Alimentatore Da Laboratorio Con Lm317 - Incrementare la corrente

[del_user_98919]

Buongiorno a tutti,

Vorrei incrementare la corrente di uscita di un alimentatore da laboratorio basato su LM317, semplicemente aggiungendogli uno o più transistor "booster" tipo 2N3055. Non riesco a capire come collegare tali transistor. Basandosi sul classico schema dell'LM317 (che si trova sul datasheet), qualcuno può consigliarmi un modo sicuro e affidabile per collegare questi transistor e aumentare a piacere (trafo e dissipatore permettendo ) la corrente in uscita? Sarei immensamente grato se qualcuno mi fornisse qualche schema come esempio,più che altro per capire il circuito.

Mille grazie in anticipo

[GiRock]

Ciao,

guarda questo schema 10A con LM317, in basso riporta che si possono montare i 2N3055 esternamente con adeguato dissipatore...

P.S. Se digiti "schema alimentatore con LM317 e 2n3055" su qualsiasi motore di ricerca, otterrai tantissimi esempi...

[del_user_98919]

Grazie, quel link lo avevo visto pure io. Mi ha insospettito il fatto che li si usassero 3 "2N3055" per tirare fuori 10A. Se uno soltanto di loro arriva a 15A perchè ne ha usato 3? Non ne basterebbe uo solo per arrivare a 15A?

[mariano59]

Ciao, devi tener presente una cosa di non poco conto, il valore dei 15A (Ic max) di questo componente come degli altri, è considerata in fase di test e mantenendo una temperatura della giunzione a circa 50°c, usando dei refrigeratori a liquido. Con un normale dissipatore, per buono che sia, non riusciresti a raggiungere quelle prestazioni.

Ti porto un esempio pratico su di una elettronica industriale.

Un controllo per motori in corrente continua, viene fornito con la stessa parte di potenza per le seguenti correnti: 80A, 115A, 140A. Come potrai notare, tra il valore minimo e il massimo c'è una differenza enorme, come si è ottenuta usando la stessa elettronica???

Semplice, il modello da 80A è a raffreddamento naturale, un dissipatore lamellare in aria libera, quello da 115A monta due ventole da 100mm di diametro che forzano aria nel dissipatore e infine, montando un ventilatore molto più grande si ottengono 140A dal circuito di potenza.

Questo perchè il problema base dei semiconduttori, è la bassa temperatura di rottura delle giunzioni.

Ciao

[del_user_98919]

Interessante...

Quindi possiamo dire che per ogni "booster" aggiunto la corrente disponibile totale dovrebbe salire di circa 3A?

[mariano59]

Diciamo che se hai un psu nato per lm317, i 2n3055 faranno i ghiaccioli ,

Diciamo che, ammesso di avere un trafo ideale con corrente infinita, se monti i transistor su appositi dissipatori raffreddati ad aria convogliata e li porti in casa con 25°c ambiente, potrai tirare anche 20A, se vai fuori casa a 0°C, magari arrivi anche 25A.

Mi pare che 3 2n3055 sia anche il massimo consigliato data la corrente che può erogare il LM317 per dare la necessaria corrente di base (Ib), ed ottenere la massima conduzione del transistor.

Anni '90, erano di moda i mega impianti nei mezzi di trasporto, tutti... per un camion ho realizzato un riduttore lineare 24v/12V con lm 317 + 1 2n3055 che pilotava altri 9 x 2n3055, tutto su un dissipatore 300x400mm ad aria convogliata, una stufetta!!!!

Quanta potenza buttata in calore, ma gli switching erano agli albori e per quelle applicazioni ancora non c'era nulla, e pensare che sarebbe bastato progettare i mega finali audio con alimentazione già a 24V, tanto andavano survoltati lo stesso a 50 o più volt duali, ma con metà corrente richiesta, quindi metà mosfet, metà trafo e calore.

Se vuoi realizzare un bel psu, abbi cura di dimensionare tutto per le correnti in gioco, sezione dei fili, dissipazione termica, protezioni varie.

Ciao

[tesla88]

Beh giustamente come detto da Mariano in parte è perchè i 15A del 3055 sono teorici ma a mio avviso c'è un fattore molto importante da considerare che è la dissipazione in calore della potenza . Come è risaputo un alimentatore lineare specie se regolabile avrà un rendimento basso , la potenza dissipata dai finali è calcolabile come

P=(Vin-Vout)*I

L'alimentatore in schema può essere regolato da 1V a 30V e la corrente erogabile è di 10A , praticamente nella condizione peggiore avremo l'uscita a 1V e una corrente erogata di 10A (improbabile però possibile) . In questa condizione già in un mondo teorico avremmo una potenza da dissipare di (30V-1V)*10A=290W

Sarà dura che un solo 2N3055 riesca dissipare 290W , se non erro mi pare che abbia una dissipazione massima di 115W .

Se poi aggiungiamo che ingresso all'alimentatore non avremo 30V ma credo almeno 35-40 (altrimenti a 30V si siede) e quindi rifacendo i conti nell'ipotesi peggiore avremmo anche 350-400W da smaltire Altro che 3 2N3055 .....

Comunque dato che non credo nessuno assorbirà 10A a 1V , conviene fare i conti su ipotesi più reali , magari tenendo come riferimento 12V a 10A (ipotesi più probabile).....

Ciao!

[GiRock]

Ecco un bel progetto che prevede l'uso di un LM317:

[del_user_98919]

Quindi per lo stesso motivo, sarebbe impossibile usare che so, un LM338 facendolo lavorare a 30V 5A e nemmeno a 24V 5A perchè entrerebbe subito in protezione con dissipatore passivo per quanto grande possa essere, giusto? Anche in questo caso si dovrebbe ricorrere a transistor tipo 2N3055 per "scaricare" un po' di calore che l'LM338 da solo non riuscirebbe a soportare?

Bello schema, ma a che serve il trasformatore da 9V 5VA? Questo alimentatore prevede anche la regolazione della corrente?

Modificato: 8 gennaio 2011 da Zora

[mf2hd]

Mi permetto solo una nota, visto che recentemente mi sono capitati dei 3055 con tendenza a guastarsi se "tirati" sotto carico.

Molti di questi transistor che si trovano in giro sono dei rimarcati dell' est (BU qualcosa), con le stesse caratteristiche degli orginali, solo che gli ampere massimi sono attorno a 8 (quando va bene).

Cosa confermatami anche da un rivenditore ad una recente fiera dell' elettronica.

Quindi e' meglio metterne in parallelo qualcuno in piu', con la classica resistenza di basso valore da 5/10W sull' emettitore.

Oppure passare ad altro tipo di finale con contenitore diverso tipo TIP3055, BD245, ecc.

Inoltre questi sono molto piu' semplici da fissare utilizzandoli sui dissipatori per cpu, spesso recuperabili a costo zero e in piu' con possibilita' di installare una ventola.

[GiRock]

Rispondo a Zora:

si, l'alimentatore ha il controllo della corrente da 25mA a 10A...

La presenza del secondo trasformatore permette al regolatore di corrente di rimanere costante qualora ci siano delle variazioni sensibili nel circuito del secondario principale...

Per ulteriori informazioni guarda quì: ALIMENTATORE con LM317 e altro...

[del_user_98919]

A proposito di dissipatori, già che ci siamo! Stavo provando a calcolarmi la resistenza termica di un 2N3055 supponendo che debba dissipare 90W (3A 30V, come nel caso dell'alimentatore proposto nello schema). Dato che hanno una temperatura di giunzione di 200°C, il calcolo mi viene:

Resistenza termica dissipatore: 1.5°C/W. In altre parole andrebbe bene questo?

So che vi sto tempestando di domande, ma voglio assolutamente costruirmi il mio alimentatore da laboratorio!

[del_user_98919]

GiRock+8/01/2011, 19:25--> (GiRock @ 8/01/2011, 19:25)

Grazie per le info!

[tesla88]

NO! Intanto non conviene portare la giunzione a 200°C , inoltre non devi tener conto solo della resistenza termica del dissipatore ma prima di tutto hai una resistenza termica Rthj-case fra la giunzione e il corpo del transistor , poi c'è una resistenza termica fra corpo del transistor e dissipatore che si può ridurre mettendo pasta termoconduttiva e usando come isolatori elettrici non le solite miche ma il silpad , poi finalmente hai la resistenza del dissipatore ma dovrà essere molto più bassa di 1.5 e se vuoi aiutarti puoi mettere una ventola per migliorare lo smaltimento del calore.

se devi comprare i 2n3055 io ho sempre cercato di trovarli SGS o Motorola .... mai avuti problemi ...

Comunque il 3055 è un transistor molto utilizzato ma anche molto vecchio e sicuramente c'è di meglio , un esempio MJ15015

http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/...ola/MJ15016.pdf

[del_user_98919]

Lo sapevo! Il dissipatore è un bel problema, anche perchè costa un sacco .

Per il calcolo del dissipatore la formula dovrebbe essere questa:

Rthda = (Tjmax - Tamax) / Pdmax - Rthjc - Rthcd

Sostituendo i valori, supponendo una temperatura ambiente di 30°C e una temperatura di giunzione di 100 quindi dimezzata su consiglio di Tesla:

Rthda = (100-30) / 30 - 1.5 - 0.5 = 0.3333!!!!

Incredibile devo mettere non più di 30W di Pdmax (potenza max dissipata), altrimenti ottengo valori negativi. Com'è possibile? Significa per usare questi transistor occorrono per forza sistemi di dissipazione attiva mostruosi? Oppure sbaglio qualcosa nella formula? Un dissipatore come quello costa 100€!

Modificato: 8 gennaio 2011 da Zora

[mf2hd]

In attesa che qualcuno piu' esperto di me ti spieghi meglio la faccenda...

Ho fatto un po' di calcoli (spero giusti) derivanti dal mio quaderno di appunti:

Il parametro che fa da limite e' la temperatura di giunzione massima (Tjmax) che puo' sostenere il transistor.

Trattandosi di un valore limite, ovviamente da non raggiungere, si deve tenere come dato di calcolo un valore molto inferiore, ad esempio la meta'.

Dal datasheet del 2N3055 (ho preso quello della ST, il primo che mi e' uscito con google):

Tj max = 200 °C

La temp. di giunzione (Tj) da usare come limite diventa:

Tj = Tjmax / 2 = 100 °C

Altro valore da tenere in considerazione e' in base a come il transistor viene fissato meccanicamente al dissipatore.

Di tabelle ne esistono parecchie e non sempre molto concordanti fra loro.

Per i calcoli ho usato quella che si trova in questa pagina:

http://sound.westhost.com/heatsinks.htm

vedi la seconda tabella al capitolo "7 - Case to Heatsink Thermal Resistance".

Per un contenitore TO3 fissato direttamente (senza isolatore), con una spalmata di grasso di silicone (aumenta la superfice di scambio riempiendo i "vuoti" fra i metalli) vale tra 0.3 e 0.5 : prendiamo a meta' , 0.4 °C/W.

Dal datasheet del 2N3055 la resistenza termica del contenitore (case) e' :

Rthj max = 1.5 °C/W

Con una temperatura ambiente di 25°C e una potenza da dissipare di 30W il dissipatore dovra' avere un valore caratteristico di :

((Tj - Ta) / W) - (Rthjmax - parametro legato al fissaggio meccanico)

(( 100 - 25) /30 ) - (1.5 - 0.4) = 1.4 °C/W

In pratica con questo valore di dissipatore il transistor a 25°C e con 30W da smaltire avra' la temperatura di giunzione a 100°C.

La temperatura che raggiunge il contenitore (del transistor) e' invece :

30W * (0.4 °C/W + 1.4°C/W) + 25°C = 79°C

Il dissipatore invece arrivera' a :

30W + (25°C * 1.4°C/W) = 65°C

All' aumentare della temperatura ambiente (in cui si trova il sistema transistor/dissipatore) i valori ovviamente saranno maggiori.

Es. con Tambiente di 40°C :

la temperatura di giunzione, che e' quella che piu' interessa pena la distruzione del BJT sara' di :

Tj= 30W * (1.5°CW + 0.4°C/W + 1.4°C/W) + 40°C = 139 °C

Ben superiore a quella che si era fissata come limite di sicurezza (100°C) ma ancora molto inferiore a quella max che puo' sopportare transistor (200°C).

Non e' comunque una condizione di lavoro da tenere come continuativa.

Meglio pensare al togliere un (bel) po' di calore con una ventilazione forzata.

Ci sarabbero altri fattori di correzione da considerare (es. per l' altitudine), ma per l' uso "normale" possono essere evitati.

[tesla88]

Credo che i tuoi calcoli siano corretti .

L'unica cosa che mi pare strana è :

Rthj dovrebbe essere la massima temperatura di giunzione

Se però il parametro caratteristico è in pratica la resistenza termica "case transistor" e "superficie dissipatore" non credo vada sottratta ma sommata ovvero :

(( 100 - 25) /30 ) - (1.5 + 0.4) = 0.6°C/W

Ovvero più questo valore legato al fissaggio è basso migliore sarà il risultato! Mentre nel tuo calcolo avviene il contrario.....

[mf2hd]

Hai pienamente ragione.

Nel mettere le parentesi mi e' scappata la sottrazione invece della somma e mi sono trascinato l' errore anche nei calcoli successivi.

A dire il vero mi sembrava un po' alte le temperture ottenute a 25°C con soli 30W da smaltire.

I valori diventano percio':

Caratteristica del dissipatore:

((Tj - Ta) / W) - (Rthjmax + parametro legato al fissaggio meccanico)

(( 100 - 25) /30 ) - (1.5 + 0.4) = 0.6 °C/W

Temperatura che raggiunge il TO3 :

30W * (0.4 °C/W + 0.6°C/W) + 25°C = 55°C

Temperatura dissipatore :

30W + (25°C * 0.6°C/W) = 45°C

Con Tambiente di 40°C la temperatura di giunzione arriva a :

Tj= 30W * (1.5°CW + 0.4°C/W + 0.6°C/W) + 40°C = 115 °C

Gia' piu' distante, rispetto alla max del costruttore, degli errati 140°C trovati nell' altro post.

[GiRock]

Interessante, ma guardate questo foglio di Excel che calcola il tutto in maniera molto più precisa: CALCOLO DISSIPATORI...

[mariano59]

Poi, da tutti i calcoli che avrai fatto e scelto il dissipatore, fai in modo di piazzarci una bella ventola, anche di quelle recuperate dal PSU defunto di un PC, la monti in modo che il flusso scorra attraverso le alette, la colleghi ad un termico oppure ad un bel circuitino di regolazione automatica della velocità in funzione della temperatura.

Così il Tuo dissipatore sarà in pratica molto più grande.

Le ovvietà... i dissipatori in aria libera (non a ventilazione forzata), devono essere posizionati per favorire lo scorrimento del flusso d'aria, considerando che il calore tende ad andare verso l'alto, non fermare il flusso in entrata (sotto) e in uscita (sopra). Se il dissipatore viene racchiuso in un contenitore, la temperatura ambiente aumenta, falsando i calcoli.

Uno dei miei migliori dissipatori economici e DIY era composto da un pezzo di grondaia in rame a sezione quadra lunga 250mm, sulla cui parte centrale stavano imbullonati 7 transistor TO3 da 150W, le pareti laterali piegate verso l'interno a formare un trapezio con base maggiore 120mm (per i transistor) e la base minore (spazio aria tra le pareti piegate) 60mm, poi le pareti laterali sono state tagliate a striscie larghe 25mm in altezza fino alla base e sfalsandole, sono state ulteriormente piegate, in modo da avere, in pratica, due diversi angoli di piega rispetto al piano centrale, non contento, ho effettuato una torsione di 45° delle singole striscie risultanti. Per finire, una ventola diametro 120mm che raffreddava il tutto. Per decidere dove piazzare la ventola, avevo fatto più prove, ma nessuna posizione risultava la migliore, quindi avevo optato per un transito dell'aria entrando da un lato del dissipatore che era posizionato in un rack 19" H6U con le feritoie di presa aria sul frontale e l'uscita sul posteriore.

La cosa è più difficile da spiegare che da realizzare, il pezzo di grondaia in rame me lo avevano regalato, come scarto. Per fortuna la base non era rovinata, in quanto per i TO3 è fondamentale la planarità del supporto. Un paio di cesoie e un trapanino a pile, poi un po' di manualità. Per chi fa DIY, il tempo non ha valore, è studio, esperienza e conoscenza.

Ciao!

[GiRock]

Eccoti un regolatore di velocità automatica per ventole PC sempre con LM317 ed una NTC + qualche altro componente...

...

P.S. mariano59, ma quante ne sai???

Va bene la lampada da 55W, ma per lavorare il rame bisogna essere anche capaci...

[del_user_98919]

Grazie delle info! Comunque visti i costi,credo che opterò per un alimentatore switching da 3A. A breve aprirò un nuovo post per qualche chiarimento.

[mariano59]

Sempre troppo poco per la mia innata curiosità... comunque avendo iniziato a lavorare nell'elettronica a 17 anni, ed avendone adesso 51, qualcosa ho imparato, ma soprattutto ho provato, fatto, sbagliato, rifatto, sperimentato e divertito tantissimo!!!!!!!!!!!!!!!!

Il rame è bellissimo, duttile, facile da maneggiare e lavorare, se usato come conduttore di calore o energia elettrica, richiede solo di essere pulito bene prima della posa in opera, salvo creazione di ossidi e solfati vari. Una protezione valida è la stagnatura a bagno, ma già occorre un crogiolo adeguato.

Credimi, per fare il dissipatore che ho esposto nel post sopra, basta un trapanino a batterie e due assicelle di legno con due morsetti da falegname o in alternativa un paio di viti e dadi, per tenere unite le assicelle che servono da guida per piegare il rame. Le alette ritorte incrementano la singola dissipazione, ma se non si hanno le cesoie o un altro metodo per tagliare il rame, il tutto funziona lo stesso.

L'incremento effettivo di dissipazione lo porta la ventola, in realtà.

Vuoi vedere una mia applicazione di un dissipatore in rame DIY? Non è proprio elettronica, ma porta 200 lt d'acqua a 65°c in un'ora.... la STUFA!!!

[GiRock]

Certo che non ti fai proprio mancare niente, ora pure la stufa...