L'alimentatore da banco

Ecco finalmente la descrizione del progetto forse piu' controverso fra gli appassionati di elettronica: l' alimentatore da banco per il proprio laboratorio.
La mia idea e'nata discutendo un po' (animatamente) con i colleghi all'universita', in merito alle caratteristiche dello strumento ''ideale'', che avrebbe risolto tutte le esigenze possibili per l'alimentazione da laboratorio. Ad un certo punto si crearono due linee di pensiero: chi diceva che l'alimentatore doveva essere minimalista, con un'unica uscita regolabile e ''perfetta'', e chi diceva che sul pannello dovevano trovare spazio tutte le uscite in alternata, tutte le tensioni fisse da 1.5, 3, 6, 9, 12, 15V, e almeno due uscite variabili, oltre ovviamente agli strumenti rigorosamente analogici.

Fu a quel punto che pensai: Perche' non realizzare una struttura modulare, da comporre in base alle esigenze? In fin dei conti un alimentatore super-accessoriato quando potra' essere sfruttato appieno? Praticamente mai!
Decisi quindi di dividere il concetto di ''alimentatore'' in quattro sezioni fondamentali: la sezione di potenza bruta (trasformatore, ponte e condensatore), il regolatore, gli strumenti e la sezione di protezione.
Decisi allora che sarebbe stata una buona idea realizzare le singole unita' in scatole separate, da collegare in base alle esigenze, in modo da rendere la struttura massimamente flessibile, oltreche' meno ingombrante possibile, visto che ogni volta si sarebbero collegate solamente le unita' desiderate.
Confesso che l'idea mi venne osservando la quantita' industriale di boccole e spinotti a banana che avevo acquistato l'anno precedente alla Fiera di Pordenone, e che erano rimasti inutilizzati per molto, molto tempo.. Sarebbe stato un peccato non utilizzarli, no?

Fu cosi' che iniziai a realizzare il banco strumenti, racchiudendolo in una scatola GEWISS modello 207.
Queste scatole sono davvero ideali per le realizzazioni prototipali ed hobbistiche, la plastica e' favolosa, si lascia lavorare bene ed e' molto resistente, ed inoltre il fondo delle scatole e' ricco di nervature, ottime per fissare torrette metalliche, trasformatori e quant'altro.
Nella ''207'' trovano spazio un voltmetro in CC da 30V f.s. ed un amperometro CC da 3A f.s., rigorosamente analogici, gestibili grazie ad un sistema di interruttori che permette di escludere gli strumenti (per i test piu' a rischio per la loro incolumita'!), di riferire le misure ad una massa diversa, etc.. Lo strumento e' decisamente versatile, e lo uso praticamente sempre.


La seconda unita' che ho realizzato comprende tutta la sezione "bruta'' dell'alimentazione, ossia i trasformatori, i ponti e i condensatori. Essendo questi componenti decisamente piu' ingombranti, ho utilizzato una scatola GEWISS modello 209.


Inizialmente volevo includere solamente i componenti sopra menzionati, ma poi, vista l'abbondanza di spazio, ho aggiunto anche un po' di ''optional'', che ora elenco:
-La tensione di rete a 220 volt viene inviata ai trasformatori mediante dei relé', azionati dagli interruttori sul pannello funzionanti a 12 volt. Non mi piaceva l'idea di avere i 220 volt sul pannello, e poi posso sempre prevedere l'attivazione dei rele' in via remota, o automatica, anche se non ho ancora implementato questa funzione, e i rele' asservono esclusivamente agli interruttori sul pannello.
-Un trasformatore da 12V 10W fornisce la tensione per l'elettronica di bordo precedentemente menzionata, e per i LED che ho intenzione di mettere sul pannello (tutt'ora rimane un'intenzione, visto il poco tempo a disposizione).
-Il trasformatore di potenza principale e' stato recuperato da un plotter, e' dotato di un primario con selezione 110-200-220-240V, e tre secondari, che con 220V al primario forniscono rispettivamente le tensioni alternate di 9, 18 e 27V.
-Inizialmente avevo pensato di portare la 220 solamente all'avvolgimento primario dedicato, ma poi ho pensato di mettere un interruttore a 3 posizioni, in modo da scegliere se tenere il trasformatore spento, se inviare la 220V all'avvolgimento ''220'' o all'avvolgimento ''240'', in modo da disporre di tensioni sensibilmente piu' basse di quelle nominali. Questo mi e' utile per testare il comportamento del carico ad esempio in caso di abbassamenti della tensione di rete, o per verificare l'autosuscettibilita' di un convertitore. Insomma, la differenza fra le tensioni ottenibili al secondario non e' elevatissima, ma puo' tornare utile.
I terminali dei tre avvolgimenti secondari di questo trasformatore sono portati direttamente al pannello frontale.
-Ho montato poi un secondo trasformatore, un toroidale da 50W con uscita 20 + 20V a zero centrale. L'uscita in alternata e' portata al pannello frontale con 3 terminali, sia mai che debba provare un alimentatore duale.
-Questo secondo trasformatore, oltre a fornire le suddette tensioni al pannello frontale, alimenta internamente un almentatore CC duale completo, realizzato con una coppia di regolatori LM317-LM337. Le tensioni in uscita vanno da 1.25 a circa 25 volt per il ramo positivo, e da -1.25 a -25V per il ramo negativo, e sono regolate separatamente da due ottimi potenziometri da pannello. La corrente massima di 1.25A per ramo e' piu' che sufficiente per alimentare la maggioranza dei progetti che richiedano alimentazione singola o duale. Prelevando poi la tensione fra il ramo negativo e positivo, si possono ottenere anche tensioni elevate, fino a 50V, una tensione normalmente fuori dal range dei comuni alimentatori da banco, che arrivano quasi sempre fino a 30 volt.
I regolatori sono fissati ad un dissipatore sul fianco destro della ''209''.
-Al fianco sinistro un altro dissipatore monta due ponti raddrizzatori da 50A, accompagnati da condensatori elettrolitici da 10.000 uF 50V, di buona qualita'. Gli ingressi dei ponti e le uscite ai capi dei condensatori sono disponibili sul pannello, pronti ad essere collegati a qualsivoglia avvolgimento secondario e qualsivoglia carico. Essendo tutti i sistemi galvanicamente isolati, e' possibile realizzare sistemi a masse separate, o paralleli per ottenere correnti piu' elevate (magari giocando con gli avvolgimenti secondari, che fatalita' forniscono tensioni facilmente combinabili).
-Sul pannello trova posto anche un voltmetro analogico AC da 30V f.s., molto utile per controllare l'effettivo valore della tensione alternata ai secondari dei trasformatori, soprattutto sotto sforzo.
-Nessuna ventola attiva, solo dissipatori esterni e abbondantemente sovradimensionati, a garanzia di silenzio ed affidabilita'.


L'abbondante presenza di boccole a banana sul pannello frontale garantisce la massima flessibilita' di questo ''box di potenza'', e i collegamenti permanenti (ad esempio i collegamenti fra gli avvolgimenti dei trasformatori) possono essere realizzati con del comune filo, semplicemente avvitando i morsetti delle boccole a banana. Semplice e flessibile.
Ogni trasformatore e' asservito da un interruttore controllato da un rele', sul fianco c'e' un interruttore generale bipolare, e dulcis in fundo ho trovato spazio anche per un filtro EMI per la linea a 220V, che non fa mai male.

La terza ''scatola'' che ho realizzato (precisamente in una GEWISS modello ''208'') non fa parte dell'alimentatore, ma e' un carico attivo, che descrivero' dettagliatamente in un altro articolo.

Foto dettagliate:
Scorcio all'interno dello stadio di potenza (cablaggi)
Retro pannello stadio di potenza
Interno della stazione di misura
Interno dello stadio di potenza

Link a tutte le foto dell'alimentatore su Picasa (consigliato): LINK

Update 21 Maggio 2015:
L'alimentatore da banco è stato citato in un bel gruppo Facebook dedicato all'elettronica, che vi invito a visitare: https://www.facebook.com/ElettronicApplicata/posts/825881014128456