ALIMENTATORI TRASFORMLESS - 2

Un’alimentazione senza trasformatore basato su un condensatore è mostrato in figura 1. La tensione di uscita Vout fornita al carico rimane costante purché la corrente di uscita Iout è minore o uguale alla corrente di ingresso Iin. La corrente Iin è limitata dal resistore R1 e dalla reattanza capacitiva del capacitore C1.

Il resistore R1 limita la corrente di spunto. Il valore di R1 è scelto in modo che non dissipi troppo potenza, ma da essere abbastanza grande per limitare corrente di spunto. La corrente Iin è data dalla relazione 1:

Dove VHFRMS è la tensione RMS di una semionda AC sinusoidale e XC1 è la reattanza capacitiva di C1. La VHFRMS è data dalla relazione 2:

VRMS è il valore efficace della tensione di rete (negli Stati Uniti vale 115 VAC, in Europa 220VAC), VPEAK è la tensione di picco della tensione di rete e VZ è la caduta di tensione del diodo zener D1. Assumendo la tensione di rete sinusoidale, si ha che VPEAK è 1,414 volte la VRMS. La reattanza capacitiva XC1 è data dalla relazione 3:

Sostituendo le relazioni 2 e 3 nella relazione 1 si ha:

Il valore minimo di Iin è definito dall’applicazione, mentre il valore massimo dovrebbe essere calcolato tenendo conto dei requisiti di alimentazione/ potenza dei singoli componenti.

Il valore minimo della corrente d’ingresso si ha quando la tensione Vz e la R1 assumono il valore massimo mentre il resto dei componenti e delle grandezze elettriche in gioco assumono il valore minimo. Il valore massimo e minimo dei componenti lo si calcola in base alle tolleranze. Nel caso del resistore R1, se la sua tolleranza è del 10% il suo valore massimo si ha moltiplicando il suo valore nominale per 1,10. Nel caso dei capacitori, assumendo una tolleranza del 20%, il loro valore minimo si ottiene moltiplicando il valore nominale per 0,80. Per la frequenza, nonostante l’alta precisione di base, si suppone una variazione di circa l’1% del valore nominale. Facendo quindi riferimento allo schema di figura 1:

R = R1 = 470 x 1.1 = 517;    

C = C1 = 0.47 uF x 0.8 = 0.38 uF

Vz= 5.1V;

f= 59.5 Hz

Applicando la formula finale della Iin si ha:                         Iin_min = 10.4mA

Per il calcolo della corrente massima della Iin si utilizza il valore minimo di R1 e Vz e il valore massimo dei condensatori considerando sempre le tolleranze. Nel caso del resistore R1 si moltiplica per 0,9 mentre per i condensatori si moltiplica per 1,20 e la frequenza al suo valore più alto.

R = R1 = 470 x 0.9 = 423

C = C1 = 0.47 uF x 1.20 = 0.56 uF

f = 60.1Hz

• VRMS = 120VAC

• VZ = 5V

• f = 60.1Hz

Applicando la formula finale della Iin si ha:                      Iin_max = 16.0mA

La tensione di uscita è data dalla relazione:

Assumendo un diodo Zener da 5.1V e una caduta di tensione di 0,6 V ai capi del diodo D2, la tensione di uscita sarà di circa 4.5V. Questo valore va bene in quanto all'interno delle specifiche di alimentazione per la maggior parte delle applicazioni con microcontrollore.