questa bobina si aggira all'incirca sui 50/100 µH.
ESEMPIO DI REALIZZAZIONE PRATICA
L'aletta di raffreddamento é di tipo classico in alluminio e di dimensioni 18 x 15 cm
PRECAUZIONI
Bisogna tener presente che se Q1-Q2 vanno in corto fra Drain e Source (per fusione della giunzione), in uscita si ha la massima tensione presente su C1.
Bisogna a tal proposito prevedere una protezione (Crowbar) contro una sovratensione d'uscita.
Se la tensione d'uscita supera quella massima ammessa di poco superiore a quella dello zener, l'SCR innesca e va in conduzione cortocircuitando l'uscita così da fondere il fusibile togliendo tensione ai morsetti d'uscita.
ECONOMIC POWER SUPPLY 13,8 V
© by Vittorio Crapella - i2viu
Per effettuare le modifiche qui di seguito descritte bisogna avere adeguata praticità e conoscenze in campo elettrico ed elettronico e soprattutto fare molta attenzione a maneggiare tali alimentatori che lavorano direttamente con il 230Vac e pertanto sottoposti a tensioni alternate e continue potenzialmente molto pericolose.
Gli alimentatori switching per PC si trovano per pochi euro alle bancarelle del surplus nelle fiere per Radioamatori e questi hanno tensioni d'uscita ideali per esperimenti da laboratorio o per alimentare apparati radio ricetrasmittenti funzionanti a 13,8V. Il vantaggio di questi alimentatori è la loro compattezza e la capacità di fornire correnti alte. Le tensioni d'uscita sono tuttavia standard come +5V e +12V. Nel caso si volesse alimentare un apparato ricetrasmittente per bande radioamatoriali dove di norma è richiesto 13,8 V, il +12V sarebbe leggermente inferiore al necessario. Funzionerebbe anche a soli 12V ma è possibile con piccole modifiche regolare l'uscita al valore di 13,8V mediante l'aggiunta di un trimmer per la regolazione come qui sotto indicato. Si tratta del modello Allied Premier DR-B300ATX.
Come mostrato nella figura si tratta di individuare a sinistra dell'integrato tre resistenze fra loro in parallelo contraddistinte da quei colori, e saldare ai loro capi un trimmer da 220K preregolato circa a metà e regolato poi per ottenere l'uscita desiderata. Il filo viola (Power Good) va collegato al filo rosso +5V e informa l'elettronica che tutto funziona se ci sono i 5V. Il filo verde va messo a massa anche solo momentaneamente all'accensione.
Ho preso in esame un altro vecchio (1995) switching da 190 (200) W che al suo interno prevede già un trimmer per la regolazione ma che non permette ugualmente di raggiungere i 13,8 V. Basta però aggiungere in parallelo alla resistenza da 3,3 K un'altra resistenza da 22K così da permettere una regolazione della tensione d'uscita al valore desiderato di 13,8V attraverso la taratura del trimmer.
Per un regolare funzionamento il filo arancione DC-OK (Power Good) va unito al +5V. Con questo tipo di switching per poter ottenere tensione e poter prelevare corrente sul +13,8V si deve caricare il +5V attaccando tra il +5V e massa due resistenze in parallelo da 8,2 Ohm di potenza minimo 5W cadauna.
La tensione d'uscita di 13,8V (a vuoto regolata mediante il trimmer) passa a 13,2 V con una corrente di carico di 5A.
Le modifiche di questo modello consistono nell'eliminare la R41 da 68K, mettere in parallelo alla 120K un'altra resistenza da 100K, staccare la 6k2 dalla parte esterna la basetta e mettere in serie un trimmer da 2,2 K saldato sul ponticello di filo nudo. Va inoltre tolta la R da 2 K a fianco dell'integrato KB339 e sostituita da un diodo 1N4148 mentre dal lato piste va tagliata (interrotta) la pista proveniente dai fili rossi e che si collega al katodo del diodo aggiunto. Lasciare solo un filo rosso che va collegato al posto dell'arancione e gli altri eliminarli. Procurarsi una resistenza possibilmente blindata del valore di 4,7 o 5,6 Ohm da 10 o più watt da collegare tra i fili rossi e neri. A questo punto non rimane che regolare il trimmer per avere la tensione d'uscita di 13,8V tra le due boccole. La tensione d'uscita scende a 13,2 V con un prelievo di 3A, scende a 13,0 V con una corrente di 5A e va a 12,8 V con il massimo carico di 7A. Il residuo di alternata anche al massimo prelievo resta minore di 100 mV.
Per altri modelli e per approfondire
Dopo aver approfondito l'argomento ho capito dove si doveva agire per avere una migliore stabilizzazione della tensione d'uscita spostando il controllo dai 5V come avviene per l'uso nei PC sul ramo del +12V.
Ho ripreso il modello REAL POWER Enterprise RPS7200-1 di cui sopra e ho apportato le seguenti modifiche:
Riassumendo si tratta di:
1- Tagliare la pista del +5V
2- Tagliare la pista tra pin 1 e 14 del LM339
3- Togliere la R da 2K in testa all' LM339
4- Tagliare pista sulla R da 910 Ohm a fianco del LM339, sostituirla con 1k5 e unire con R vicina da 1K
5- Sostituire la R da 820 ai piedi del LM339 con una R da 15K
6- Collegare un filo tra la JAF in serie al +12V (prima dei fili gialli) e il foro liberato togliendo la 2K (ex pista +5V tagliata)
7- Staccare il diodo in testa all'integrato KA7500 e inserire in serie un 1N4148 e uno zener da 9V1 - fare attenzione all'orientamento dei diodi
8- Togliere le tre resistenze a fianco del KA7500 (68K, 6K8, 120K) e collegare un trimmer da 10K con in serie una R da 15K
9- Togliere R37 da 5k1
10- Regolare il trimmer per avere in uscita 13,8V o quanto desiderato
Dopo questa modifica la tensione rimarrà stabile sia a vuoto che a carico per correnti di 7/8 A Chi volesse aumentare fino a 10/14 A deve scambiare i due doppi diodi montati sull'aletta di raffreddamento.
MODIFICA DI UN'ALTRO MODELLO
POWER WIN Mod. NO. PW200A
Schema pilota e finali switching
power_win_sch
Modifiche da apportare:
Tagliare le piste tra trasformatore e gli anodi del doppio diodo grosso
Unire gli anodi del doppio diodo grosso con gli anodi di quello piccolo
Unire i due catodi del +5V e del +12V
Staccare fili del toroide-filtro del vecchio +12V (lasciare solo quelli del +5V)
Togliere diodi del - 12V D13 e D14 PXPR3002, JAF in serie e C23 da 470uF
Togliere regolatore di tensione 7905
Togliere la R da 100 Ohm tra i fili rossi e massa
Unire con un pezzo di filo + di C26 da 1000uF con fili rossi
Sostituire il ponticello J10 (vicino fili rossi) con un diodo zener da 9V1 con catodo verso l'interno della basetta
Tagliare pista che unisce pin 2 del TL964 e trimmer VR da 1K
Saldare tra pin 2 del TL964 e massa 470 Ohm
Sostituire R50 (vicino fili ventola) con R da 1k5
Saldare tra pin 6 dell' LM339 e massa una R da 1K
Eliminare R47 da 1K2 (attaccata al pin 6)
Lasciare 3 o 4 fili rossi e 3 o 4 neri ed eliminare tutti gli altri
Saldare i rossi sulla boccola +13,5V e neri su quella del -
Fra le due boccole saldare una capacità da 2200uF / 25VL del tipo possibilmente a basso ERS
Regolare il trimmer per la tensione voluta in uscita.
Dopo queste modifiche la corrente prelevabile supera i 10 A con un ripple minore di 100 mV a pieno carico.
MODIFICA DI UN'ALTRO MODELLO
SWITCHING POWER SUPPLY R.O.C. GT Made in Taiwan
Per avere al posto dei 12V una tensione superiore di 13,2V stabilizzata spostando il controllo dal +5V ai + 13,2V, basta tagliare o togliere una resistenza; per la precisione la R35 da 4,7K
Chi volesse mettere un trimmer per regolare i 13,2 per avere 13,8V può staccare la resistenza da 27K a fianco della R35 e inserire in serie un trimmer da 5K.
MODIFICA DI UN'ALTRO MODELLO
Modello EVER EV200HN5 basta togliere una resistenza e aggiungere un trimmer e uno zener per avere la possibilità di regolare l'uscita da 12V a 14V e una corrente massima di picco di 10A quella sopportata dai 2 diodi sul ramo dei 12V ideale non eccedere oltre gli 8A.
Per poter aumentare la corrente oltre i 10 A si consigli di sostituire i due diodi o parallelarli con un MBR3040 o anche solo da un S15C40C come quello esistente sul ramo dei 5V e fissarlo sull'aletta dove è già previsto il foro per il fissaggio attraverso una vite autofilettante.
Si può apportare anche le seguenti modiche per aumentare le prestazioni: sostituire il condensatore da 1000 uF in parallelo tra i fili gialli e massa con uno da 2200 uF 16VL sempre con basso ERS e tagliare la pista (in arrivo dai fili gialli) che parte dalla R47 dove si salda lo zener da 6V8 e da questo punto partire con un filo da collegare sulla boccola d'uscita corrispondente al + 13,x V.