Con un mosfet e una manciata di componenti possiamo avere un induttanza di alto valore.
Il giratore viene spesso usato per filtrare alimentazioni ad alta tensione negli apparecchi a tubi.
Comodo per upgrade e modding di apparecchiature esistenti.
Impiegato anche in apparecchiature commerciali di fascia alta per filtrare le alimentazioni.
Schema elettrico e PCB
Questa scheda è in uso nei nostri laboratori da anni, e non è mai presentata.
Da questo PCB sono poi derivate decine di versioni e varianti di alimentatori per tubi termoionici.
Sopra abbiamo lo schema dove si vedono i pochi componenti che servono per realizzare il giratore.
Quelli segnati come NF non vanno montati.
Il mosfet Q1 è il componente principale per gestire la potenza.
La rete R2-R3-C2-R1 realizza la funzione di giratore dove C2 è l’ elemento reattivo.
R10-D1 servono a proteggere il gate da tensioni pericolose.
D5-D6 sono diodi di protezione del mosfet.
Il condensatore poliestere C3 da 100 n, migliora l’ andamento dell’ impedenza nella parte alta dello spettro audio e a cortocircuitare a massa le componenti RF.
La disposizione componenti, vanno montati solo i componenti in verde.
Visto che nel giratore viene impiegato un solo polo in entrata e uno in uscita, va collegata anche la massa.
Si può rinunciare alle morsettiere e saldare direttamente i fili.
Nella foto sopra possiamo vedere il giratore assemblato, con I pochi componenti che servono.
Il dissipatore montato non è quello previsto, quindi è stato fatto qualche aggiustamento per fissarlo.
Il mosfet è stato isolato per non avere l’ alta tensione sul dissipatore.
Sul lato saldature, la vite di fissaggio viene abbastanza vicina alla pista; conviene isolarla una rondella di plastica.
In realtà lo stampato non era previsto per uso di una vite M3, ma per la saldatura dei perni del dissipatore .
L’ induttanza equivalente è data dalla:
L = R1 x R3 x C2
L = 330000 x 15 x 10 x 10-6 = 50 H
La resistenza di uscita è data dalla:
Rout = R1 x (1 + R2 / R3)
Rout = 15 x (1 + 330000 / 330000) = 30 Ohm
Nel dimensionamento sopra si calcola il giratore per avere un induttanza di 50H e la sua resistenza serie è di 30 Ohm e simuliamo con LTspice.
Il circuito rappresenta una situazione abbastanza tipica di impiego dove:
- R2 è la resistenza equivalente vista verso il raddrizzatore
- C2 è la prima capacità di filtro dopo il raddrizzatore
- I1 è un carico a corrente costante di 200 mA
- C1 è la capacità di filtro di uscita
.
Simulando si vede che il picco di risonanza si mantiene attorno ai 5 Hz.
Dal diagramma possiamo vedere che I 100 Hz sono attenuati e le armoniche in pratica vengono bloccate.
Il circuito che sarà possibile scaricare prevede il possibile step dell’ induttanza e del condensatore di uscita.
Variando la capacità di C1 in pratica si ha un minimo cambio del picco di risonanza.
Un ottima strategia è evitare condensatori con capacità enormi per C1 e distribuire dei 22u nei punti dove l’ utilizzatore assorbe maggiore potenza.
Come ad esempio nelle vicinanze delle valvole finali. Il 22u 450V è un 15 x 25 p = 10 mm è piccolo permette di fare dei collegamenti corti e si inserisce facilmente in apparecchiature compatte.
Sopra vediamo un altra applicazione pratica si tratta dell’ alimentatore di un amplificatore GM70 che eroga circa 750V e una corrente di 0.1 A per canale.
Il filtraggio di ingresso C1-L1-C2 e di uscita L2-C3 sono stati ottimizzati al massimo.
Durante lo sviluppo ci si è chiesti perchè non usare un giratore per la seconda sezione?
Nello schema possiamo vedere che L3 50 H rappresenta l’ induttanza equivalente del giratore e C4 22 uF valore adatto per questo valore di L3.
Sopra possiamo vedere le risposte in frequenza delle due sezioni a confronto:
V(a) filtraggio con componenti tradizionali che presenta una risonanza a 5 Hz ed è correttamente dimensionato
V(b) filtraggio con giratore presenta un picco maggiormente accentuato a 5 Hz, dopo un attenuazione maggiore di circa 8dB rispetto all’ altra soluzione.
Nelle simulazioni sono state inserite anche le resistenze serie.
In questa applicazione con il giratore abbiamo ottenuto una buona riduzione di spazio occupato e la capacità è diminuita di 1/4.
Visto che il circuito lavora a 750V meglio impiegare un mosfet da 1000V quale IRFPG40 in TO247.
Resta sottinteso che I condensatori dovranno essere della tensione adeguata.
Sopra il circuito del giratore, in pratica con la corrente di 0,1 A abbiamo una potenza dissipata di 0.92 W.
La caduta ai capi del mosfet è di circa 11 V e conoscendo la corrente richiesta in uscita possiamo facilmente calcolare la potenza dissipata e di conseguenza il dissipatore.
Articoli e video relativi al giratore
Come si diceva ad inizio articolo questa scheda ha dato inizio alla saga dei giratori.
Sotto link di una versione doppia
- Dimensionamento del dissipatore del giratore
- Articolo sul giratore doppio
- Pubblicato sulla Rivista Elettronica IN n. 243 di Marzo 2020
- PierAisa 525: Circuito Giratore per simulare una induttanza Progetto completo
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Saluti Tiziao
