Rielaborazione - Sistemi Elettronici

Alimentatori

Gli alimentatori sono apparecchi che trasformano l'energia elettrica proveniente da una sorgente nel formato richiesto da un utilizzatore.

La funzione della maggior parte dei dispositivi e circuiti elettronici richiede un'alimentazione in tensione continua regolata o duale.

Per questo scopo vengono convenientemente impiegati alimentatori a batterie.

Più frequentemente sono adottati gli alimentatori (power supply) interni in grado di convertire (e ridurre) la tensione alternata di rete in tensione continua.

Compito di un alimentatore è fornire ad un carico una tensione continua V_o ottenuta dalla rete V_o alternata tramite una catena trasformatore, raddrizzatore, e stabilizzatore.

1) Il primo blocco è un blocco TRASFORMATORE.

I trasformatori sono utilizzati per aumentare o diminuire tensioni e correnti contenute in un circuito.

Essi sono basati sul noto principio della mutua induzione.

Nel caso in questione occorre un trasformatore che faccia diminuire il valore efficace della tensione in modo da avvicinarsi all'obiettivo di ottenere una V₆ di pochi volt.

2) Il secondo blocco è il blocco RADDRIZZATORE. Lo scopo del circuiti raddrizzatori è quello di eliminare le parti negative del segnale alternato che si ottiene sul secondario del trasformatore.

RADDRIZZATORE A SINGOLA SEMIONDAla parte negativa viene soppressa.

RADDRIZZATORE A DOPPIA SEMIONDAla parte negativa viene raddrizzata.

3) Il blocco di FILTRO consiste nel condensatore che viene posto in parallelo all'uscita del circuito raddrizzatore in modo da approssimare l'onda derivata dal precedente blocco ad una onda continua.

Nella teoria di Fourier infatti è noto che un segnale periodico si può considerare come la somma di un infinito segnale sinusoidali.

f(x)=₁/₂a₀+Σ_ma_mcos(mx)+Σ_mb_msen(mx)

Il condensatore ha il modo di filtrare le armoniche di ordine maggiore.

ed il filtro d'uscita formano il Convertitore DC/DC.

Al carico viene infine fornita una tensione continue di linea regolata dal blocco regolatore switching tramite un anello di retroazione.

Tale regolatore agisce variando il duty-cycle dell'onda quadra prodotta dall'inverter. Ciò è realizzato tramite un modulatore di larghezza di impulsi o PWM. Più precisamente, un amplificatore d'errore confronta una frazione del segnale d'uscita (Vo) con una tensione di riferimento (Vref) producendo un segnale d'errore Ve. Tale segnale a sua volta controlla il PWM che allarga o restringe il duty-cycle.

A causa della presenze del trasformatore interno dell'inverter, lavorando in commutazione possono nascere dei picchi di tensione molto elevata. Per questo motivo, nel blocco regolatore si inserisce un optoisolatore che realizza un isolamento galvanico nell'anello di retroazione.

Voltages Reference

È un circuito progettato per produrre una tensione uscita indipendente dalla temperatura del carico, dal elemento coefficiente di temperatura della tensione di riferimento

TCv(out) = dVref/dT

Caratteristiche:

• bassa TCv(out)
• bassa impendenza di uscita
• basso PSRR (POWER SUPPLY REGULATION RATIO)

In molti casi in un circuito "VOLTAGGIO REFERENCE" è usato come riferimento di un voltaggio spesso la combinazione delle due realizza il voltaggio regolato

Resistenza di uscita

R_out = ΔV_D / ΔI_D = 1 / β₀β₂g_m3 > V_T / I₃ β₀β₃

Riferimenti di Tensione Stabilizzati

Tensionature T_CV_o(bo)

Il circuito di stabilizzazione termica regola la temperatura del chip.

La dissipazione è determinata principalmente dalla corrente di coda nella coppia darlington Q₁Q₂.

Q₄ controlla la potenza alimentata agendo sulla corrente di base di Q₂ se V_beT_ch > Q₄ entra in conduzione e sottrae corrente a Q₂.

Alla temperatura del chip T_ch stabilizzata:

• Q₁Q₂ in conduzione con limitata alla corrente R₂R₄Q₅
• 1) Q₁Q₂ coppia darlington
• 2) R₃R₄Q₃ circuito di protezione
• 3) Q₄ transistor di shut-down
• 4) R₂R₃Q₅ circuito di sensing della temp.
• 5) Q₆Q₃D₁ circuito di start-up

Limitatore di Corrente Feedback

Per assicurare la completa protezione del dispositivo e allo stesso tempo per ottenere il massimo output di corrente possibile sotto queste condizioni, una combinazione di uso di limitatore di corrente del tipo definito dall'equazione:

I_O(max) = [formula] (Vin - Vo)

sarebbe da utilizzare. È da notare che il limite di corrente è una funzione della tensione di uscita. Quando la tensione d'uscita diminuisce, il valore di R_CL diminuisce. Questo tipo di gancio limitato in corrente è il negative ed è chiamato limitazione di corrente feedback.

Continua qui dietro

che R2 e ΔIa mino piccolo.

Per la LOAD REGULATION

LOAD REGULATION = ΔV0_ΔI0 = (1 + R2^R1) ΔV0cc_ΔI0 + R2 ΔIa_ΔI0

Si potrà eliminare R2 ΔIa. Quindi dobbiamo usare una R2 molto piccola e dobbiamo regolare il regolatore che non vari molto la sua Ia q. La Ia q (corrente di quiescenza) varia anche in base alle temperature secordo la seggente formula:

ΔV0_ΔT = (1 + R2^R1) ΔV0cc_ΔT + R2 ΔIa_ΔT

Come prima abbiamo bisogno di un R2 piccolo.

Un ALTRO APPROCCIO per minimzzare l'effetto dalla corrente quiescente è utilizzata in cascata come il seguente:

La Ia è la corrente di usscita dell'Op-Amp

Poichè Ro di A è piccola la variazioni di Ia non determinano grandi variazioni del terminale di gennio del regolatore.

Si ha quindi:

V0 ~ V0c(1 + R2^R1)

Step Up/Down Regulator

dI_L/dt + (R_L/L_1) I_L = - (V_out/L_1)

Convertitore Flyback

È un alimentatore a commutazione con isolamento galvanico tra ingresso e uscita.

Simile al boost-converter ma con un trasformatore al posto dell'induttore.

• IN _ON

Il trasformatore è rappresentato dall'induttanza di magnetizzazione L_m e dal trasformatore ideale.

Il transistor ad interruttore chiuso immagazzina energia.

• IN _OFF

L’induttore rilascia energia ed il diodo si comporta in modo lineare.