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SPHP Superpower di Belleson può fornire fino a 10 A a 100 V. Questo è sufficiente per la maggior parte degli amplificatori di potenza e per sostituire gli alimentatori a commutazione lenti e rumorosi nei server musicali basati su computer. La progettazione di circuiti ad alta corrente richiede un'attenta considerazione della dissipazione di potenza, dei flussi di corrente e di altri argomenti importanti. Discuteremo questo diagramma di un alimentatore di base utilizzando SPHP: . Per iniziare definiamo alcuni termini:
| VIN | Tensione in ingresso al regolatore |
|---|---|
| V FUORI | Uscita regolatore di tensione |
| V FARE | Tensione di caduta del regolatore: minima (V IN -V OUT ) per mantenere la regolazione |
| I L | Corrente di carico dall'uscita del regolatore al suo carico e di nuovo alla fonte di alimentazione (tipicamente un trasformatore+raddrizzatore+filtro) |
| P.L _ | Dissipazione del carico: V OUT / I L |
| P.R _ | Dissipazione del regolatore: (V IN - V OUT ) / I L |
| IO FACCIO | Basso abbandono |
| V RIP | Ripple di ingresso, la variazione CA su VIN |
Dissipazione di potenza: regolatore e carico
L'SPHP può fornire fino a 1000 W a un carico mentre il regolatore può dissipare 200 W. La dissipazione totale del carico è quindi di 1200 W. È necessario scegliere un trasformatore di potenza con VA sufficientemente elevato da fornire la potenza totale .
L'eventuale potenza utilizzata dal regolatore non viene fornita al carico ed è considerata sprecata. Considerando la dissipazione di potenza del regolatore = tensione di caduta per corrente di carico, è facile capire perché una bassa tensione di caduta è importante e perché LDO è un acronimo standard nelle schede tecniche dei regolatori. Quanto più VIN è vicino a V OUT , tanto minore è la potenza sprecata.
Tensione di caduta ed efficienza dell'alimentazione
Il drop-out SPHP, come per la maggior parte dei regolatori lineari, aumenta con la corrente di carico fino a un massimo di 3 V a 10 A. Pertanto è teoricamente possibile realizzare un alimentatore da 1000 Watt con 30 W di potenza sprecata, ottenendo un'efficienza del 97%. In pratica, tuttavia, un'efficienza dell'80% è considerata ottima per un alimentatore lineare ad alta potenza. Perchè è questo ?
Osservando lo schema sopra, la corrente CA viene raddrizzata dal raddrizzatore a ponte BR1 e filtrata (livellata) dal condensatore C1. Dopo aver applicato l'alimentazione di rete, C1 si carica al suo valore CC di picco e rimarrà carico finché non verrà richiesta corrente dal carico. Tieni presente che C1 si carica solo quando la tensione di picco di BR1 supera la tensione di C1, quindi per gran parte del ciclo CA, C1 può fornire corrente ma non riceverla.
Tensione e regolazione del ripple in ingresso
Mentre C1 fornisce corrente e la tensione del ponte è inferiore alla tensione C1, C1 si scarica. C'è un tempo lungo (rispetto al ciclo di una linea elettrica) in cui C1 si scarica e un tempo breve in cui si ricarica. Questo è ciò che rende la familiare ondulazione della tensione a dente di sega all'ingresso del regolatore.
Come sapete, i=C dv / dt e una corrente di carico più elevata scaricano C1 più rapidamente. Se C1 si scarica abbastanza durante un ciclo della linea di alimentazione AC da scendere al di sotto di (V OUT +V DO ), il regolatore smette di regolare!
Guarda di nuovo i=C dv / dt . Riorganizzando i termini si ottiene dv= idt / C per mostrare che l'ondulazione viene ridotta aumentando C. Ora riorganizzare nuovamente e sostituire la frequenza f= 1 / dt per ottenere un'equazione per C1 data la corrente di carico e l'ondulazione massima desiderata: C= i / (2f dv ) . Il fattore 2 è dovuto al fatto che BR1 è un raddrizzatore a onda intera e C si carica due volte per ciclo. Un raddrizzatore a semionda non ha questo fattore.
Per un carico di 10 A e un ripple massimo di 1 V con un ciclo della linea di alimentazione di 50 Hz (caso peggiore, rende anche i calcoli più interessanti) e un target di ripple massimo di 1 V, il C1 richiesto = 10/100 o 100000 µF. Il valore di 47000μF assegnato a C1 nello schema sopra consentirà una tensione di ondulazione massima di circa 2,5 V.
Dato che la tensione di ripple minima deve rimanere al di sopra di V OUT +V DO , la tensione su BR1 deve andare al di sopra di V OUT +V DO +V RIP per mantenere C1 sufficientemente carico da consentire al regolatore di funzionare correttamente. Per un regolatore da 12 V, la tensione BR1 deve rimanere superiore a 12+3+2,5=17,5 V utilizzando C1=47000 µF. Ciò spiega perché un’efficienza di fornitura del 97% non è realistica. Per questo regolatore da 12 V, l'efficienza è 100 x 12 / 17,5 = 69%. Anche con C1=100000μF, l'efficienza arriva al 75%, sprecando 1/4 della potenza in ingresso. L'ondulazione dipende solo dalla corrente di carico, quindi, a parità di carico e V DO , un'alimentazione con V OUT più elevata sarà più efficiente di un'alimentazione con V OUT inferiore .
Ecco un ottimo tutorial sulla costruzione di un alimentatore da 10 A
Da ciò concludiamo:
Per l'alimentazione scelta a 12 V, il trasformatore deve mantenere V IN al di sopra di 17,5 V per mantenere la regolazione. Con una richiesta di corrente elevata, la tensione secondaria del trasformatore tende a abbassarsi (diminuire). La tensione di picco senza carico del trasformatore deve essere aumentata per tenere conto dell'abbassamento e anche per tenere conto della bassa tensione primaria nel caso peggiore. In definitiva, a causa di questi molteplici vincoli di sistema, questo trasformatore deve avere una tensione di uscita di picco compresa tra 20 V e 24 V.
Ora che abbiamo deciso una serie di componenti: regolatore SPHP, trasformatore di potenza, raddrizzatore a ponte, condensatore di filtro di grandi dimensioni, come li colleghiamo? Due fattori importanti nel cablaggio di un alimentatore accurato ad alta corrente sono la resistenza e la stabilità del cablaggio. A 10 A, 10 mΩ equivalgono a una caduta di 0,1 V. Quando la corrente cambia attraverso un'impedenza, modulerà la tensione sul carico, quindi anche con una sorgente di tensione perfetta, un carico di corrente elevata variabile può modulare la tensione sul carico a causa della resistenza del cablaggio.
SPHP è progettato con un piccolo controller PCB e un transistor di uscita ad alta corrente separato (QN1 nello schema). Ciò consente al circuito di controllo di essere posizionato e cablato in modo indipendente con una corrente massima di circa 250 mA, e QN1 può essere montato separatamente sul dissipatore di calore con grandi correnti che fluiscono separatamente attraverso di esso.
Lo schema seguente mostra il cablaggio fisico dello schema sopra con i colori dei fili corrispondenti. Notare il percorso rosso dell'alta corrente dall'alimentazione grezza al transistor di potenza al carico e di nuovo all'alimentazione grezza. Rendi questo percorso breve, utilizzando una traccia o un filo di rame di grosso spessore. I percorsi di corrente DRV nero e verde possono essere più piccoli, avranno circa 250 mA alla piena corrente del regolatore di 10 A. Gli altri percorsi sono a corrente molto bassa.
Due diodi di protezione esterni consentono alla carica immagazzinata da una grande capacità di bypassare il regolatore allo spegnimento se la tensione di ingresso diminuisce più rapidamente della tensione di uscita o se V OUT viene trascinato sotto terra da alcune condizioni relative al carico (ad esempio un carico induttivo). Anche se SPHP dispone di diodi di protezione interni, si consigliano diodi esterni più grandi come 1N4004.
SPHP non ha un condensatore di stabilizzazione integrato, quindi è necessario collegarne uno esterno da V OUT a terra come mostrato qui. Dovrebbe essere pari o superiore a 100 µF e avere una tensione nominale superiore a V OUT . Nota anche che il diagramma non è in scala: il condensatore sarà più grande della Superpotenza :-).
Il transistor di potenza fornito con SPHP è NJW3281G , un dispositivo da 250 V, 15 A, 200 W.
Con 10 A+ disponibili, è facile danneggiare un regolatore anche con il più breve cortocircuito verso terra. Il circuito di spegnimento rapido mostrato di seguito può impedire ciò:
È un circuito di protezione a ritenuta che interrompe il circuito di controllo interno e impedisce qualsiasi corrente in uscita dal regolatore. Per ripristinare, VIN deve essere spento e riacceso.
Speriamo che queste siano informazioni sufficienti per costruire l'alimentatore dei tuoi sogni! Contattaci per qualsiasi ulteriore domanda e ti aiuteremo.
