Caricabatteria lineare

Caricabatteria_lineare

Il classico caricabatterie lineare o alimentatore stabilizzato, con i vantaggi della semplicità costruttiva, le emissioni EMI nulle e una tensione perfettamente stabilizzata in quanto regolata con continuità rispetto ai PWM che lavorano on off a modulazione di impulsi, come svantaggi un rendimento inferiore rispetto ad altre tipologie costruttive come il PWM, un’altro svantaggio è che la differenza di tensione da regolare per la corrente viene smaltita sul dispositivo di potenza con conseguenti problemi di riscaldamento, quindi l’uso è consigliato per piccole correnti o comunque per piccole potenze da regolare.

Vediamo come funziona, abbiamo un operazionale usato come comparatore tipo lm258 o simili che manda uscita alta se il riferimento al + è maggiore di quello al – , in questo caso il riferimento viene dato da un 78L05 che impone 5V al +, quando al – la tensione di batteria ridotta e trimmata a piacere scende sotto questa soglia, si avrà un’uscita alta sulla base del transistor che potrebbe essere un bc368 o 635 o un BD139 o un BD237 tutti fino a 1A circa, (l’operazionale eroga al massimo 20mA) questo transistor opera come buffer di corrente o inseguitore di tensione o anche conosciuto con il termine di adattatore di impedenza.

E’ evidente che per aumentare la corrente in uscita a parità di tensione di alimentazione, da qualche parte l’eccesso di tensione va smaltito o meglio viene a trovarsi sui capi del transistor che è in serie col carico e la potenza smaltita da questo dispositivo di potenza sarà W=VxI cioè la corrente per la tensione ai capi del transistor (Watt elettrici ma che diventano termici per effetto Joule come una stufa elettrica).

Questi Watt termici hanno un ovvio effetto cioè quello di innalzare la temperatura della giunzione del transistor secondo Q=mcΔT siccome massa e calore specifico del silicio sono fisse e non ci sono grosse possibilità di trasferimento di calore all’aria, Q sarà direttamente proporzionale al ΔT, Q è in Joule e i Watt sono Joule/secondo, avremo in pratica un trasferimento di calore ogni secondo da dover smaltire, se non lo facessimo la giunzione andrebbe oltre i 180°C portando ad una rapida distruzione del transistor (se non raffreddato con un adeguato dissipatore di calore). Supponiamo di alimentare con 18V non stabilizzati di una dinamo una batteria a 13,8V stabilizzati (in pratica un caricabatteria per piombo 12V) con una corrente di 1A, la differenza di tensione sul transistor sarà circa 4V per una corrente di 1A che ovviamente essendo in serie al carico da alimentare passerà anche sul transistor quindi 4Vx1A=4W termici che scaldano in pochi secondi il transistor fino a farlo arrostire, figuriamoci con 2A.

Il rendimento di questo alimentatore è la potenza uscente/potenza entrante cioè attorno ai 13,8×1/18×1 poichè la corrente al carico e in ingresso è la stessa, il rendimento è la tensione in uscita diviso quella in ingresso, attorno al 70% in questo caso, ma di solito è molto meno infatti ci sono regolatori lineari che operano fra 15V e 5V con rese del 30% dissipando tutto in calore, un PWM invece ha una resa teorica prossima al 100%, infatti non ci sono dissipazioni se non sul diodo schottky e sulla piccola resistenza del mos saturo in conduzione, in questo caso anche se avessimo utilizzato un mos non sarebbe cambiato nulla infatti la differenza di tensione per la corrente da qualche parte deve essere sempre smaltita, si potrebbe aggiungere una lampadina o una resistenza in serie al transistor per aiutarlo a smaltire tensione e quindi anche potenza.

Di solito si preferisce questo schema per la semplicità circuitale e per la nullità delle emissioni elettromagnetiche e ronzii dato la continuità di regolazione, l’ottima precisione e rapidità di stabilizzazione.

C’è da dire che per contro spesso bisogna ricorrere a grossi dissipatori di calore come già detto, per sapere che dissipatore di calore usare basta scegliere un dissipatore di calore con un coefficiente K/W adeguato, cioè se per esempio uso un dissipatore di calore da 2K/W basta moltiplicare i 4W per questo valore, ottenendo 8Kelvin di differenza di temperatura aggiuntiva a quella ambiente sul dissipatore a regime supponendo che ci sia anche lo scambio termico con l’aria già calcolato dentro ai K/W del dissipatore, siccome è una “differenza di temperatura” allora non c’è differenza fra Kelvin e gradi Centigradi.

Ecco uno schema di montaggio pratico, in questo caso al posto del diodo schottky si è preferito usare un comune 1n4007 per due motivi, per avere apposta una cadauta di tensione maggiore cioè 0,7V e quindi aiutare il transistor dissipare potenza e anche perchè la corrente di fuga in un diodo al silicio e minore di uno schottky.

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Un saluto e alla prossima.

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