D N400 LM7 SW F T 5 - + 4 D4 D + C 00uF VI GND VO R 0 R K D N400 + C uf A 4 8 0:8 BRIDGE R4,8K + C 0uF R,K V Versione del 6 ottobre 006 Alimentatore con uscita variabile Vogliamo progettare un alimentatore con corrente I o = A e tensione di uscita variabile fra un valore quasi nullo e 5 volt. Utilizziamo un regolatore di tensione LM7 capace di fornire tensioni di uscita variabili fra.5 e 7 volt. Vediamo come si possono ottenere tensioni variabili: Vi VI LM7 GN VO Vo D R V REF I I ADJ R I il dispositivo è progettato per mantenere costante non la tensione di uscita V o ma la tensione compresa fra il morsetto di uscita e il morsetto di adjustment, detta tensione
di riferimento o V REF il cui valore è di.5 volt. Detta I la corrente che circola nella resistenza R, si ha I =I +I ADJ. La corrente I ADJ è dell ordine di 00 microampere. Se scegliamo R in modo che la corrente I sia dell ordine dei milliampere, la corrente I ADJ è trascurabile. Le resistenze R e R risultano allora praticamente in serie. Applicando il partitore di tensione si ha V REF = V O R R + R o alternativamente V O R R = V REF VO =.5 R + R R = V REF R + R R =.5 + R La resistenza R deve avere un valore consigliato dal costruttore compreso fra 0 e 40 Ω e la scegliamo di 00 Ω. La resistenza R sarà un potenziometro che consentirà di ottenere tensioni variabili. Dalle equazioni scritte sopra vediamo che se la resistenza R è completamente disinserita, la tensione sarà V 0 =.5*(+0)=.5 Volt. Se il potenziometro è completamente inserito avremo la tensione massima che vogliamo sia di 5 volt per cui si ha R O R V 5 = = = = R = R = * 00 = 00Ω.5.5 Nello schema circuitale la resistenza R è ottenuta mettendo in parallelo una resistenza fissa da 60 ohm e un trimmer, in modo da ottenere la resistenza da 00 ohm, selezionando il valore del trimmer.
I diodi D e D servono per proteggere l integrato da eventuali cortocircuiti. Supponiamo che si abbia in ingresso al regolatore un cortocircuito D Vi LM VI G VO Vo R R C + il condensatore C, in assenza del diodo, scaricherebbe attraverso il regolatore di tensione. Sebbene il flusso di corrente abbia una breve durata, c è abbastanza energia per danneggiare l integrato. Invece, il diodo D, che normalmente è polarizzato inversamente, in caso di cortocircuito in ingresso, trova il catodo (che viene portato a massa) a potenziale inferiore all anodo, per cui conduce ed offre una via alternativa alla scarica del condensatore.
Vi LM VI G VO Vo R D C + R Discorso analogo si può fare per il condensatore C collegato al morsetto di adjustment. In questo caso il condensatore potrebbe scaricare pericolosamente attraverso l integrato, nel caso di cortocircuiti in uscita. Il diodo D è normalmente polarizzato inversamente ma, in caso di cortocircuito sull uscita, esso entra in conduzione creando un percorso alternativo per la scarica del condensatore. 4
D N400 LM7 SW F T 5 - + D4 4 D + C 00uF VI GND VO R 0 R K D N400 + C uf A 4 8 0:8 BRIDGE R4,8K + C 0uF R,K V 5
Dimensionamento Un primo problema teorico nasce dal fatto che la tensione di uscita del circuito è variabile. Una breve riflessione porta, però, a convincersi che il dimensionamento dei dispositivi va fatto nelle condizioni più gravose dal punto di vista delle tensioni applicate, cioè quando l alimentatore fornisce la tensione massima voluta, V o =5 volt. I valori delle resistenze R, R ed R sono stati determinati già nella parte teorica.c e C sono condensatori il cui valore è consigliato dai data sheet. Per determinare la capacità di filtro, dobbiamo calcolare la tensione minima in ingresso al regolatore. Anche per l integrato LM7 la consultazione dei data sheet ci informa del fatto che esiste una tensione di drop out (differenza fra tensione in ingresso e in uscita al regolatore) che varia con la corrente in uscita dal regolatore e che, per una corrente di ampere erogata dal dispositivo, è pari a due volt, per cui V imin = V OMAX + V drop-out = 5+ = 7 volt V 40% V min = 0.4*7 = 6.8 i scegliamo un valore di 4 volt per cui il valore della capacità di filtro sarà I C = V * f 400 O = = 500µ F scegliamo il valore commerciale di 00 microfarad. Allora la tensione massima in ingresso al regolatore sarà V imax = 7+4= volt Per il secondario del trasformatore avremo 6
V MAXsecondario trasformatore = +V diodi-ponte-graetz +0%( +V diodi-ponte-graetz )=+.=5. volt V eff =5./.4=7.9 volt Scegliamo un trasformatore 0:8. La corrente efficace verrà ottenuta con la nota formula I eff =.8*=.8 A da cui avremo una potenza S= V eff I eff =.4 VA per cui avremo bisogno di un trasformatore da 40 VA. Per dimensionare il valore della resistenza R4 limitatrice della corrente che circola nel led D, notiamo, anzitutto, che, a differenza degli altri progetti, siamo stati costretti a porla non in uscita, ma in ingresso. Infatti, a causa della variabilità della tensione di uscita, non saremmo stati capaci di determinare la corrente da far circolare nel led. Ma la tensione ai capi del ramo costituito dal led e da R4 è pur sempre variabile a causa della presenza del ripple. Per determinare la resistenza R4 dobbiamo fare allora riferimento alla tensione media R 4 ViMEDIA VLED 9.7 = = =.8KΩ I 0*0 LED Verifichiamo ora se c è la necessità del dissipatore di calore. La tensione media in ingresso al regolatore è di 9 volt. Qual è la tensione di uscita? In questo caso la condizione peggiore è quella in cui la tensione di uscita è minima (,5 volt) per cui P D = (V imedia V Omin )I O = (9-.5)= 7.75 W a cui corrisponde una resistenza termica ϑ ja T j Ta 50 50 C = = = 5. 6. Occorre dunque un dissipatore con resistenza P 7.75 W D 7
termica ϑ da C 0. 6. La tabella mostra la variazione della resistenza termica con la W tensione di uscita V O P D ϑ ja ϑda 5 4 5 0 4,8 4,5,5948 8,5948 4,5 4,5, 7, 4, 4,75,0566 6,0566 4 5 0 5,8 5,5 9,04769 4,04769,5 5,5 8,888,888, 5,75 7,904,904 6 6,6666667,6666667,8 6,5 6,5 6,5 5,84654 0,84654, 6,75 4,84848 9,84848 7 4,8574 9,85749,8 7,5,7904 8,79045,5 7,5, 8,, 7,75,9058 7,9058 8,5 7,5 8
0,8 8,5, 7, 0,5 8,5,7647059 6,76470588 0, 8,75,48574 6,48574 0 9, 6, 9,75 9,5 0,80808 5,80808 9,5 9,5 0,5658 5,56579 9,5 9,75 0,5640 5,56406 9 0 0 5 8,75 0, 9,75609756 4,75609756 8,5 0,5 9,58095 4,58095 8,5 0,8 9,0558 4,0558 8 9,09090909 4,09090909 7,75, 8,88888889,88888889 7,5,5 8,695657,695657 7,5,8 8,5068,5068 7 8,, 6,75, 8,665,665 6,5,5 8 6,5,8 7,8475,8475 6 7,690769,690769 5,75, 7,547698,547698 5,5,5 7,4074074,4074074 9
5,5,8 7,7777,7777 5 4 7,48574,48574 4,75 4, 7,075486,075486 4,5 4,5 6,896557,896557 4,5 4,8 6,779660,779660 4 5 6,66666667,66666667,75 5, 6,5577705,5577705,5 5,5 6,4569,4569,5 5,8 6,49065,49065 6 6,5,5,75 6, 6,58465,58465,5 6,5 6,06060606,06060606,5 6,8 5,970495 0,970495 7 5,88594 0,88594,75 7, 5,797045 0,797045,5 7,5 5,74857 0,74857,5 7,8 5,6808 0,6808 0