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Alimentatore PS-305D 0-30V 0-5A

Alimentatore PS-305D 0-30V 0-5A: di cosa si tratta.

Si tratta di un alimentatore lineare molto economico (prodotto cinese di fascia bassa) che tuttavia ha delle caratteristiche interessanti. Per esempio ha la commutazione automatica dei secondari del trasformatore per ridurre la dissipazione termica, la limitazione di corrente impostabile e un basso ripple sull'uscita. Essendo costruito in economia ha diverse cose che possono essere modificate per migliorarlo. Intendiamoci, appena ricevuti questi alimentatori hanno funzionato al primo colpo, tuttavia per avere degli oggetti affidabili nel tempo e mettersi al riparo da rotture è opportuno fare alcune modifiche e controlli. Alla fine avrete un ottimo alimentatore che vi durerà nel tempo anche se lo utilizzerete al limite delle sue capacità.

Alimentatore PS-305D: Cosa modificare e perché.

Aprendolo (basta rimuovere le viti che fissano il coperchio superiore) ci siamo resi conto che c'erano vari problemi:

• Il ponte di diodi è fissato al fondo del contenitore sopra la vernice e il contatto termico è scadente.
  Alla corrente massima (5 Ampere), questo ponte di diodi dissipa in genere 1 W per ogni ampere per ogni diodo, quindi tenendo conto che in un ponte di Graetz ci sono sempre due diodi in serie dissipa circa 10 Watt.
  Non sono tanti, ma vanno dissipati al meglio.

• I dadi che fissano il trasformatore come tutti i fissaggi realizzati con dado e bullone sono privi di rondella grover e tendono ad allentarsi.
  Due erano addirittura svitati.

• Le saldature sui transistor finali (2n3055) sono realizzate male.

• La ventola posteriore produce un flusso di aria esiguo perché le feritoie da cui espelle l'aria sono troppo piccole.

• La ventola posteriore è rumorosa.

• Non vi è il filtro antidisturbo sull'alimentazione.

• Lo spazio all'interno (molto ridotto) limita le possibili modifiche che si possono fare.

Aldilà dei problemi, tutti i componenti sono dimensionati correttamente e non sono al limite.

Alimentatore PS-305D: Modifiche effettuate.

Nelle foto sopra l'alimentatore in origine.
Notate la grata sulla parte posteriore su cui è fissata la ventola che lascia passare circa il 30-40% dell'aria che la ventola produce.

Nelle foto sopra un particolare del ponte di diodi fissato alla meno peggio sul fondo del contenitore di ferro.
Nella foto al centro i due transistor di potenza 2n3055 fissati su un supporto di alluminio che funge da aletta di raffreddamento.
Come potete vedere all'interno non c'è spazio per mettere una aletta di raffreddamento seria.

Sopra la nostra interpretazione di una possibile soluzione migliorativa ai problemi sopra esposti.
Abbiamo messo della pasta termoconduttiva sotto il ponte di diodi e una aletta di raffreddamento sopra con altra pasta termoconduttiva, in modo da intrappolare il ponte in un Sandwich dissipativo.
Poi abbiamo allargato con una fresa la presa d'aria posteriore per aumentare il flusso d'aria, e fissato una aletta di raffreddamento supplementare al supporto dei transistor di potenza avendo sempre cura di porre nella zona di contatto un leggero strato di pasta termoconduttiva.
Detta aletta di raffreddamento presa da una scheda madre di un computer ha una superficie totale tale che raddoppia di fatto lo scambio termico.
La grata posteriore davanti alla ventola è stata messa per evitare danni alle mani in caso di contatto accidentale con la ventola in rotazione.

Il risultato finale è stato quello di aumentare la superficie radiante e raddoppiare il flusso di aria all'interno del mobile.
Il tutto per evitare surriscaldamenti e punti caldi.
Il beneficio si avverte negli usi prolungati con correnti elevate.

Rimangono da aggiungere un filtro antidisturbo sull'ingresso della rete elettrica e un sensore (NTC o PTC) per attivare la ventola tramite un apposito circuito (in definitiva un termostato) solo quando l'aletta di raffreddamento (o i case dei transistor di potenza) si scalda al fine di annullare il rumore ed aumentare la durata della ventola.
La ventola in oggetto è a 24V ed assorbe 0,2A

Alimentatore PS-305D: Regolatore di velocità termostatato per ventola di raffreddamento Versione 1.1

Nell'immagine sopra è visibile lo schema del regolatore di velocità della ventola.
E' uno schema che si adatta alla maggior parte delle ventole di piccola potenza, si tratta di un regolatore lineare molto preciso che si basa su un NTC utilizzato come sensore di temperatura.
Regolando il trimmer R1 è possibile settare la giusta temperatura di intervento.
Lo zener DZ1 e la soglia di conduzione della giunzione Base-Emettitore del transistor darlington TR1 determinano la tensione di intervento della ventola.
Il TR1 deve essere montato su una aletta di raffreddamento.
L1 e C1 costituiscono un filtro che elimina il rumore di commutazione prodotto dalla ventola evitando che si propaghi a tutto l'alimentatore.
Ovviamente L1 deve avere la massima induttanza possibile e C1 la minima resistenza serie possibile con una buona capacità.
Indicativamente C1 potrebbe essere 100-470uF e L1 10-50mH.
Ovviamente il nostro approccio pragmatico vuole che noi utilizzeremo quello che troviamo già disponibile nel nostro magazzino componenti.

L'unico problema riscontrato alla prova pratica di questo circuito è che all'atto dell'inserzione della ventola quando quindi la temperatura dei transistor finali si alza, la tensione di alimentazione sotto carico del circuito cala di qualche centinaio di millivolt, abbastanza da produrre una perturbazione nella tensione di soglia di commutazione.
Questo si ovvia in due modi: stabilizzare la tensione di alimentazione del circuito o stabilizzare la tensione di riferimento del partitore R1-NTC.
Senza questa modifica l'intervento della ventola sarà più lineare e meno sensibile all'azione della temperatura sull'NTC.

Il circuito è stato assemblato su un piccolo frammento di basetta millefori.

Il tutto è stato montato con della colla siliconica direttamente sulla ventola.

Il sensore opportunamente isolato è stato montato sull'aletta di raffreddamento con due fascette in teflon.
Il trimmer va tarato in modo che la ventola con l'aletta di raffreddamento fredda si muova appena.
Appena il tutto si scalda la ventola raggiunge il massimo.

Alimentatore PS-305D: Regolatore di velocità termostatato per ventola di raffreddamento Versione 2.0

Questo tipo di modifica è più radicale, prevede la sostituzione della ventola con una più potente a 12V.
La scelta della tensione è dovuta a ragioni di reperibilità della ventola stessa e comporta molti vantaggi.
In pratica la tensione di alimentazione della ventola viene ricavata dalla 24V con un piccolo regolatore switching, mentre il sensore di temperatura utilizza un NTC da 100K e un transistor darlington DBX53C.
Questi funge da elemento di isteresi per la regolazione della velocità della ventola.
Essendo sprovvisto di aletta di raffreddamento quando inizia ad andare in conduzione si scalda, la sua tensione VBE diminuisce e in questo modo commuta sulla conduzione saltando le fasi intermedie.
In pratica la ventola parte a pieno regime.
I due piccoli circuiti durante la prova sono stati fissati con dello stucco per infissi.
Nella versione definitiva verranno incollati alla parete posteriore del mobile.

Alimentatore PS-305D: Filtro antidisturbo a doppia cella.

Per finire abbiamo montato un filtro antidisturbo a doppia cella assemblato utilizzando due filtri antidisturbo a singola cella smontati da due alimentatori di PC.

Schema di un classico filtro rete a due celle. Elenco componenti: C1=0,22uF L1=L2=L3=L4=2mH C2=0,1uF Le induttanze L1-L2 e L3-L4 sono avvolte sullo stesso nucleo toroidale. In genere questi filtri sono inglobati in un contenitore metallico che è collegato a terra.

I due filtri a singola cella prima di essere uniti con due spezzoni di filo saldati sulla parte inferiore.
Si notano in giallo i condensatori e in nero le induttanze avvolte su un nucleo toroidale in ferrite.

I due filtri uniti e fissati sulla parte superiore del trasformatore su un isolatore in legno il tutto fissato con della colla resistente alla temperatura.
Si tratta di una soluzione molto casalinga dall'aspetto non bello ma efficace.

Alimentatore PS-305D: Prova di carico e limiti intrinseci.

Questo alimentatore ha la selezione automatica del secondario del trasformatore più conveniente in termini di efficienza energetica.
Il minimo rendimento si ha quando si preleva la minima tensione con la massima corrente.
In questo caso sui transistor finali si ha la massima dissipazione, cosa che surriscalda l'aletta di raffreddamento tirata all'osso e di conseguenza i transistor finali.
Tali transistor hanno una temperatura massima di giunzione di ben 200°C, quindi possono lavorare ad una temperatura relativamente alta.
Tuttavia questo alimentatore non ha una protezione per sovraccarico termico (non abbiamo visto nessun sensore termico sull'aletta di raffreddamento o sui transistor di potenza) e se si esagera i transistor saltano.
Ma facciamo un po' di conti basandosi sullo scatto dei relè tarato in fabbrica:

• La prima portata inizia da 0V e il relè scatta a 7,8V

• La seconda portata inizia a 7,8V e finisce a 15V

• La terza portata parte da 15V e finisce a 19,6V

• La quarta portata parte da 19,6V e finisce a 32V

Quindi il maggior gap di tensione si ha sulla quarta portata che secondo noi soffre di un difetto di taratura.
Quando si preleva una tensione di 20V e una corrente di 5A la dissipazione minima sui transistor finali è di (32-20)*5=60W.
Si tratta della dissipazione minima perché per regolare convenientemente la tensione a 32V l'alimentatore partirà sicuramente da una tensione più alta.
Quindi non è improbabile che la potenza realmente dissipata possa essere di 80-90W, potenza che difficilmente potrà essere dissipata per molto tempo.

A questo punto si auspica una protezione termica per l'alimentatore costituita magari da un avviso acustico di sovratemperatura e una ulteriore modifica all'aletta di raffreddamento per aumentarne la superficie.
Si potrebbe montare un'aletta di raffreddamento parallela al coperchio superiore magari in estruso di alluminio.
Questo farebbe levitare i costi del nostro alimentatore allineandolo di fatto a quelli professionali sia come prestazioni che come costo.