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Alimentatore switching 12V 8A con protezione di corti e limitazione di corrente.

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Alimentatore switching 12V 8A con protezione di corti e limitazione di corrente.

Messaggioda RsX » 6 novembre 2012, 23:40

Alimentatore switching 12V 8A con protezione di corti e limitazione di corrente.
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Vi presento un alimentatore switching eccellente che può lavorare con tensioni in ingresso da 20V a 35V evitando di sprecare inutilmente potenza con una tensione in uscita 12V ottimamente stabilizzata.
Durante le prove, con un carico di 80W la tensione è calata di soli 0.01V !
L’alimentatore quindi è un buck ( abbassatore di tensione ) con mosfet , induttore ,diodo schottky, condensatore e carico.La sezione relativa al buck è la seguente:
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L’integrato IR2117 è un driver adatto per pilotare correttamente il mos in configurazione high side switch. In pratica tale IC garantisce l’accensione del mos con Vgs>0 anche se il source non è collegato direttamente a massa ( garantisce sempre che il potenziale del gate sia maggiore del source).Il diodo D4 BYW94 è un diodo schottky ed ha il compito di impedire agli spike di influenzare il normale funzionamento dell’IC.Il diodo zener D2 da 15V in parallelo al condensatore di bootstrap garantisce che la tensione non superi il limite di 15V.Il segnale PWM proveniente dall’integrato SG2524 viene applicato al piedino 2 dell’IR2117 . Nello schema si evince anche il LEM LAH 25-P ( o 50-P) che ha il compito di fornire una tensione in funzione della corrente che lo percorre.Il rapporto è 1/1000 cioè vuol dire che la corrente sarà divisa

per 1000; per ottenere una tensione, all’uscita M del lem è inserita in serie una R da 100 Ohm 1% .La tensione sarà perciò V=(I (A) /1000) * 100 Ohm= Iout (A) *0.1 Ohm. Infine si noti il partitore

costituito da R7,R8 che serve per ottenere una tensione di circa 2,5V quando l’uscita dell’alimentatore è di 12V.Infatti (12V/ 48Kohm )* 10Kohm =2,5V; questa tensione servirà per annullare l’errore ( se si verifica ) e garantire la stabilità della tensione in uscita.All’interno dell’IC SG2425, infatti, è presente un amplificatore d’errore che agisce direttamente sul PWM per riportare a zero l’errore che si manifesta a causa delle perturbazioni ( ad esempio l’inserimento di un carico che richiede molta corrente ).Quando infatti si collega un carico di una certa potenza all’uscita , la tensione tende ad abbassarsi cosicchè si ha un errore che viene riportato a zero dall’amplificatore d’errore con una variazione del duty cycle.In particolare essendo per il buck Vout=Vin * D , si avrà un aumento del parametro D che altro non è che Ton/T .Per sopperire al calo di tensione dovuto ad un assorbimento di corrente ( perturbazione del sistema ) si allarga la durata del segnale PWM ed il mos conduce mediamente di più esaudendo la richiesta del carico.

Passiamo ora al cuore dell’alimentatore rappresentato dall’IC SG2425
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Il segnale PWM viene generato dal l’integrato semplicemente inserendo una R ( nel circuito la serie R2+R3) sul piedino 6 ed una C ( C3 ) sul piedino 7. Dal data sheet si trova che Fsw = 1.3/R*C e con i miei valori si trova circa una frequenza di switching di 106,5 KHz teorici.Per trovare la frequenza di switching in funzione di R e C è possibile anche fare riferimento al grafico del data sheet seguente:
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Sul piedino 16 abbiamo una tensione stabilizzata di 5V interna all’integrato che useremo sia per ottenere 2,5V da dare in ingresso al morsetto non invertente ( piedino 2 ) dell’amplificatore d’errore interno sia per alimentare l’emettitore del transistor BC557 per far spegnere il PWM in caso di corto circuito o di superamento del limite della corrente che fa parte della sezione di protezione che esamineremo più avanti.I piedini 12,13 sono i collettori dei transistor interni che vengono collegati insieme e poi collegati tramite R1 a 15V ( sono open collector).Il tansistor BC547 è usato come invertitore ( il segnale PWM essendo preso sui collettori è invertito e quindi per ritornare al segnale originale , lo si inverte con il transistor Q1).Sul piedino 9 è presente una rete di compensazione RC; sempre dal data sheet si sceglieranno dei valori di R e C leggermente inferiori della frequenza di switching usando la formula f=1/RC.Sul piedino 1 verrà collegato il partitore dell’uscita ( quello per la correzione dell’errore ).Infine sul piedino 10 verrà collegata l’uscita del transistor BC557 ( il collettore )per spegnere il PWM in caso di corto oppure overcurrent. Occupiamoci ora della sezione relativa alla protezione dell’alimentatore.Lo schema è il seguente:
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La corrente proveniente dal sensore LEM pari alla Iout /1000 passa attraverso la R16 da 100 Ohm ( con 5A in uscita , sulla R16 avremo 0.5 V circa ). Il primo stadio è un amplificatore non invertente con guadagno pari a {1+ (R15+ VR1)/R14}.L’uscita del primo stadio perciò amplificherà l’ingresso

In funzione del guadagno che potrà essere variato con VR1.Il secondo stadio invece è un comparatore con isteresi ( R19) che comparerà l’uscita del primo stadio con la tensione regolata dal partitore VR2.Suppiamo di aver regolato VR1 per avere un guadagno pari a 5 ; supponiamo inoltre di voler limitare la corrente a 5 A . Sapendo che con 5A avremo in ingresso al primo stadio ( morsetto + piedino 3 dell’LM35 una tensione di 0.5V che moltiplicati per il guadagno danno 2,5V in uscita sul piedino 1 , allora dovremmo fissare il trimmer VR2 per avere sul piedino 5 una tensione di 2,5V.In queste situazioni il comparatore commuta la sua uscita da alta a bassa.Ciò provoca la conduzione del diodo D6 che accende Q3 che a sua volta spegne il PWM.Lo stesso fenomeno si verifica anche in caso di corto.La corrente superando i 5 A a maggior ragione spegnerà il PWM.Infine abbiamo l'alimentazione che è la seguente:
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La tensione di 25V viene raddrizzata dal ponte a 34V circa.Il transistor insieme allo zener la stabilizzano a +15V.

In circuito in basso è una oscillatore realizzato con un NE555.I due diodi e i 2 condensatori creano una tensione negativa leggermente inferiore di -15V.Per una tensione precisa si può ricorrere ad un opportuno integrato.

La tensione negativa serve per alimentare il sensore di corrente.



Alcuni video dimostartivi



In questo video si vede che dopo che si collega il carico da 55W , la tensione resta stabile ( cala solo di 0.01V)



Video1



Nel secondo video invece provoco un corto con un resistore da 0.22 Ohm ,e come si può notare sul tester ,la tensione si abbassa a 2 volt circa per proteggere l'alimentatore per poi aumentare scollegando il carico.



Video2





Nel terzo video, è stata fissata una soglia di riferimento per limitare la corrente a circa 2A.Inizialmente viene collegato solo un carico da 21W e l'alimentatore funziona regolarmente.Successivamente si collega un secondo carico da 55W superando i 2A.In questo caso l'alimentatore va in protezione.



Video3



Infine nell'ultimo video , dopo aver alzato la soglia per avere una corrente di 7A, collego i 2 carichi 21W + 55W e l'alimentatore non va in protezione e funziona regolarmente.



Video4



Bene, è tutto; rileggerò con calma per controllare che non abbia dimenticato qualcosa.



Lo schema completo
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Alla prossima.

I dettagli del dimensionamento dell'induttore L1 in seguito alla richiesta di Ermanno (Soncerma) che saluto affettuosamente!!
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SALUTI

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Re: Alimentatore switching 12V 8A con protezione di corti e limitazione di corrente.

Messaggioda elpapais » 7 novembre 2012, 0:10

ottimo
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Re: Alimentatore switching 12V 8A con protezione di corti e limitazione di corrente.

Messaggioda elpapais » 7 novembre 2012, 0:12

magari i post risposta andrebbero racchiusi in un frame. con votazioni e amenicoli vari che cosi' diamo le medagliette gradi appuntati anche noi
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