Realizzazione
Data
la semplicità dello schema, si tratta più 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 è collegato al primo
con alcuni cavetti
Vediamo
per prima la parte di potenza, realizzata senza cs con i componenti
direttamente fissati al dissipatore.
Questo è necessario per avere il massimo trasferimento di calore dai
semiconduttori all' ambiente.
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E'
stato usato un dissipatore commerciale da 0.5°C/W (AAVID, Fischer),
circa 120x120x120 mm, sul quale è montato il transistor di potenza,
il diodo di protezione, la resistenza R1 e il termocontatto Tc..
Qui
una vista dall' alto. Il transistor è sul lato opposto, mentre qui
sono visibili il diodo e, nascosta dai collegamenti in bandella di
rame, la resistenza R1, che è 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.
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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 è 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 è 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 è praticamente reperibile
per piccole quantità e che quindi è stato abbandonato per quello in
contenitore plastico, facilmente reperibile (ma nel caso di questa
specifica realizzazione, recuperato da un alimentatore PC).
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A
fianco il particolare del transistor su cui è 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 105°C.
Avendo
ricoperto il TO-3 con un ulteriore dissipatore a gabbia da 12°C/W
per poter tiare il massimo della potenza possibile, questo è stato
sagomato con una leggera fresatura per poter inserire il termostato
mantenendo il contatto con il package del transistor.
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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 è tempo perso, ma
fattore indispensabile perchè 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, è 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.
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Non
essendo cosa sensata aumentare la resistenza termica tra transistor
e ambiente con una mica isolante, è 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, è fissato al contenitore con 4 viti in nylon.
Il
fascio di conduttori collega il blocco di potenza con il circuito
stampato del controllo.
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Come
solito, non avendo trovato un contenitore adeguato, ne è stato realizzato
uno, con i componenti in alluminio di Alfer, che si trovano in molti Brico.
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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 così maggiore potenza:
| Transistor |
ventilazione
forzata |
| senza |
con |
| MJ11016 |
90W |
120W |
| MJ1130 |
130W |
200W |
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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.
Più
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 è fissata sul pannello frontale.
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Il
circuito stampato del controllo è semplice e compatto
ingrandito circa 2 volte |
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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).
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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 è 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.
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In
questo modo la ventola è opzionale: i n generale non serve e quindi
il carico è del tutto slegato, come era in progetto.
Però,
volendo spremere fino all' ultimo watt disponibile, basterà alimentare la
ventola.
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Da
notare che l' alimentazione della ventola è del tutto sconnesso dal circuito
del carico, dato che era nella specifica di progetto di non avere alcuna
interferenza con la rete.
I
più attenti noteranno una resistenza da 2W. Il suo scopo è quello di sotto
alimentare la lampadina interna dell' interruttore in modo da allungarne la
durata. La spia è sempre accesa quando l'alimentazione della ventola è
presente, anche se la ventola è 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.
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La
regolazione della corrente dipende dal potenziometro, il classico Bourns a 10
giri.
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Dato
che la relazione tra la posizione del cursore e la corrente è
lineare, usando una manopola a contatore è 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 più precisa, ma
ha un costo sorprendentemente alto, per cui è stata impiegata
quella nella foto a lato, che è meno costosa.
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Peraltro
la precisione della scala è 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 è
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 può
evitare la manopola a contatore usandone una comune e risparmiando
sul costo, ma è comunque comodo avere un riferimento immediato
della corrente che si andrà ad assorbire anche a sistema spento.
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