MST_K02 Regolatore lineare di tensione multi-uso Realizzazione e Applicazione Page 1 of 16
1.0 Revisioni Versione Data Descrizione Pagine 1.0 03/07/2014 Stesura iniziale 10 1.1 22/0872014 Modifiche del testo nuovi paragrafi 16 Page 2 of 16
2.0 Introduzione Il prototipo MST_K02 è la realizzazione pratica del regolatore di tensione lineare. Il regolatore e definito multi-uso in quanto può essere utilizzato per diversi scopi ed applicazioni a bassa tensione e bassa potenza in corrente continua. Il regolatore multi-uso può essere utilizzato per applicazioni come: regolatore di velocità per motori in CC; regolatore di velocità per ventole PC; riduttore di tensione; alimentatore variabile stabilizzato per laboratorio; carico attivo (sinker di corrente) variatore di luminosità per LED Foto del MST_K02 assemblato La regolazione della tensione e impostata tramite potenziometro e la tecnica di regolazione è di tipo lineare. Possiede la protezione termica e al corto. Il prototipo e stato realizzato in un PCB di piccole dimensioni ( 5 x 3 cm). Page 3 of 16
3.0 Descrizione del regolatore di tensione Il regolatore di velocità MST_K02 e un regolatore lineare di tensione realizzato utilizzando il ben noto IC LM317. Si tratta di un regolatore di tensione aggiustabile che ha la capacità di gestire tensioni in ingresso fino a 37V e correnti di uscita di 1,5A mantenendo un ottima precisione (1%) sulla tensione di uscita e un ottima load transient (variazione della tensione di uscita in funzione di una variazione del carico). La regolazione della tensione di uscita e impostata tramite un potenziometro che agisce sul piedino di regolazione ADJ del chip M317. Il circuito possiede una protezione termica e la limitazione in corrente che sono interni al regolatore. Per permettere l utilizzo anche come regolatore di velocità per motori in CC, e stato aggiunto un diodo di ricircolo collegato in parallelo all uscita (anodo su OUT- e catodo su OUT+) per sopprimere tutti i fenomeni di ricircolo di corrente dovuti alla natura induttiva dell avvolgimenti del motore. Inoltre e stata aggiunta una protezione di riverse tra ingresso e uscita del regolatore per evitare che il condensatore di uscita, quando si sconnette la VIN, possa scaricarsi attraverso il regolatore danneggiandolo. La tensione di uscita massima programmata e fissata al valore di 13,8V per tensioni di ingresso che superano questo valore di almeno 2V ovvero per VIN > 15,8V. Per tensioni di ingresso Vin<15,8V la tensione di uscita massima programmata non e più garantita e può assumere il valore di VIN meno una caduta di tensione che dipende dalla corrente assorbita dal carico. Per avere un valore di tensione massima programmata bisogna cambiare il valore di un resistore. (chiedere all atto dell acquisto del prototipo il valore voluto). Page 4 of 16
4.0 Collegamenti Elettrici L alimentazione e la tensione di uscita motore vanno collegati/ prelevati tenendo conto del significato elettrico dei terminali del connettore di ingresso/uscita come mostrato in figura. Terminale Funzione Note VIN Alimentazione positiva circuito ( 8-37) VCC GND Alimentazione negativa circuito OUT- Uscita tensione negativa Max 1,5A OUT+ Uscita tensione positiva Page 5 of 16
4.1 Collegamento dell alimentatore L alimentatore del regolatore va connesso ai morsetti contrassegnati con la sigla VIN e GND. L alimentatore del circuito deve essere in grado di fornire la corrente richiesta dal carico. L alimentazione può essere fornita da una batteria, da un alimentatore stabilizzato o nel caso lo si utilizzi come regolatore o riduttore di tensione può essere l uscita di un convertitore AC/DC (trasformatore + ponte di Greatz e condensatore di livellamento). Si consiglia di mettere in serie alla linea di alimentazione VIN un fusibile compatibile in corrente alla corrente assorbita dal circuito a pieno carico. 4.2 Collegamento alla tensione di uscita La tensione variabile di uscita a regolatore va prelevata ai morsetti contrassegnati con OUT+ e OUT-.Essendo un regolatore in CC, il carico sarà dotato di un polo positivo ed uno negativo. Il positivo del carico andrà quindi collegato al terminale contrassegnato con OUT+ mentre quello negativo andrà collegato al morsetto OUT-. Page 6 of 16
5.0 Caratteristiche elettriche e fisiche 5.1 Misure versione con Vin= 12V Parametro Min Typ Max Unità Descrizione Vin 8 37 V Tensione di ingresso alimentazione Vout 1,25 13,8 V Tensione di uscita VIN>15,8V Vout 1,25 VIN V Tensione di uscita per VIN<15,8V Ivcc0 3 ma Iload 0 1,5 A Corrente carico Corrente Ingresso circuito no senza carico 5.2 dimensioni Parametro Valore Unità Descrizione Larghezza 28 mm Larghezza PCB Altezza 50 mm Larghezza PCB Spessore 30 mm Spessore ( comprensivo dei componenti ) Page 7 of 16
6.0 Esempi applicativi 6.1 Applicazione: regolatore di velocità per motore in CC Come e noto per un motore in corrente continua, la velocità del rotore e direttamente proporzionale alla tensione di alimentazione. Uno dei metodi classici per realizzare un regolatore di velocità e quello di utilizzare un regolatore di tensione che permette di generare una tensione variabile a partire da una fissa. Tramite il regolatore MST_K02 e possibile realizzare un regolatore di velocità per motori in CC con corrente massima di 1,5A come mostrato in figura: Il regolatore ha un diodo di ricircolo, in parallelo all uscita, per gestire i fenomeni dovuti alla natura induttiva del motore ( avvolgimenti). Page 8 of 16
6.2 Applicazione: regolatore di velocità per Ventole in CC Regolare la velocità di rotazione di una ventola PC non e cosa semplice per il fatto che questa non monta al suo interno un classico motore in CC ma e realizzata con un motore elettronico. Se la ventola non dispone di un terminale apposito a cui applicare un segnale PWM per farne variare la velocità, i metodi usati per variarne la velocita sono essenzialmente due: 1) variare la tensione di alimentazione 2) accendere / spegnere la ventola con un segnale PWM ( di ampiezza pari al valore di alimentazione) a bassa frequenza ( circa 30 Hz) Il regolatore MST_K02 permette di attuare il metodo 1) in quanto permette di variare linearmente il valore della tensione di ingresso della ventola collegata ai morsetti di scita come mostrato in figura: Page 9 of 16
6.3 Applicazione: riduttore di tensione Se si vuole usare il regolatore come riduttore di tensione basta seguire lo schema mostrato in figura: basta fissare i valore di tensione tramite il potenziometro senza renderlo più accessibile. L alimentazione, che puo essere una batteria o un alimentatore fisso, si suppone essere stabilizzata e filtrata che si vuole solo ridurre di valore. Page 10 of 16
6.4 Applicazione: Alimentatore stabilizzato Nel caso di alimentatore variabile stabilizzato lo si installa in modo che i potenziometro sia accessibile per la regolazione. In tal caso e consigliabile abbinare al regolatore anche un voltmetro/ amperometro da pannello per avere sempre l informazione tensione corrente a disposizione: Per avere una tensione di uscita di ottima qualità e precisione bisogna prendere alcuni accorgimenti: nel caso di alimentazione da AC/DC con ponte di greatz e condensatore di livellamento usare un adeguato valore di capacità per ridurre al minimo il rumore AC usare adeguata sezione dei fili per l ingresso e l uscita per minimizzare le cadute di tensione quando scorre corrente elevata; Collegare il voltmetro/ amperometro più vicino alle boccole di uscita Usare collegamenti corti tra l uscita del regolatore e le boccole di uscita Aggiungere in parallelo all uscita dei condensatori più vicino possibile alle boccole di uscita dell alimentatore; Page 11 of 16
6.5 Applicazione: Carico Attivo Per la sua natura costruttiva possiamo utilizzare il regolatore anche come carico attivo variabile ovvero come un generatore di corrente che tira corrente a prescindere dal valore di tensione ai suoi capi. In genere, nel banco fa comodo avere un carico che tiri un certo valore di corrente che non e sempre possibile simulare con un resistore perché non si ha i valore ne la potenza giusta. Lo schema seguente indica come utilizzare il prototipo MST_K02 nella veste di carico attivo o sinker. Il valore della corrente dipende dal valore della resistenza R e dalla tensione VOUT fissata da potenziometro. La tensione di alimentazione VALIM deve essere tale che la tensione in ingresso al circuito sia tale da garantire la VOUT fissata dal potenziometro e quindi la corrente voluta:. VALIM > VOUT+ VLOAD + 2V VLOAD e la tensione ai capi del carico Page 12 of 16
6.6 Applicazione: Variatore di luminosità LED Come e noto i diodi LED vanno pilotati in corrente e non in tensione. Alimentare un LED con una corrente costante permette di avere una luminosità costante e la massima efficienza luminosa per watt. Il regolatore multiuso può essere usato per pilotare in corrente una stringa di LED. Il circuito seguente mostra come fare i collegamenti: Per fissare il valore dei componenti si fanno le seguenti considerazioni: si fissa l intervallo di corrente di lavoro I_LED della stringa di LED, La resistenza R va scelta o in funzione della corrente minima I_LED_min che si ha quando VOUT=VOUT_min= 1,25V o in funzione del valore massimo della corrente I_LED_max che dipende dalla VOUT_max programmata: I_LED_min=VOUT_min/R o I_LED_max = VOUT_max/R se la stringa di LED e composta da N LED e ogni LED ha una tensione di lavoro VLED per la corrente fissata, allora deve valere la relazione: VIN > VOUT_max + N*VLED Page 13 of 16
ovvero la tensione di alimentazione VIN, a meno della caduta di tensione presente ai capi della stringa di LED, deve garantire che il regolatore possa dare la VOUT_max programmata. Di seguito un esempio in cui si dimensiona il valore della resistenza R in funzione della corrente massima di stringa e il valore di VIN: N=4, stringa di 4 LED VLED=2,5 @ I_LED=1A VOUT_max=13,8V ILED_max=1A; Dalle formule segue: R = VOUT_max / ILED_max =13,8 /1= 13,8 Ω 15W VIN > VOUT_max + N*VLED = 13,8 +4*2,5 = 23,8V I_LED_min= 1,25/ 13,8 = 90mA circa Il dimensionamento può essere fatto anche con altri vincoli (per esempio su VIN) determinando di conseguenza gli altri parametri di progetto ( N, I_LED, R). Page 14 of 16
7.0 Progetto Il progetto completo, per chi volesse realizzarlo o studiarlo, può essere visionato dalla seguente pagina web: http://www.microst.it/progetti/mst_k02.htm 8.0 Contatti Per qualunque informazione sul progetto utilizzare i seguenti contatti: WEB: http://www.microst.it/ Email: microst@microst.it. Page 15 of 16
Contatti Per qualunque informazione sul progetto utilizzare i seguenti contatti: WEB: http://www.microst.it/ Email: microst@microst.it Page 16 of 16