Progetti - Elettronica

 

Un carico elettronico


Realizzazione

Data la semplicit dello schema, si tratta pi che altro di realizzare meccanicamente e termicamente un insieme in grado di trattare la potenza voluta senza superare la temperatura massima di giunzione.
Possiamo dividere il circuito in due parti:

  • il blocco degli elementi di potenza, cablati sul dissipatore
  • il resto dell' elettronica, su un cs molto compatto che collegato al primo con alcuni cavetti

Vediamo per prima la parte di potenza, realizzata senza cs con i componenti direttamente fissati al dissipatore.
Questo necessario per avere il massimo trasferimento di calore dai semiconduttori all' ambiente.

E' stato usato un dissipatore commerciale da 0.5C/W (AAVID, Fischer), circa 120x120x120 mm, sul quale montato il transistor di potenza, il diodo di protezione, la resistenza R1 e il termocontatto Tc..

Qui una vista dall' alto. Il transistor sul lato opposto, mentre qui sono visibili il diodo e, nascosta dai collegamenti in bandella di rame, la resistenza R1, che un elemento di precisione in contenitore TO-247 (Isabellenhutte, Caddock, Bourns, Vishay).

Le bandelle di rame risolvono contemporaneamente la portata di corrente a resistenza trascurabile e la dissipazione del calore.

La loro forma bizzarra deriva dal fatto che sono ricavate dalle alette di rame di un dissipatore per CPU in rame, usato in passato per processori genere Prescott.

Ce ne sono tre pezzi: uno collega la morsettiera di arrivo dei cavi dal pannello con il doppio diodo in serie, una seconda collega il catodo comune con il collettore del transistore e la terza collega la resistenza R1 con la morsettiera. L' altro lato di R1 direttamente saldato all' emettitore del transistor

Da osservare che, pur essendo i catodi del diodo collegati al tab e questo in contato diretto con il radiatore, non molto efficace usare il metallo del dissipatore come via per collegare questo al collettore del transistor, sopratutto se non si rimuove lo strato di anodizzazione. La banda di rame consente un buon collegamento.
Il foro filettato che si nota accanto al diodo in TO-247 era stato ricavato per un diodo schottky in stud che attualmente non praticamente reperibile per piccole quantit e che quindi stato abbandonato per quello in contenitore plastico, facilmente reperibile  (ma nel caso di questa specifica realizzazione, recuperato da un alimentatore PC).

A fianco il particolare del transistor su cui montato l' interruttore termico (Airpax, in contenitore TO-220) a stretto contatto con il case.

I cavi in uscita sono del genere con isolate termo resistente e ulteriormente protetti da una guaina 105C.

Avendo ricoperto il TO-3 con un ulteriore dissipatore a gabbia da 12C/W per poter tiare il massimo della potenza possibile, questo stato sagomato con una leggera fresatura per poter inserire il termostato mantenendo il contatto con il package del transistor.

 

Abbondante pasta termo conduttiva (ossido di alluminio di Fischer o Down Corning o Ceramique di Arctic Silver) sono indispensabili per un perfetto accoppiamento termico delle parti, che sono state preventivamente sgrassate (Avio o Cleaner di Arctic Silver) e lucidate con un abrasivo adeguato (blocchetti abrasivi RS 216-207).

Una certa cura dei particolari del montaggio del transistor e degli altri elementi che trovano posto sul dissipatore non tempo perso, ma fattore indispensabile perch il calore possa passare dai componenti al dissipatore e da questo all' ambiente nel modo migliore; da questo dipende il maggiore o minore riscaldamento della giunzione e quindi la potenza utilizzabile.
Tra l' altro, buona cosa eliminare lo strato superficiale di anodizzazione con una leggera fresatura e, reso a specchio la superficie dell' alluminio del dissipatore, fissare su questa i vari componenti.

Non essendo cosa sensata aumentare la resistenza termica tra transistor e ambiente con una mica isolante, l' intero dissipatore ad essere isolato dal contenitore, con 4 riquadri di materia isolante elettrico, ma resistente al calore, incollati con bi-adesivo epossidico al dissipatore.

Il blocco, a sua volta, fissato al contenitore con 4 viti in nylon.

Il fascio di conduttori collega il blocco di potenza con il circuito stampato del controllo.

 

Come solito, non avendo trovato un contenitore adeguato, ne stato realizzato uno, con i componenti in alluminio di Alfer, che si trovano in molti Brico.

Ecco il blocco di potenza collegato al controllo e inserito nel contenitore.

La grossa ventola posta sul retro consente di dimezzare la resistenza termica del dissipatore, ottenendo cos maggiore potenza:

Transistor ventilazione
forzata
senza  con 
MJ11016 90W 120W
MJ1130 130W 200W
Particolare del pannello frontale visto dall' interno.

In primo piano il circuito di controllo che comprende su un solo stampato tutto il resto dell' elettronica necessaria con il potenziometro e i due deviatori. E' collegato al blocco di potenza con un cavetto a 6 poli.
Viene fissato al pannello frontale attraverso il potenziometro.

Pi in basso si vede l' interruttore-spia della ventola. La sua forma non comunissima dipende solamente dal fatto che ne ho alcuni avanzati da vecchi lavori ed era il caso di utilizzarli.

Sul fondo si vede la batteria che alimenta la strumentazione digitale, che fissata sul pannello frontale.

Il circuito stampato del controllo semplice e compatto


ingrandito circa 2 volte

Sul lato saldature sono installati tutti i condensatori ceramici e le resistenze (1206). Sul lato opposto trovano posto il potenziometro multigiri, gli interruttori, LM10 su zoccolo e i due elettrolitici.

Il connettore CN1 collega il controller con il blocco di potenza. Nell' ordine, da sinistra a destra, le connessioni:

  • Collettore
  • Base
  • Comune
  • Emettitore
  • Comune (verso Tc)
  • cursore del potenziometro (verso Tc)

Il connettore CN2 serve a collegare lo strumento di misura della corrente (in parallelo a R1).

Particolare dell' alimentatore della ventola, realizzato su un cs largo 12mm che trova posto su uno dei montanti del contenitore.

Si tratta semplicemente di un tre terminali genere 7815 che fornisce 15V alla ventola attraverso un interruttore.
La ventola un normale elemento da PC 120x120x35 con una e levata portata. Nominalmente a 12V, venendo sovra alimentata genera una ancor maggior portata di aria

La tensione di alimentazione arriva da un wall plug esterno, accessibile con il solito plug coassiale.

In questo modo la ventola opzionale: i n generale non serve e quindi il carico del tutto slegato, come era in progetto.
Per, volendo spremere fino all' ultimo watt disponibile, baster alimentare la ventola.

Da notare che l' alimentazione della ventola del tutto sconnesso dal circuito del carico, dato che era nella specifica di progetto di non avere alcuna interferenza con la rete. 

I pi attenti noteranno una resistenza da 2W. Il suo scopo quello di sotto alimentare la lampadina interna dell' interruttore in modo da allungarne la durata. La spia sempre accesa quando l'alimentazione della ventola presente, anche se la ventola spenta. Questo per evitare di dimenticarsi il wall plug nella presa. 

A lato, particolare del connettore per l' alimentazione della ventola.

Si nota bene anche il filtro aria, indispensabile per evitare che l' apparecchio sui riempia in un attimo di polvere e sporco.

Quattro piedini di gomma lo isolano dal piano di appoggio.

La regolazione della corrente dipende dal potenziometro, il classico Bourns a 10 giri.

Dato che la relazione tra la posizione del cursore e la corrente lineare, usando una manopola a contatore possibile leggere direttamente sulla scala il valore della corrente.
Ad esempio, nella portata 10A, il contatore su 3.5 equivale a una corrente di 3.5A, mentre sulla portata 20A basta raddoppiare (7A).

In questo senso non occorre alcuna strumentazione addizionale di misura della corrente.
La manopola nella foto sotto permette una lettura pi precisa, ma ha un costo sorprendentemente alto, per cui stata impiegata quella nella foto a lato, che meno costosa.

Peraltro la precisione della scala data da tre elementi:
  • la precisione della R1
  • la precisione della tensione di riferimento da 200mV
  • la precisione del potenziometro

Pur trattandosi di elementi non certo scadenti, una certa tolleranza inevitabile. Ad esempio, il prototipo nelle foto ha un fondo scala di 19.96A e non di 20.00.

Ovviamente, utilizzando uno strumento per la misura della corrente si pu evitare la manopola a contatore usandone una comune e risparmiando sul costo, ma comunque comodo avere un riferimento immediato della corrente che si andr ad assorbire anche a sistema spento.



 

Copyright afg. Tutti i diritti riservati.
Aggiornato il 31/10/15.