Alimentatore LM2576

[Jobbe810]

Innanzi tutto buongiorno, è la prima volta che scrivo in questo forum perciò un caloroso ciao a tutti.

Ho la necessità di realizzare un alimentatore da 220V 50Hz a 12V 0.8A. inizialmente volevo utilizzare un classico lineare utilizzando LM7812.

Ho verificato il dimensionamento dell'alimentatore (15V + 15V 16VA alimentatore a presa centrale con raddrizzatore ad onda intera)

Riporto il dimensionamento dell'alimentatore.

Vprim = (Veff - 10%Veff) * 1.41 = 19.035V

Vuscita raddrizzatore  = 19.035 - 0.7 = 18.335V

Vingresso regolatore = 18.335 - (0.8 / (4* 50 * (1500/1000000))) = 15.668V  (filtro di livellamanto 1500uF)

Vuscita regolatore = 15.668 - 3 =12.668V

 

Considerando che per un trasformatore a presa centale il K=1.2

Pa = Veff * Ieff                  Ieff = Io * 1.2 

Pa = 15 * 1.2 * 0.8 = 14.4VA  (La potenza richiesta è inferiore a quella di targa del trasformatore)

 

Il trasformatore che ho scelto in ogni caso è troppo grande per lo spazio a mia disposizione, tanto per intenderci l'alimentatore scelto è: http://www.tme.eu/it/details/tez16_d_15-15v/trasformatori-per-circuiti-stampati/breve-tufvassons/tez16d23015-15v/.

 

Perciò sono orientato ad una soluzione switching, l'integrato che voglio utilizzare è LM2576-12, che si riesce a far funzionare con una manciata di componenti.

il mio problema è che non riesco a capire come debba essere dimensionato l'alimentatore. Ho letto che gli switching usano alimentatori più piccoli dei lineari.

Secondo voi LM2576-12 per il mio utilizzo va bene?

Il mio obiettivo è di realizzare uno switching con il numero minore di componenti e con un trasformatore più piccolo.

Grazie in anticipo per le risposte.

[Livio Orsini]

12V 0.8 A sul carico sono, considerando un carico puramente resistivo, 9.6 W.

 

Il traformatore dovrà essere in grado di fornire 9.6W più il consumo dell'alimentatore.

Un buon alimentatore SMPS rende almeno lo 80%, quindi il traformatore dovrà erogare <12W.

Un lineare non rende più del 50% quindi iltrasformatore dovrà erogare almeno 20W.

Vantaggi sicuri, ma anche svantaggi. Lo SMPS offre una mino reiezione ai distrubi che entrano dalal rete e ne genera di propri ad alta frequenza, quindi è più delicato il filtraggio ed il layout ottimale è più difficoltoso.

[Blackice]

Considerando i costi del regolatore switching e dei componenti accessori(diodo rapido e induttanza),per quella corrente sarebbe sufficiente un semplice LM317(nel caso lavora a circa il 50/55% max di corrente erogabile,quindi occorre un dissipatore di modestissime dimensioni),non hai problemi con frequenze spurie generate,e un costo di circa 1/4 del solo regolatore rispetto all' LM2576.Il crcuito poi è semplicissimo:

                                                   

[patatino59]

Quote

Ho letto che gli switching usano alimentatori più piccoli dei lineari.

Tanto per chiarirti un dubbio :

Se hai un alimentatore Switching completo, noterai che è alimentato a 220 V ed ha il trasformatore DOPO il circuito di commutazione, quindi, lavorando a frequenze elevate, le sue dimensioni sono ridotte, elettrolitici compresi.

E' il caso degli alimentatori a spina per cellulari, o simili.

 

Nel tuo caso,l' ingombrante trasformatore a 50 Hetrz si troverebbe PRIMA del circuito regolatore Switching che già dispone, se ci fai caso, del suo induttore in ferrite, (siglato 330) e lo usa come se fosse un trasformatore, ma con frequenze elevate.

 

[Jobbe810]

Blackice, LM317 o LM7812 non risolve il mio problema, il mio non è un problema di costo ma di spazio, ed in particolare del trasformatore (ho già sbrogliato il lineare ma il tutto è un po grande). 

Sia che usi il 317 o il 7812 il trasformatore deve essere almeno di 16VA con dimensioni, 47x57x39 (più o meno i 16VA sono grandi tutti cosi) troppo elevate per dove devo inserirlo.

Adesso Il circuito che devo alimentare utilizza uno switching 12V 1A da 2.7 USD di dimensioni 68 x 38 x 28 mm, solo il trasformatore da 16VA è grande come lo switching.

 

Patatino666, ho seguito il tu suggerimento e ho analizzato i due alimentatori da 12V 1A che avevo a disposizione, (uno ha il filtro EMI in ingresso, l'altro invece no).

Sono alimentatori di questo tipo http://www.electronic.it/product/41683/Alimentatore-switching-12V-1.25A.html.

Allego le foto dei due alimentatori dei quali ho cercato di capire come erano strutturati. probabilmente ho tralasciato qualcosa, vi sarei grato se mi indicaste cosa ho tralasciato nella mia analisi.

 

Come diti tu vedo in ingresso la 220 che alimenta lo l'integrato dello step-down, quello che non riesco a capire come fa a funzionare visto che l'integrato (http://fa.itservice-bg.net/baza/dc_dc/data/SI-8105QL.pdf) vuole una tensione continua di ingresso compresa tra i 4.75 to 28 V. 

Da quello che vedo la tensione sull'integrato 8105 è questa:  

Tensione in uscita del raddrizzatore = Tensione di rete * 1.41 = (220 * 1.41) - 1.4= 308.8V

Tensione in ingresso all'integrato = 308.8 - (1/ (2*50*2*(10/1000000))) = 308.8 - 3.4 = 305.4V   (il condensatore di livellamento è 10uF 400V, anche se mi sembra un pò basso)

 

Ho caricato le immagini degli switching su post image, la dimensione massima era superiore a 0.1MB

Alimentatore senza filtro EMI -https://postimg.org/image/nl22iheyp/
Alimentatore con filtro EMI - https://postimg.org/image/4h8r2524h/

Se non riuscite a caricarle fatemi sapere.

Grazie

[patatino59]

Il circuito integrato di pilotaggio lavora sempre a bassa tensione, anche se il trasformatore switching è alimentato a 220 V diretti.

Di solito c'è una resistenza di start per il primo avvio, poi la tensione di alimentazione viene presa da un avvolgimento dello stesso trasformatore Switching.

Ci pensa il Mosfet di potenza a commutare i 300 volt continui. 

 

10 uF per filtrare l'ingresso sono sufficienti per la potenza richiesta.

Considera che un televisore da 26 pollici a tubo catodico aveva 100 uF in ingresso.

PS:

Quello indicato come raddrizzatore sul secondario in realtà è il fotoaccoppiatore della controreazione, il quale riporta sul circuito di pilotaggio primario il valore di tensione in uscita in modo da stabilizzarlo.

Il raddrizzatore di uscita è il grosso diodo D7 montato in verticale, visibile in basso, vicino al filtraggio di uscita.

 

 

[Blackice]

Se hai problemi di spazio(e non eccessivamente di costo),potresti valutare un SMPS integrato 100/240AC---->12VDC 0,9A le cui dimensioni sono inferiori all'attuale alimentatore,tipo questi:

                                                                        

[Livio Orsini]

Se intendi avvalerti di alimentatori SMPS diretti da rete, il consiglio che mi sento di darti è uno solo: usa prodotti di ottima qualità senza tenere il costo come parametro principale di scelta.

Inoltre il filtraggio EMI in ingresso è obbligatorio sia per rientrare nelle normative ma, soprattutto, per evitare di avere disturbi su altre apparecchiature.

 

Se l'alimentatore è di buona qualità, l'uscita sarà stabile e pulita; con alimentatori di poco costo ma di dubbia qualità, oltre ad avere un'affidabilità decisamente aleatoria, ti ritrovi disturbi sull'uscita e con un livello di tensione non molto stabile.

[Jobbe810]

Ciao.

Il consiglio di Blackice mi piace molto, ma purtroppo non sono riuscito a trovarne uno da 12V - 0.9A. Li avete mai usati questi alimentatori?

Ho provato su RS, Mouser, TME, e Farnell, ma quello della mia taglia non l'ho trovato. Su RS c'e 12V 420mA, ma è troppo basso.

Avete qualche altro contatto?

 

Livio, posso condividere quello che dici, ma non posso applicarlo in questo contesto, devo costruire un oggetto che costi il meno possibile e rientri in normativa EMC.

Già adesso sono in EMC ma purtroppo questi alimentatori poco costosi e perfetti per il mio utilizzo non rientrano in normativa 60664-1 (contemplata nella direttiva EN 60335-1, ove il mio apparecchio rientra).

La EN 60664-1 impone una distanza delle piste tra fase - neutro e massa devono di almeno 2.5mm per un inquinamento di tipo 2, le piste tra alta e bassa tensione devono distare 8mm. L'oggetto che fotografato rientra in normativa  EN50022, e in ogni caso queste distanze non sono rispettate.

Riguardo l'oggetto che vi ho postato, il filtraggio è ok perché ho fatto il circuito di filtraggio (filtro LC doppio) in ingresso perciò rientro già in:

EN 55014-1 prove di emissione:
-emissioni condotte 
-emissioni irradiate 
-armoniche (61000-3-2 )
-flicker (61000-3-3)

 

Per la certificazione e le considerazioni, effettivamente giuste che hai detto, le ho già valutate approfonditamente ma ho dovuto trovare un compromesso.

In ogni caso il mondo dello switching mi affascina, e a prescindere che compri l'alimentatore già fatto oppure no, vi chiedo il vostro aiuto per comprendere meglio come funzionano e poterne costruirne uno

Grazie per la collaborazione

 

[Blackice]

Quello in foto è un modello della RS(cod.671-6704) ma ne trovi di varie potenze e marchi(solitamente se mi capita uso i RECOM,marchio tedesco con ottimi prodotti,esempio cod.

777-3437).La RECOM fornisce anche un kit per montaggio su guida omega(cod.777-3269)per realizzare così un completo alimentatore switching 100/240----->5-24Vdc(anche se non è conveniente dal punto di vista economico,si trovano alimentatori già pronti ad un prezzo molto inferiore).

[Livio Orsini]

Quote

Livio, posso condividere quello che dici, ma non posso applicarlo in questo contesto, devo costruire un oggetto che costi il meno possibile e rientri in normativa EMC.

 

Scusa ma proprio non riesco a capire. Io in buona sostanza ti consiglio di usare un dispsoitivo di buona qualità e che rientri nella normtiva EMC. Tu rispondi che condividi ma non puoi applicarlo perchè deve rientrare nella normativa EMC e costare il meno possibile. Cosa devo dedurre che che per risparmiare sul costo rinunci alla buona qualità?

Ci sono molti oggettini cinesi, che sulla carta fanno quello che ti serve, costano <5€, poi alla prova dei fatti le prestazioni sono......da <5€

 

Quote

In ogni caso il mondo dello switching mi affascina, e a prescindere che compri l'alimentatore già fatto oppure no, vi chiedo il vostro aiuto per comprendere meglio come funzionano e poterne costruirne uno

 

 

Io ho prgettato SMPS per la prima volta circa 40 anni fa; tra l'altro le normative da rispettare in termini di emissioni e sicurezza, ed anche l'affidabilità, erano piuttosto severe perchè doveva equipaggiare TVC prodotti in decine di migliaia di esempalri all'anno. Quindi il costo ridotto al minimo possibile era basilare.

Tra gli alimentatori di allora e quelli attuali c'è un solo componente che rimane quasi immutato: il trsformatore.

E' il componente più delicato per le prestazioni del dispositivo e condiziona anche l'affidabilità.

 

Se vuoi sfruttare al massimo le prestazioni ottenibili da uno SMPS devi lavorare direttamente da rete e, se neccisiti di isolamento dalla rete, usare un trasformatore in HF. Il corretto dimensionamento, la buona progettazione di questo componente condizionano tutte le prestazioni dell'alimentatore.

Io ti suggerisco di leggerti le note tecniche di produttori di componenti specialiscici di SMPS, iniziando dal leader tecnico di questi componenti Linear Technology, poi TI e Maxim.

Poi tra i produttori di ferriti trovi molte note tecniche sul dimensionamento e calcolo dei trasformatori ed induttori per SMPS, letteratura che ti consigliko di studiare attentamente.

 

Fare un SMPS, diretto da rete, oggi è relativamente facile; fare un ottimo SMPS ancora oggi è abbastanza impegnativo.

[Jobbe810]

Buongiorno Livio.

Scusa, forse mi sono espresso male, il mio apparecchio utilizza uno switching cinese, e lo stesso apparecchio ha già fatto sotto stress test circa 750 ore di funzionamento (che corrisponde a più di 5 anni di utilizzo) senza ancora rompersi. Ho già effettuato una sessione di prova in un laboratorio certificato durante il quale ho passato con buon margine tutte le prove di emissione elettromagnetica.

Perciò il mio apparecchio con alimentatore cinese è conforme alle prove di compatibilità.

L'unico mio cruccio è che sono dubbioso sulle distanze tra le piste, che potrei risolvere mettendo della pasta protettiva sotto lo stampato.

Mettendo la pasta riduco il grado di inquinamento e di conseguenza la normativa mi chiede distanze minori tra le piste e perciò rientro in normativa.

 

Il mio apparecchio non si inserisce nella gamma alta dei suoi diretti concorrenti, ma si posiziona nella fascia degli entry level, e di conseguenza è accettabile che abbia prestazioni da entry level.

Pur essendo un apparecchio di entry level è comunque affidabile, perché rispetta tutte le normative EMC; dura più di 5 anni (ad oggi non si è ancora rotto perciò è plausibile che lavori molto di più di 5 anni), pur utilizzando un alimentatore da 2.7 USD. Perciò ho raggiunto i target di progetto, un alimentatore più prestante non è necessario per questo tipologia di prodotto.

Per altro l'informazione di Blackice la ritengo interessante e la sto prendendo in considerazione, perché per altro mi fa risparmiare sul tempo di assemblaggio. 

 

Le mie poche righe non vogliono avere un tono di polemica o essere l'inizio di una lunga discussione su qualità si, qualità no, la mia è solo un analisi di costo, per un oggetto che deve costare molto poco ed avere prestazioni da entry level.

 

E' indubbio che tu abbia più esperienza di me in questo campo, e perciò ti ringrazio per i suggerimenti che mi hai dato e su dove andare a reperire materiale informativo.

Controllerò i produttori che mi hai consigliato, ma colgo l'occasione per chiederti, ciò che non capisco di questi alimentatori; 

La tensione di rete viene raddrizzata e poi livellata, ma è ancora troppo alta per gestire l'integrato dello step-down. 

Purtroppo non mi è ben chiaro quello che diceva  Patatino666, puoi darmi maggiori informazioni?

Grazie.

[Livio Orsini]

1. Fermo restando che solo tu decidi delle tue apparecchiature, ti consiglio di non fidarti delle prove e verifiche, specie di affidabilità, effettuate su di un unico apparato. La scienza della previsione di affidabilità è abbastanza esatta e prevede analisi teoriche sulla circuitazione, sullo stress dei componenti e sulle procedure di controllo qualità di produzione. Oltre ad alcune verifiche pratiche di stress che non conistono nel solo uso continuiativo del prototipo. Tra l'altro lo stress maggiore i componenenti lo ricevono da spegnimenti ed accensioni freqeunti, piuttosto che da un uso prolungato continuativo. Ma qui entriamo in tutto un discorso molto specialistico che non rientra nelle mie conoscienze principali.
2. Un integrato per controllo SMPS direttamente da rete, in genere, è previsto per essere alimentato.....direttamente da rete. Magari tramite una riduzione di tensione ottenuta abbattendo il valore di rete tramite resistori in serie o aprtitori capacitivi. In genere i fogli tecnici relativi danno degli esempi di uso in cui suggeriscono la modalità di alimentazione. Spesso si sfruttano le perdite di conversione per alimentare il regolatore, drenando dalla rete solo l'alimentazione iniziale per la partenza del convertitore. Se cerco nei quaderni di appunti dovrei avere lo schema del primo integrato che ho usato con questa modalità, circa 40 anni fa.