Introduzione
Il foglio dati di un componente inizia evidenziando alcuni elementi
significativi. Ad esempio, un transistor di potenza dichiara i massimi valori di corrente, tensione e potenza.
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Ne deriva che molti sono erroneamente portati a credere i 150 W possano effettivamente essere
utilizzati interamente,
con una tensione di 140 volt e 16 ampere. Nonostante l'apparenza logica di questa idea, purtroppo non è
così: già basterebbe verificare che il prodotto 140 * 16 fa
qualcosetta in più di 150W... |
Interpretare i dati di tensione
e corrente massimi del dispositivo non come "valori"
massimi", ma come valori di funzionamento è comune, ma è un grave
errore. A parte la necessità di
mantenere un margine di sicurezza rispetto ai dati di targa, occorre
considerare che, a determinare, ad esempio, la massima potenza realmente
trattabile con quel dispositivo concorrono vari fattori.
Ad esempio, dopo aver letto con
più cura il data sheet, ci si rende conto che i 150W sono possibili solo mantenendo il corpo del transistor ad una temperatura non superiore a 25 °C,
il che richiede, all' atto pratico, un sistema criogenico (frigorifero, celle di
Peltier,
ecc).
Inoltre troviamo anche l'indicazione di un parametro poco noto, ma
fondamentale, il "Derating" oltre i 25°C.
Con pochi calcoli si potrà verificare che, in un impiego reale, sarà difficile poter usare quel componente con sicurezza in applicazioni
reali per
potenze superiori a poco più della metà di quella nominale.
Ancor più fuorviante può essere una lettura superficiale di fogli dati più complessi di
quelli di un semplice transistor, come possono essere regolatori di tensione o amplificatori. Se a questo aggiungiamo
le informazioni insensate o errate che
abbondano su vari siti e, ahimè, pubblicazioni di hobbistica, non ne possiamo
che trarre conclusioni erronee, che sfociano in progetti e realizzazioni che
non corrispondono a quanto ci si era aspettato. In particolare, si
omette spesso una seria considerazione sul calore prodotto dai componenti in
cui circola corrente e che è una delle principali cause della riduzione dell'
aspettativa di vita di un componente o di un prodotto.
Il problema non è secondario neppure nei campo dei microcontroller, che
sono circuiti integrati di grande complessità, solitamente offerti in piccoli
pagkages plastici DIP, se non microscopici SO per montaggio superficiale.
Qua, certamente, le uscite potranno gestire correnti di 25 mA ciascuna, ma va ricordato
che queste correnti passano attraverso i pin del package
e il chip di silicio, con il rischio di surriscaldare il componente, che non
è fatto per trattare potenza, mentre gli impulsi, tipici delle commutazioni
digitali, finiscono con l' influenzare negativamente le funzioni di controllo
e disturbare l' esecuzione del programma.
La non chiarezza nelle basi teoriche è incrementata dalla vasta
offerta di prodotti, a volte low cost, ma purtroppo non solo, in cui il
fattore termico è (più o meno volontariamente) trascurato. Così, si trovano
kit o assemblati di alimentatori variabili da 1.5 a 35V con 1.5A con l'
integrato che ha questi dati come massimi assoluti, montato poi su dissipatori
ridicolmente piccoli. E il web è ricco di "LM317 calculator", ma
praticamente nessuno tratta della potenza persa in calore e pochissimi progetti considerano
questo aspetto.
Certamente, integrati come quello citato e numerosi altri dispongono di sistemi di protezione contro
sovra temperatura e sovra potenza, ma non è una buona idea sostituire queste
funzioni alla progettazione di
un circuito realmente affidabile.
Alla base del problema, probabilmente, non c'è una chiara idea di cosa sia questo "calore"
e quindi non si ha alcun concetto preciso del "raffreddare". Così,
ad esempio, come conseguenza si dà fanatica importanza a colossali e
bizzarri dissipatori per le CPU dei personal computer, chiudendo poi il
sistema in uno chassis in cui lo scambio d' aria con l' esterno è
praticamente nullo a causa dell' abolizione delle ventole e magari alla
copertura interna con materiale fono assorbente, imposto nel tentativo di
ridurre il rumore.
Proviamo allora a raccogliere alcune idee, sperando di essere di aiuto.
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