Convertitore di tensione DC-DC switching da 12 a 16.5 Volt
Il circuito è costruttivamente semplice e questo è il master del circuito stampato che ho preparato.
L'unico punto critico di tutto il circuito è la realizzazione dell'induttore che va avvolto
su nucleo toroidale.
Durante lo sviluppo del prototipo ho realizzato diverse induttanze con nuclei di permeabilità
differente e quindi con numero di spire diverso.
Occorre tenere presente che al momento della conduzione del mosfet viene generato un transitorio
di corrente che vale al massimo la tensione di alimentazione meno la tensione tra Drain e Source
divisa per la resistenza interna della batteria più quella ohmica dell'induttore.
Pertanto realizzare l'induttore con poche spire comporta una bassa resistenza e quindi picchi
di corrente elevati. Il mosfet quindi scalda molto durante l'assorbimento del carico e l'efficienza
è molto bassa.
Inoltre occorre non far saturare il nucleo altrimenti l'energia in eccesso causerà un brusco
aumento della corrente e quindi della temperatura del mosfet.
Alla fine delle mie prove ho identificato come scelta ottimale il nucleo toroidale a polvere
metallica T44-15 con permeabilità pari a 25 ed induttanza caratteristica di 160uH circa per 100 giri.
Per realizzare l'induttore quindi dovete procurarvi uno di questi nuclei toroidali riconoscibili
per il colore rosso da un lato e bianco dall'altro ed avvolgere 40 spire di filo da 0.8 mm
di diametro. Il mio induttore ha 25 uH e presenta una resistenza serie di 0.14 Ohm.
Io ho comprato qualche anno fa un discreto assortimento di campioni per il mio laboratorio
su www.bytemark.com dove potete trovare anche le caratteristiche di dettaglio di questo e
molti altri tipi di toroidi nonché le formule utili per i calcoli.
Con questa scelta il circuito è molto efficiente e fa lavorare i componenti senza scaldare
ed in assoluta tranquillità. Per darvi un'idea delle sue prestazioni l'ho collegato al
caricabatteria per le litio fatto in precedenza ed ho ottenuto questi risultati.
Caso 1 Input (12.2 Volt, 260 mA) Output (16.5 Volt, 160 mA) Eff = 82%
Caso 2 Input (12.3 Volt, 390 mA) Output (16.5 Volt, 250 mA) Eff = 85%
Caso 3 Input (12.3 Volt, 570 mA) Output (16.4 Volt, 360 mA) Eff = 84%
Caso 4 Input (12.3 Volt, 1100 mA) Output (16.4 Volt, 630 mA) Eff = 76%
Caso 5 Input (12.2 Volt, 1200 mA) Output (16.2 Volt, 740 mA) Eff = 82%
Caso 6 Input (12.2 Volt, 1280 mA) Output (16.2 Volt, 800 mA) Eff = 83%
Caso 7 Input (12.2 Volt, 1365 mA) Output (16.2 Volt, 860 mA) Eff = 84%
Caso 8 Input (12.2 Volt, 1450 mA) Output (16.2 Volt, 910 mA) Eff = 83%
Caso 9 Input (12.2 Volt, 1490 mA) Output (16.2 Volt, 930 mA) Eff = 83%
Come potete osservare anche nella posizione del caricabatteria con tutti gli switch inseriti per
la massima corrente il circuito fornisce 15.1 Watt assorbendo solo 18.2 Watt.
In queste condizioni la prova del dito dice che sia il Mosfet che il diodo e l'induttore sono
freddi anche con la massima corrente. Il circuito quindi può erogare anche più corrente di 1 Ampere
sul carico anche se tenete presente che l'induttore è stato dimensionato per 1.5 Ampere con picchi
di 3 Ampere ed è probabile che aumentando la corrente le prestazioni degradino.
Ovviamente l'uso di un dissipatore migliorerà ancora le cose se si tiene il circuito in funzione
per tempi lunghi.
E' importante usare un diodo shottky da 3 Ampere come 1N5822 altrimenti il circuito sarà poco
efficiente e scalderà. Quelli tradizionali non sono adatti perché hanno tempi di commutazione
più lenti e cadute di potenziale più elevate.
Nota Importante: L'autore non si assume nessuna responsabilità per
eventuali danni, diretti o indiretti, che dovessero verificarsi come conseguenza
dell'utilizzo del presente circuito.
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