Regolatori di tensione dissipativi. Regolatori serie. Schema elettrico. Controllo della tensione d uscita Politecnico di Torino 1

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1 Regolatori di tensione dissipativi 1 Schema elettrico Controllo della tensione d uscita Politecnico di Torino 1

2 Schema elettrico 3 Schema di principio I regolatori serie sono composti da un elemento che svolge le funzioni di resistenza variabile R, posto in serie tra ingresso e uscita un sistema che misura la tensione d uscita e modifica il valore di R in modo da mantenere V u al valore voluto Politecnico di Torino 2

3 Primo schema Di solito l elemento serie è un transistor V u =V REF (1+R 1 /R 2 ) 5 Primo schema Il transistor è uno stadio finale di potenza che lavora in linearità (da qui il nome di regolatori lineari) Politecnico di Torino 3

4 Secondo schema Dovendo gestire molta corrente in uscita, spesso si usa una configurazione Darlington 7 Piedini Il regolatore ha tre piedini fisici : ingresso, uscita e 0V, ma altri 4 concettuali : Alimentazioni dell operazionale Ingresso della rete di reazione per la lettura della tensione d uscita Su alcuni dispositivi i 7 piedini sono tutti disponibili Politecnico di Torino 4

5 Headroom Perché un regolatore serie funzioni regolarmente occorre che i transistor del darlington funzionino in linearità: V i >V u +V BE 1 +V BE 2 Il transistor di potenza ha circa 1V di V BE, quindi V i >V u +1,7V 9 Headroom Perché un regolatore serie funzioni regolarmente occorre che i transistor del darlington funzionino in linearità: V i >V u +V BE 1 +V BE 2 Il transistor di potenza ha circa 1V di V BE, quindi V i >V u +1,7V La tensione sulla base del primo transistor deve essere però fornita dall amplificatore operazionale, alimentato dalla tensione d ingresso e la cui dinamica d uscita non coincide in generale con l alimentazione V i >V u +V HR Valori tipici di V HR sono 2-3V Politecnico di Torino 5

6 Headroom Perché un regolatore serie funzioni regolarmente occorre che i transistor del darlington funzionino in linearità: V i >V u +V BE 1 +V BE 2 Il transistor di potenza ha circa 1V di V BE, quindi V i >V u +1,7V La tensione sulla base del primo transistor deve essere però fornita dall amplificatore operazionale, alimentato dalla tensione d ingresso e la cui dinamica d uscita non coincide in generale con l alimentazione V i >V u +V HR Valori tipici di V HR sono 2-3V V HR = tensione di HEADROOM è la minima caduta di tensione (drop-out) ai capi del regolatore che 11 ne permette il funzionamento regolare Potenza dissipata L amplificatore operazionale richiede caduta di tensione per operare: Aumento della potenza dissipata Politecnico di Torino 6

7 Potenza dissipata L amplificatore operazionale richiede caduta di tensione per operare: Aumento della potenza dissipata Soluzione: alimentare l op-amp con una tensione esterna più alta Fattibile solo in casi particolari in cui si abbiano più tensioni a disposizione. Es: Alimentazione della CPU nei personal computer Regolazione delle uscite secondarie di regolatori switching 13 Potenza dissipata L amplificatore operazionale richiede caduta di tensione per operare: Aumento della potenza dissipata Soluzione: alimentare l op-amp con una tensione esterna più alta Fattibile solo in casi particolari in cui si abbiano più tensioni a disposizione. Es: Alimentazione della CPU nei personal computer Regolazione delle uscite secondarie di regolatori switching La dissipazione di potenza di un regolatore serie è bassa solo se la tensione d ingresso è di poco più alta di quella d uscita Politecnico di Torino 7

8 Regolatori di serie 15 Remote sense: due piedini Se il carico è lontano dal regolatore, la caduta di tensione sui fili d alimentazione influisce sulla precisione della regolazione Politecnico di Torino 8

9 Remote sense: due piedini Se il carico è lontano dal regolatore, la caduta di tensione sui fili d alimentazione influisce sulla precisione della regolazione Se sono disponibili i terminali della retroazione, allora si possono aggiungere dei fili di sense, in cui non scorre corrente significativa, collegati direttamente al carico 17 Remote sense: piedino singolo Con un solo piedino di sense disponibile, esiste un altra soluzione. La corrente che scorre nella connessione inferiore provoca una imprecisione, ma, essendo molto piccola, è trascurabile La resistenza R S serve ad evitare problemi nel caso si scolleghi il filo di sense Politecnico di Torino 9

10 Sense per regolazione tensione Se si inserisce un partitore sul carico, si può regolare (aumentare) la tensione d uscita Infatti il regolatore manterrà costante la tensione presente tra V sense e il proprio riferimento 19 Disturbi elettromagnetici I fili di sense possono raccogliere disturbi dovuti al campo elettromagnetico a 50Hz : L area racchiusa tra i fili di sense costituisce una spira che si concatena con il campo magnetico e provoca una tensione aggiuntiva a 50Hz Politecnico di Torino 10

11 Disturbi elettromagnetici I fili di sense possono raccogliere disturbi dovuti al campo elettromagnetico a 50Hz : L area racchiusa tra i fili di sense costituisce una spira che si concatena con il campo magnetico e provoca una tensione aggiuntiva a 50Hz Soluzione: coppia ritorta: diminuisce area e porta i disturbi sul modo comune 21 Disturbi in alta frequenza Anche i campi elettromagnetici ad alta frequenza possono portare disturbi I fili diventano antenne Le giunzioni degli elementi attivi hanno caratteristica non lineare e le componenti in alta frequenza provocano spostamento del punto di lavoro (vengono raddrizzate), facendo variare la tensione d uscita Politecnico di Torino 11

12 Protezione da sovracorrenti Si può rendere anche regolabile la protezione contro le sovracorrenti In questo modo si hanno 5 piedini Vantaggi: Un solo regolatore per scopi diversi Svantaggi: Circuito stampato più complesso (meno affidabile, ecc.) 23 Regolatori a tensione regolabile E possibile avere un regolatore in cui sia modificabile la tensione di uscita, utilizzando solo tre piedini? Politecnico di Torino 12

13 Regolatori a tensione regolabile E possibile avere un regolatore in cui sia modificabile la tensione di uscita, utilizzando solo tre piedini? I regolatori mantengono costante la tensione tra il piedino d uscita e il proprio piedino di riferimento 25 Regolatori a tensione regolabile E possibile avere un regolatore in cui sia modificabile la tensione di uscita, utilizzando solo tre piedini? I regolatori mantengono costante la tensione tra il piedino d uscita e il proprio piedino di riferimento Non necessariamente il riferimento di tensione del regolatore deve essere 0V Politecnico di Torino 13

14 Regolatori a tensione regolabile E possibile avere un regolatore in cui sia modificabile la tensione di uscita, utilizzando solo tre piedini? I regolatori mantengono costante la tensione tra il piedino d uscita e il proprio piedino di riferimento Non necessariamente il riferimento di tensione del regolatore deve essere 0V I Q èla corrente assorbita dai circuiti interni del regolatore 27 Regolatori a tensione regolabile La tensione su R 1 vale V reg La corrente in R 2 è I R2 =I Q +V reg /R Politecnico di Torino 14

15 Regolatori a tensione regolabile La tensione su R 1 vale V reg La corrente in R 2 è I R2 =I Q +V reg /R 1 V u =V reg +R 2 I R2 V u =V reg (1+R 2 /R 1 )+ +I Q R 2 29 Regolatori a tensione regolabile La tensione su R 1 vale V reg La corrente in R 2 è I R2 =I Q +V reg /R 1 V u =V reg +R 2 I R2 V u =V reg (1+R 2 /R 1 )+ I Q nei regolatori normali +I Q R 2 non è costante e rappresenta un termine d errore Esistono regolatori appositi con I Q costante: LM Politecnico di Torino 15