Regolatore PWM
Realizziamo un semplicissimo circuito di un alimentatore PWM (Pulse
Width Modulation).
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l circuito, visibile in
Fig 1 è molto semplice ed è basato sul notissimo (e
anche attempato) integrato NE555.
Con pochi componenti facilmente reperibili e pochissimo lavoro
possiamo realizzare un circuitino adatto a regolare la velocità di un
motore in corrente continua o variare la luminosità
di una o più lampade.
Data l'estrema semplicità del progetto, lo possiamo montare su una
basetta 'mille buchi' senza essere obbligati a eseguire un circuito
stampato. |
Questa tecnica usata per regolare la potenza di un
carico (lampade o motori c.c.) è denominata PWM (Pulse Width
Modulation) ovvero, tradotto letteralmente, modulazione della
larghezza di impulso.
Normalmente, per regolare la velocità di un motore o la luminosità
di una lampada, noi variamo la tensione di alimentazione dei
medesimi.
Vi sono vari sistemi per effettuare questa variazione:
- Usare un trasformatore con più prese
intermedie, ovvero più uscite con tensione differente.
- Usare una resistenza posta in serie al carico.
- Usare un alimentatore con tensione variabile
con regolazione serie.
- Usare un alimentatore PWM.
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Analizziamo i vari sistemi
sopra elencati: |
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Punto 1: |
non è facilmente realizzabile a meno che non conosciate
qualcuno che avvolga i trasformatori e vi faccia questo lavoro a
prezzo di favore. La regolazione così ottenuta non è lineare
ma è ovviamente a gradini, il che non ci preoccupa se riusciamo a
ottenere la velocità o la luminosità desiderati. |
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Punto 2: |
funziona bene ma la resistenza in serie deve essere adeguata alla
potenza in gioco e produce molto calore. Maggiore è la differenza
tra la tensione in entrata e la tensione di alimentazione del
carico, maggiore è la potenza che la resistenza deve dissipare in
calore. |
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Punto 3: |
Valgono le considerazioni del punto 2. In questo caso il calore lo
dissipa il transistor d'uscita o il regolatore di tensione
dell'alimentatore usato. |
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Punto 4: |
La perdita di potenza e conseguente produzione di
calore è molto limitata e dipende solamente dalla resistenza che
presenta il transistor di uscita quando è in conduzione che,
generalmente , risulta essere molto bassa. |
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Breve
spiegazione teorica sul funzionamento:
Concettualmente la tecnica è molto semplice:
consiste nell'inviare
la tensione di alimentazione al carico per un certo periodo di tempo,
intervallato da un altro periodo in cui la tensione è nulla.
Il seguente grafico mostra l'andamento temporale della tensione: |
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| Dove: |
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| Va: |
E' la
tensione di alimentazione. |
| T1: |
E' il
tempo in cui la tensione è applicata al carico. |
| T2: |
E' il
tempo in cui la tensione è nulla. |
| T: |
E' il
tempo totale della durata dell'impulso. |
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La tensione impulsiva sul carico
viene mediata dal carico stesso che, a tutti gli effetti, è come se
fosse alimentato da una tensione efficace V pari a: |
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La precedente relazione mostra che è possibile
variare la velocità del motore o la luminosità di una lampada agendo sul duty-cycle del segnale di
comando D. |
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Componenti usati: |
I Componenti usati sono facilmente
reperibili.
Una particolare attenzione meritano il diodo Schottky e il MosFet di
potenza .
Il compito del primo è quello di annullare le extratensioni che si
possono generare nelle bobine del motore e che possono danneggiare
il MosFet. Si può anche sostituire con un diodo tipo 1N4007, ma non
è la stessa cosa.
Dal MosFet usato dipende il massimo carico applicabile.
Maggiore è la massima corrente che può sopportare,
maggiore è il carico che possiamo applicare.
Utilizzando un MosFet
tipo IRF530 la massima corrente applicabile è 15 Ampere.
Usando invece un MosFet tipo BUZ11 possiamo arrivare a oltre 30
Ampere. |
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Potenza controllabile: |
La massima potenza controllabile dal regolatore dipende
dalla massima corrente commutabile dal MosFet.
Il circuito controlla bene anche potenze elevate purché il
transistor sia ben dissipato.
Infatti la potenza dissipata in calore è uguale al quadrato della
corrente moltiplicato il valore della resistenza di chiusura del
transistor.
Nel caso di una corrente di 15 Ampere la potenza è di:
15*15*0.04 = 9 Watt che devono essere dissipati. |
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Conclusioni: |
Il montaggio non comporta nessuna
difficoltà visto l'esiguo numero di componenti usati.
Se montato senza errori il circuito deve funzionare subito senza
problemi di sorta. |
