Elettronica di potenza
Regolatori serie
Regolatori di tensione dissipativi
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Regolatori serie
Schema elettrico
Controllo della tensione d’uscita
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Elettronica di potenza
Regolatori serie
Regolatori serie
Schema elettrico
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Schema di principio
I regolatori serie sono composti da
un elemento che svolge le funzioni di resistenza
variabile R, posto in serie tra ingresso e uscita
un sistema che misura la tensione d’uscita e
modifica il valore di R in modo da mantenere Vu al
valore voluto
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Elettronica di potenza
Regolatori serie
Primo schema
Di solito l’elemento serie è un transistor
Vu =VREF (1+R1/R2)
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Primo schema
Il transistor è uno stadio finale di potenza che
lavora in linearità (da qui il nome di regolatori
lineari)
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Elettronica di potenza
Regolatori serie
Secondo schema
Dovendo gestire molta corrente in uscita, spesso
si usa una configurazione Darlington
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Piedini
Il regolatore ha tre piedini “fisici”: ingresso, uscita e 0V,
ma altri 4 “concettuali”:
Alimentazioni dell’operazionale
Ingresso della rete di reazione per la lettura della tensione d’uscita
Su alcuni dispositivi i 7 piedini sono tutti disponibili
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Elettronica di potenza
Regolatori serie
Headroom
Perché un regolatore serie funzioni regolarmente
occorre che i transistor del darlington funzionino
in linearità: Vi >Vu+VBE 1+VBE 2
Il transistor di potenza ha circa 1V di VBE , quindi
Vi >Vu+1,7V
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Headroom
Perché un regolatore serie funzioni regolarmente
occorre che i transistor del darlington funzionino
in linearità: Vi >Vu+VBE 1+VBE 2
Il transistor di potenza ha circa 1V di VBE , quindi
Vi >Vu+1,7V
La tensione sulla base del primo transistor deve
essere però fornita dall’amplificatore
operazionale, alimentato dalla tensione d’ingresso
e la cui dinamica d’uscita non coincide in
generale con l’alimentazione
Vi >Vu+VHR Valori tipici di VHR sono 2-3V
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Elettronica di potenza
Regolatori serie
Headroom
Perché un regolatore serie funzioni regolarmente
occorre che i transistor del darlington funzionino
in linearità: Vi >Vu+VBE 1+VBE 2
Il transistor di potenza ha circa 1V di VBE , quindi
Vi >Vu+1,7V
La tensione sulla base del primo transistor deve
essere però fornita dall’amplificatore
operazionale, alimentato dalla tensione d’ingresso
e la cui dinamica d’uscita non coincide in
generale con l’alimentazione
Vi >Vu+VHR Valori tipici di VHR sono 2-3V
VHR = tensione di HEADROOM è la minima caduta
di tensione (drop-out) ai capi del regolatore che
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ne permette il funzionamento regolare
Potenza dissipata
L’amplificatore operazionale richiede caduta di
tensione per operare:
Aumento della potenza dissipata
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Elettronica di potenza
Regolatori serie
Potenza dissipata
L’amplificatore operazionale richiede caduta di
tensione per operare:
Aumento della potenza dissipata
Soluzione: alimentare l’op-amp con una tensione
esterna più alta
Fattibile solo in casi particolari in cui si abbiano più
tensioni a disposizione. Es:
Alimentazione della CPU nei personal computer
Regolazione delle uscite secondarie di regolatori switching
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Potenza dissipata
L’amplificatore operazionale richiede caduta di
tensione per operare:
Aumento della potenza dissipata
Soluzione: alimentare l’op-amp con una tensione
esterna più alta
Fattibile solo in casi particolari in cui si abbiano più
tensioni a disposizione. Es:
Alimentazione della CPU nei personal computer
Regolazione delle uscite secondarie di regolatori switching
La dissipazione di potenza di un regolatore serie è
bassa solo se la tensione d’ingresso è di poco più
alta di quella d’uscita
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Elettronica di potenza
Regolatori serie
Regolatori di serie
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Remote sense: due piedini
Se il carico è lontano dal regolatore, la caduta di
tensione sui fili d’alimentazione influisce sulla
precisione della regolazione
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Elettronica di potenza
Regolatori serie
Remote sense: due piedini
Se il carico è lontano dal regolatore, la caduta di
tensione sui fili d’alimentazione influisce sulla
precisione della regolazione
Se sono disponibili i terminali della retroazione, allora si
possono aggiungere dei fili di “sense”, in cui non scorre
corrente significativa, collegati direttamente al carico
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Remote sense: piedino singolo
Con un solo piedino di sense disponibile, esiste
un’altra soluzione. La corrente che scorre nella
connessione inferiore provoca una imprecisione,
ma, essendo molto piccola, è trascurabile
La resistenza RS serve ad evitare problemi nel
caso si scolleghi il filo di sense
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Elettronica di potenza
Regolatori serie
Sense per regolazione tensione
Se si inserisce un partitore sul carico, si può
regolare (aumentare) la tensione d’uscita
Infatti il regolatore manterrà costante la tensione
presente tra Vsense e il proprio riferimento
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Disturbi elettromagnetici
I fili di sense possono raccogliere disturbi dovuti al
campo elettromagnetico a 50Hz :
L’area racchiusa tra i fili di sense costituisce una spira che si
concatena con il campo magnetico e provoca una tensione
aggiuntiva a 50Hz
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Elettronica di potenza
Regolatori serie
Disturbi elettromagnetici
I fili di sense possono raccogliere disturbi dovuti al
campo elettromagnetico a 50Hz :
L’area racchiusa tra i fili di sense costituisce una spira che si
concatena con il campo magnetico e provoca una tensione
aggiuntiva a 50Hz
Soluzione: coppia ritorta: diminuisce area e porta i
disturbi sul modo comune
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Disturbi in alta frequenza
Anche i campi elettromagnetici ad alta frequenza
possono portare disturbi
I fili diventano antenne
Le giunzioni degli elementi attivi hanno
caratteristica non lineare e le componenti in alta
frequenza provocano spostamento del punto di
lavoro (vengono raddrizzate), facendo variare la
tensione d’uscita
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Elettronica di potenza
Regolatori serie
Protezione da sovracorrenti
Si può rendere anche
regolabile la protezione
contro le sovracorrenti
In questo modo si hanno
5 piedini
Vantaggi:
Un solo regolatore per
scopi diversi
Svantaggi:
Circuito stampato più
complesso (meno
affidabile, ecc.)
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Regolatori a tensione regolabile
E’ possibile avere un
regolatore in cui sia
modificabile la
tensione di uscita,
utilizzando solo tre
piedini?
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Elettronica di potenza
Regolatori serie
Regolatori a tensione regolabile
E’ possibile avere un
regolatore in cui sia
modificabile la
tensione di uscita,
utilizzando solo tre
piedini?
I regolatori
mantengono costante
la tensione tra il
piedino d’uscita e il
proprio piedino di
riferimento
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Regolatori a tensione regolabile
E’ possibile avere un
regolatore in cui sia
modificabile la
tensione di uscita,
utilizzando solo tre
piedini?
I regolatori
mantengono costante
la tensione tra il
piedino d’uscita e il
proprio piedino di
riferimento
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Non necessariamente il
riferimento di tensione
del regolatore deve
essere 0V
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Elettronica di potenza
Regolatori serie
Regolatori a tensione regolabile
E’ possibile avere un
regolatore in cui sia
modificabile la
tensione di uscita,
utilizzando solo tre
piedini?
I regolatori
mantengono costante
la tensione tra il
piedino d’uscita e il
proprio piedino di
riferimento
Non necessariamente il
riferimento di tensione
del regolatore deve
essere 0V
IQ è la corrente
assorbita dai circuiti
interni del regolatore 27
Regolatori a tensione regolabile
La tensione su R1 vale Vreg
La corrente in R2 è IR2 =IQ +Vreg /R1
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Elettronica di potenza
Regolatori serie
Regolatori a tensione regolabile
La tensione su R1 vale
Vreg
La corrente in R2 è
IR2 =IQ +Vreg /R1
Vu =Vreg +R2·IR2
Vu =Vreg ·(1+R2 /R1) +
+IQ· R2
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Regolatori a tensione regolabile
La tensione su R1 vale
Vreg
La corrente in R2 è
IR2 =IQ +Vreg /R1
Vu =Vreg +R2·IR2
Vu =Vreg ·(1+R2 /R1) +
+IQ· R2
IQ nei regolatori normali
non è costante e
rappresenta un termine
d’errore
Esistono regolatori
appositi con IQ
costante: LM317 30
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