Costruendo un sistema di collaudo avete mai avuto problemi di rumore sulle alimentazioni o di offset sugli OPA?

I sistemi di collaudo si realizzano sempre in fretta e furia all’ ultimo momento… e risultano sempre urgentissimi.
Provando l’apparecchiatura si scopre che le alimentazioni duali sono rumorose e sbilanciate.

Questo crea problemi sulla nostra elettronica di precisione.
Per rimediare ci aspettano lunghe ore in laboratorio per rispettare I tempi strettissimi di consegna.

Aver usato alimentatori di fortuna e di dubbia provenienza ci ha creato disagi e tanto lavoro supplementare.

Conviene costruirsi un alimentatore duale ad alte prestazioni e realizzabile con componenti disponibili nei cassetti.
Una volta pronto il PCB con mezzora di lavoro abbiamo il nostro alimentatore pronto.

Le caratteristiche richieste dovrebbero essere:

• corrente scalabile da 0,1 A a 4 A
• tensione di uscita duale regolabile da 0 a 25 V
• tracking fra le due sezioni accurato
• dissipatori assemblati sul PCB

Sviluppo progetto

Oltre a quanto detto sopra I componenti dovrebbero essere facilmente reperibili (anche nella scatola di miracoli del lab).

Nella peggiore delle ipotesi si ordina al catalogaro di fiducia e il giorno successivo arrivano.
Occupandoci spesso di audio i regolatori LM317-337 sono disponibili.

I regolatori si usano in parallelo per ottenere correnti dell’ ordine dei 3,5 A usandone tre per ramo.
Dopo l’ opportuno breadboard e una serie di misure questo è il risultato:

Nella foto sopra possiamo vedere I primi due prototipi da 1 a e da 3,5 A con tre regolatori.

I dissipatori sono recuperati dal cassone dell’ alluminio, probabili scarti di produzione.
Passiamo ora alla spiegazione dello schema.

Lo schema usa tre regolatori in parallelo per ramo, noi spiegheremo il regolatore riferendoci solo a quello centrale.
In ingresso abbiamo una tensione non regolata che viene mandata al regolatore positivo U5 LM317.

Sul connettore P1 è collegato un potenziometro che assieme ad R1 regola la tensione di uscita.
Volendo che la tensione parta da zero occorre usare un artificio, collegare il riferimento del partitore a – 1,25 V.

Questo viene fatto con il riferimento di tensione U3 collegato al ramo negativo dell’ alimentazione.
Per controllare il regolatore negativo LM337 invertiamo la tensione presente sul pin REF di U5.
Per questa funzione usiamo due operazionali A1 e A2 di precisione a basso rumore OP2A27.

A1 viene collegato come inseguitore non invertente.

A2 configurato come amplificatore invertente a guadagno 1 (le due resistenze de feedback sono uguali) inverte la REF da applicare a LM337.

Il condensatore C1 serve a sopprimere il rumore in uscita e D3 svolge funzioni di protezione.
Non serve replicare questi componenti sul ramo negativo.
R5 serve ad alimentare A1 e a fare scorrere una corrente di 10 mA attraverso il partitore di regolazione di U3.

I diodi scottky D1 e D1 proteggono l’ uscita da inversioni di polarità.
C2 e C3 servono a filtrare l’ uscita dei regolatori.

Lo zener D4 da 5,1 V serve ad alimentare l’ operazionale A2.
La resistenza R8 presente in uscita da regolatore serve per compensare diversità fra I regolatori in parallelo.

Le resistenze in uscita dei regolatori vengono messe per compensare eventuali differenze, oppure se si usano regolatori di marche diverse.

In alcuni casi sono stati lamentati problemi di stabilità nell’ uso di questo alimentatore, da una veloce indagine si vede che in uscita sono stati collegati condensatori elettrolitici a bassissimo ESR.

Quindi si preferisce mantenere la resistenza di uscita anche nella versione a singolo regolatore⁽¹⁾.

La cadute di queste resistenze non è compensata in quanto cade una piccola parte della tensione di uscita.

Si può rimediare inserendola nel loop di regolazione spostando la resistenza subito in uscita del regolatore⁽²⁾

I regolatori delle prime generazioni non funzionano correttamente con condensatori a bassa ESR nel loop di regolazione.

Cosa nota nella letteratura sui regolatori di tensione.

Modello 3 A

Vanno montati i componenti nell’ elenco sotto.

• A1, A2: OPA27 Amplificatore operazionale [2]
• D1, D2: 33V 1W diodo zener [2]
• D3: 1N4148 diodo [1]
• D4: Diodo Zener 5.1V 0.5W [1]
• C1,C2,C3: Elettrolitico 10uF 50V [2]
• C4,C5: 470nF poliestere p=5 [2]
• HS1, HS2 Dissipatore Rth = 3C°/W [2]
• R1,R6: 120 ohm 0,25 W [2]
• R2,R7,R8,R10,R11,R12: 0.12 ohm 5 W [6]
• R3: 20 Kohm o 22 Kohm 0.25 W [1]
• R5: 1.5 Kohm o 1 Kohm 2W [1]
• J1: Phoenix 3 vie 5 mm morsettiera [1]
• J2: Phoenix 4 vie 5 mm morsettiera [1]
• P12: strip 2 poli [1]
• U1,U4,U5: LM317 Regolatore TO220 [3]
• U2,U6,U7: LM337KC Regolatore TO220 [3]
• U3 : TLV431 REF Tensione 1.25V TO92 [1]
• Z1, Z2: 8 pin zoccolo per A1, A2 OPA

Modello 1 A

Nella versione da 1 A basta non montare i componenti barrati dalla croce rossa.

Abbiamo lasciato la resistenza di potenza per evitare problemi nel caso si usino in uscita elettrolitici a basso ESR.

Collaudo

Con carico elettronico oscilloscopio procediamo con il collaudo finale.
Il test delle due versioni le potete vedere nel video #621 partendo da 16:03 vengono mostrate le due versioni.

Caratteristiche Tecniche Alimentatore

La corrente dichiarata di 3 A per ramo è piuttosto conservativa, è il valore di test usato per i test in camera termica a 50°C.

Questo in quanto viene usato anche per alcuni impieghi professionali.

Alimentazione di Ingresso Non Stabilizzata

Come mai l’ alimentatore non ha il raddrizzatore e il banco di condensatori?
Il modulo nasce per essere integrato in altri sistemi complessi con alimentazioni esistenti.

Inoltre questo lascia libero il designer di farsi la parte di ingresso come meglio crede.

Comunque dovesse servire si può usare il Power Bank

Sopra possiamo vedere lo schema in configurazione duale, basta un ponte raddrizzatore esterno.

Sopra possiamo vedere una scheda finita pronta solo per essere collegata; basta mettere un ponte raddrizzatore e siamo pronti all’ uso.

Generatore di Corrente

Il circuito stampato può essere utilizzato anche come generatore di corrente come possiamo vedere in questo video:

PierAisa 797: Come costruire un generatore di corrente costante con LM317

Conclusioni

Dopo questo lungo percorso abbiamo il nostro alimentatore duale da laboratorio:

• facilmente assemblabile con i componenti dei cassettini
• per la dissipazione abbiamo massima libertà, o usando dissipatori in vostro possesso o sfruttando il telaio dell’ apparecchiatura ospite
• facilità di collaudo e setup
• prestazioni di tutto rispetto

Didattica

Come riferimento ai circuiti operazionali potete usare il libercolo TI Analog Engineer’s Pocket Reference, da cui è tratta l’immagine sopra.

Usare il ruler del forum sul lato BOM dove ci sono le configurazioni OPA.

Trovate tutti i riferimenti nel forum.

Dove procurarsi i PCB?

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Il catalogo serve per una consultazione veloce dei kit disponibili.

Saluti Tiziao

Note

(1) Prepareremo un video al riguardo quando parleremo della stabilità dei regolatori di tensione

(2) Questo aggiornamento lo introdurremmo nella nuova generazione di PCB