LABORATORIO DI
TECNOLOGIA
DISEGNO
E
PROGETTAZIONE

La tecnica “switching”, a differenza dagli altri tipi di alimentatori stabilizzati, suggerisce di  non usare  transistor di regolazione-serie operanti in zona lineare e quindi con elevata dissipazione, bensì circuiti progettati e pilotati in modo da far funzionare i transistor esclusivamente in commutazione, ovvero i cui punti di lavoro passino continuamente dalla saturazione all’interdizione.

Ci si può a questo punto (ragionevolmente) chiedere come sia possibile che un transistor in continua commutazione possa garantire una regolazione della corrente verso il carico, e quindi della tensione ai suoi capi, fornendo altresì una tensione continua. La risposta viene dalla modulazione PWM abbinata ad un filtro passa-basso, in una configurazione quale quella di figura, dove sono riportate anche le forme d'onda di Ic e Vout.

Essendo questo un progetto prevalentemente tecnico, ingloba molteplici nozioni teoriche e circuitali, senza togliere nessun valore all'obiettivo pratico e viene svolto dai ragazzi durante il 4° anno.

Lo scopo principale di questo progetto è di realizzare un alimentatore di tipo switching con tensione di uscita variabile e una corrente di uscita abbastanza elevata.

L'alimentatore da noi descritto ha come caratteristiche una corrente di uscita di 5A e una tensione variabile tra 5.1V e 30V ricevendo in ingresso una tensione alternata pari a 34Vca prelevata a valle di un trasformatore connesso alla presa di rete (220Vca). Nel nostro caso il trasformatore non è incluso nello schema e quindi deve essere inserito esternamente tra la presa e la basetta.

Un possibile schema elettrico per questo tipo di alimentatore è il seguente:

Premere Tasto destro + Salva oggetto con nome per salvare l'allegato Premere Tasto destro + Salva oggetto con nome per salvare l'allegato Premere Tasto destro + Salva oggetto con nome per salvare l'allegato Premere Tasto destro + Salva oggetto con nome per salvare l'allegato Premere Tasto destro + Salva oggetto con nome per salvare l'allegato Premere Tasto destro + Salva oggetto con nome per salvare l'allegato Premere Tasto destro + Salva oggetto con nome per salvare l'allegato Premere Tasto destro + Salva oggetto con nome per salvare l'allegato Premere Tasto destro + Salva oggetto con nome per salvare l'allegato

Elenco Componenti

 

Analisi parti principali del circuito:

  • Ponte raddrizzatore (RS1):

La funzione di questo elemento è molto importante perchè permette di ottenere a valle di esso una tensione sempre positiva o al massimo nulla anche se in ingresso  abbiamo una tensione di tipo sinusoidale. Questo concetto risulta più chiaro osservando le forme d'onda in figura.

 

 

Si noti come sul carico la differenza di potenziale rimanga invariata nonostante in ingresso si ha una continua commutazione tra morsetto positivo e negativo.

 

  • Condensatori C1, C2:

La loro funzione è quella di filtrare e livellare il più possibile la forma d'onda ricevuta dal ponte di diodi.

Il livellamento avviene grazie al processo di carica/scarica.

La carica avviene all'aumentare della tensione ai loro capi fino al valore di picco. A questo punto la tensione a monte ricomincia a scendere e i condensatori si scaricano con una costante di tempo lenta rispetto al periodo di pulsazione. In questo modo si ottiene una tensione che decresce quasi linearmente fino a un valore di poco inferiore al valore di picco. Questo avviene fino a quando la tensione in uscita al ponte non supera quella ai capi dei condensatori e riprende la carica.

 

(In BLU si ha l'onda riferita alla carica/scarica di C1 e C2)

  • L296:

E' l'integrato che genera l'onda quadra da applicare al filtro LC di uscita.

Questa onda rimane a livello alto per un tempo pari a ton .

In allegato si fornisce il foglio tecnico messo a disposizione da ST Microelectronics.

Nel sito di ST Microelectronics vi sono inoltre disponibile delle Application Note relative all'integrato.

 

  • Filtro LC:

Partiamo da una condizione di circuito inerte, in cui non c’è alimentazione ( la tensione in ingresso è nulla ) e gli elementi conservativi sono scarichi. Supponiamo che all’istante  t = 0 venga applicata la tensione  V  in ingresso e contemporaneamente si "avvia" l'L296 con un tempo di ritardo dovuto a C3 connesso al piedino di Soft Start (pin 5);  il diodo schottky è polarizzato inversamente in  t = 0  ( l’anodo si trova a  - V  ) e la corrente passa tutta in  L1 caricandola per tutto il tempo ton . In questo caso, date le elevate frequenze di commutazione, l’andamento della corrente di carica può approssimarsi lineare, in quanto abbiamo ragione di credere che la carica si arresti al tratto lineare della curva di carica. Terminato  ton l’induttanza L1 si scarica attraverso  D2 verso massa per tutto il tempo  toff . Il funzionamento del circuito si ripete poi ciclicamente, alternando fasi di carica e scarica di  L  e di C.

In questo modo otteniamo sul carico una tensione pari a una frazione dipendente da ton e dalla tensione a monte di L1.

  • Diodo Schottky (D2):

Il suo compito è quello di far scaricare L1 verso massa.

Non si una un diodo comune poichè lavorando a una frequenza abbastanza elevata, non sarebbe in grado di polarizzarsi in tempo per consentire la scarica.

 

Risultato finale della prova: