Come scegliere l’alimentatore giusto?

Il fatto è che i dati raccolti in laboratorio differiscono dai dati raccolti in seguito all’utilizzo effettivo. Come succede questo? In fin dei conti dovrebbe essere chiaro a tutti che un’auto collaudata senza peso all’interno su una pista di collaudo definita consuma meno rispetto a quando è completamente carica con una famiglia di quattro persone sul versante della montagna più vicina.

Per prendere una decisione definitiva, mentre scegli l’auto adatta tieni in considerazione diverse circostanze. Perché? Per esempio, la Porsche 911 è un’auto favolosa, ma non la useresti per una spedizione attraverso il Sudafrica, per la quale una Jeep a 4 ruote sarebbe l’opzione migliore.

Selezionare l’alimentatore appropriato è ancora più complicato, non solo per mere questioni di budget. Come facciamo a scegliere i componenti giusti per erogare energia elettrica?

Analizzare i requisiti

Il primo passaggio consiste nel definire per che cosa è richiesto l’alimentatore.

L’obiettivo chiave è portare la tensione d’ingresso per l’applicazione a un nuovo potenziale.

• Il potenziale deve essere diviso o no?
• Quanto dovrebbero essere affidabili l’intero circuito e l’applicazione?
• Qual è il prodotto finale?
• Per quale progetto ho spazio? Gli altri componenti sulla scheda influiscono?
• In quali condizioni ambientali verrà utilizzata l’applicazione?
• Quali sono le gamme di tensione di entrata e uscita? Cosa è richiesto a quale corrente di uscita?
• Quali regolamenti (industriale, ferroviario o medico) devono essere seguiti?

Probabilmente tutti apprezzeremmo un convertitore che soddisfi da solo tutti i requisiti necessari, una soluzione pronta all’uso, ma di solito dobbiamo impegnarci di più, perché abbiamo bisogno di più di un convertitore per soddisfare i requisiti o di cablaggio aggiuntivo per raggiungere i valori che richiediamo.

Quindi, cosa dobbiamo stabilire per trovare una soluzione?
In primo luogo, bisogna determinare quali valori di misurazione sono necessari. Una semplice misurazione ci consente di effettuare facilmente una valutazione approssimativa: tensione e corrente di ingresso e uscita sul convertitore, sul carico e possibili cambiamenti di rendimento.

1. Come posso misurare correttamente ed evitare errori?

Ogni misurazione modifica lo stato effettivo del circuito e ogni impatto deve essere mantenuto il più minimale possibile.

Ciò significa che è consigliabile eseguire una misurazione a 4 fili anche per una "misurazione semplice". Misurare la corrente e la tensione con puntali indipendenti significa che la resistenza intrinseca dei puntali avrà un impatto minore sui valori. Non dimenticare l’utilizzo finale.

Per esempio, in un teatro dell’opera, ci possono essere cavi da 30 m tra l’alimentatore e il carico effettivo. Se il carico richiesto è di 24 V, la sorgente necessita di una tensione di uscita più elevata per compensare la perdita di tensione nel filo.

Ciò significa che sia il carico che la sorgente devono essere misurati. Di seguito trovi un esempio di una classica misurazione della tensione a 4 fili alla sorgente.

Fig.1: misurazione della tensione a 4 fili alla sorgente e al carico

2. Come gestisco l’ondulazione e il rumore?

Indipendentemente dall’applicazione, l’ondulazione e il rumore di un convertitore CC/CC potrebbero risiedere nella sua area effettiva di funzionamento, ad esempio in un ponte di misura; quindi, di conseguenza, questo deve essere considerato e valutato separatamente.

Parliamo di ondulazione in un circuito CA/CC CC/CC in cui disturbi irregolari sono causati da circuiti interni, mentre il rumore indica i picchi che ritornano periodicamente, prodotti dall’impulso del trasformatore alla frequenza di commutazione.

Per determinare i valori effettivi, la testa della sonda deve essere in contatto diretto con:

1. i perni;
2. l’anello di terra;
3. il puntale di misurazione (vedi Fig. 2)

Per poter confrontare i risultati con i dati dei produttori, la larghezza di banda sull’oscilloscopio è limitata a 20 MHz, un valore comune per il lavoro di laboratorio.

Fig. 2: Applicazione corretta dei puntali di misurazione a un convertitore CC/CC con perni

Generalmente, rumore e ondulazione possono essere ridotti semplicemente con due condensatori a commutazione parallela: per esempio, un condensatore a film metallico da 100nF e un condensatore elettrolitico da 10μF. Tenendo sempre presente che i valori mostrati nelle schede dati ti possono essere influenzati da altri fattori durante l’utilizzo finale.

Il portafoglio di prodotti del produttore svizzero Traco Power comprende oltre 25 famiglie di gamme di convertitori CC/CC da 3 Watt, come la serie TVN con ondulazione e rumore ultra-basso o la serie THM, certificata per applicazioni mediche, varianti open-frame o la serie TMR-WIR approvata per applicazioni ferroviarie con tensione di isolamento da 3000 V CC: una miriade di possibilità.

3. Cosa succede in caso di picchi di corrente?

Le informazioni sono importanti per garantire che i componenti a monte abbiano le dimensioni corrette.

1. La corrente dipende essenzialmente dalla velocità di commutazione, quindi gli interruttori a mercurio dovrebbero essere idealmente utilizzati in laboratorio;
2. la sorgente dovrebbe avere la resistenza interna più bassa possibile;
3. la corrente viene misurata con un puntale smagnetizzato.

Anche la temperatura ambiente ha un grande impatto sui picchi di corrente. Per esempio, l’uso di condensatori elettrolitici dipende fortemente dalla temperatura.

Fig. 3: Picchi di tensione di un convertitore CC/CC in uno stato non attivo (freddo = temperatura ambiente di 25°C)

Il diagramma mostra un esempio di picco di tensione in una lampada a LED (linea gialla). L’immagine mostra anche il modello di tensione nella lampada, in viola. Il punto in cui è stato acceso il dispositivo è contrassegnato (T, in arancione): esso raggiunge il suo valore massimo intorno a 10 A e torna nuovamente a 300 mA entro 10 m/s.

Se si riscontrano problemi con picchi di tensione che interessano un circuito, è possibile utilizzare un termistore (NTC).

4. Di cosa ho bisogno per essere informato riguardo alla compatibilità elettromagnetica? (CEM)

È importante per l’applicazione generale. Utilizzare un convertitore CC/CC con un filtro interno non significa automaticamente attenersi ai valori specificati per l’applicazione. Come sai, la compatibilità CEM può essere spesso influenzata da diversi componenti.

In molti casi, la tensione di uscita deve essere collegata con una messa a terra protettiva per motivi di sicurezza, il che può avere un impatto significativo sulla CEM. Tuttavia, il produttore dell’alimentatore può fornire consigli su come aderire ai valori CEM.

La maggior parte dei produttori di alimentatori fornisce aiuto sotto forma di suggerimenti per filtri adeguati sui propri siti web. Per esempio, su Traco Power questi possono essere scaricati direttamente dalla relativa pagina del dispositivo.

Prima di qualsiasi valutazione e selezione, è importante definire chiaramente le tue esigenze, e c’è una grande differenza tra decidere su di cosa hai realmente bisogno e su cosa vorresti.

Tornando ai produttori di automobili a cui abbiamo fatto riferimento, è importante pensare a come le misurazioni possono essere prese correttamente e a come ogni misurazione influisca sul valore raccolto. Le condizioni di prova e di laboratorio vengono definite quando viene costruito un circuito, ma quali sono le condizioni in cui il circuito verrà effettivamente utilizzato?

Il rispetto dei requisiti CEM dipende in gran parte dal campo di applicazione e dalle sue condizioni preliminari, proprio come con l’ondulazione, il rumore e i picchi di corrente.

È noto che vi sono molti produttori là fuori, quindi la qualità, così come il prezzo di un prodotto specifico, può variare notevolmente.

Se sei interessato ad altri prodotti Traco Power o hai bisogno di maggiori informazioni, contattaci all’indirizzo sales@soselectronic.com

Fonte: Florian Haas, Traco Electronic AG,