Oggi voglio mostrarvi un circuito di alimentazione che potrete realizzare per i Vostri progetti elettronici digitali. La figura seguente mostra il prototipo utilizzato per le prove in laboratorio:
(Alimentatore da 5,0V e 3,3V 1A, a partire da una tensione Vin di 9-30V)
In un precedente post, che trovate qui, ho illustrato alcuni vantaggi e svantaggi degli alimentatori lineari, mentre ora è il momento di introdurre gli alimentatori a commutazione, detti anche switch-mode o switching.
Per fare ciò, prendiamo in considerazione un circuito integrato che ha fatto la storia di una particolare categoria di regolatori; il circuito è LM2575 nelle due varianti con preset da 5,0V e 3,3V, la categoria è quella degli step-down ovvero circuiti che possono convertire una tensione continua da un valore di ingresso Vin ad un valore di uscita Vout, regolato e stabilizzato, tale per cui Vout<Vin. Analogamente, i regolatori step-up, sono ingrado di fornire una tensione Vout>Vin, cioè sono degli elevatori di tensione.
Nella figura seguente trovate lo schema applicativo standard suggerito dal data-sheet del componente, mentre il link sotto la figura vi porterà direttamente nella pagina della casa che lo produce.
Avete già montato il vostro prototipo?
No? Occore mezz'ora ...al massimo!
Si? Benissimo, andiamo a misurare le tensioni di uscita. Dovremo leggere sul nostro multimetro i valori 5,0V +/- 2% e 3,3V +/- 2%. Poi, con l'aiuto di un oscilloscopio visualizziamo l'andamento temporale delle tensioni in uscita, che dovranno somigliare alla seguente figura:
(I due canali per le tensioni di 5 e 3,3V sono predisposti in AC e 50mV/Divisione)
Ok, funziona tutto, ma "sorpresa" ecco il punto debole dei regolatori switching: essi tendono ad introdurre del rumore nei circuiti a valle. Rumore che generalmente ha un contenuto armonico centrato sulla frequenza dell'oscillatore interno (nel nostro caso vediamo che è visibile un pattern a 52KHz). Tale rumore dovrà essere filtrato opportunamente, pena ritrovarlo su tutti i segnali del circuito a valle che si intende alimentare.
Ma allora perché li usiamo se hanno prestazioni inferiori ai regolatori lineari che risultano anche più semplici dal punto di vista del circuito applicativo?
Perché i regolatori SW hanno un pregio che li rende unici: l'efficienza di conversione è molto elevata (77% TYP per LM2575-5.0, 88% TYP per LM2575-12) e può, in alcuni componenti, raggiungere e superare anche il 95%. Ciò significa che per differenziali di tensione elevati (Vin-Vout) la dissipazione di energia sul regolatore è minima, mentre con i regolatori lineari si avrebbero grandi problemi costruttivi e dispendiosi sistemi di raffreddamento, oltre a trasformare le nostre applicazioni in vere e proprie stufe elettriche, con un inutile quanto dannoso, spreco di energia.
Questo semplice ed efficiente circuito non può mancare nel vostro laboratorio.
Qui Pianeta Terra, a presto.
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