Alimentatore a basso costo 40Ampere.MDI

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Alimentatore a basso costo
40 Ampere su 12 Volts
Tratto dal sito http://www.r3roma.org
Traduzione ed adattamento libero di ik0xba
Introduzione
Se siete radioamatori, SWL (Short Wave Listner) o se solamente interessati in qualche modo
al campo delle comunicazioni, prima o poi avrete bisogno di un alimentatore stabilizzato da 12
a 15 volt di alta potenza. Potrebbe essere necessario nel momento in cui si decide di togliere il
trasmettitore dall’auto per usarlo a casa durante l’inverno e quindi si ha bisogno di un
alimentatore capace di supportarne il carico. O magari nella stazione che è stata predisposta
al funzionamento con una serie di batterie di backup e si ha la necessità di ricaricarle in minor
tempo nell’eventualità di un prossimo black-out. Qualunque sia la ragione per utilizzare un
alimentatore con una corrente di uscita da 25 a 40 AMP questa idea potrebbe essere quella
giusta. Se ci si è interessati al costo di qualche alimentatore, si sarà notato che questo può
variare dai 200 ai 300 euro (anche di più). Qui viene presentato il modo in cui è possibile
ridurre questo costo di un fattore 10!
Come fare?
Progettare un alimentatore da 15 volt o meno, con una corrente di lavoro come quella
ipotizzata in questo articolo non è roba da poco, è necessaria una tecnologia elevata. Se si è
nuovi come radioamatori o si ha la necessità di disporre di un sistema di ricarica ad alta
potenza, questo progetto relativamente semplice non dovrebbe preoccupare dal punto di vista
tecnico né, tanto meno, da quello economico.
La prima cosa da fare è visitare un
magazzino di surplus o, meglio, un
laboratorio di “riparazione personal
computer” che siano in grado di vendere
dei pezzi usati. Più precisamente dei
vecchi cabinet dotati di alimentatore.
Servono TRE alimentatori usati ma
funzionanti! E’ possibile trovarli anche
nelle nostre fiere. Il costo orientativo
dovrebbe essere di circa 5 euro l’uno.
Nella descrizione che segue, ho
utilizzato tre alimentatori come quelli
nella Photo-1. Normalmente l’acquisto
di questi pezzi potrebbe comportare la
necessità di portarsi via anche l’intero cabinet - poco male – uno lo potremo usare per
contenere l’oggetto finito.
Qualcosa da sapere sugli alimentatori per computer.
Può valer la pena spendere alcuni minuti, per coloro che non hanno esperienza in fatto di
alimentatori, per introdurre alcuni concetti di carattere generale senza approfondire i dettagli.
Gli alimentatori cui mi riferisco sono racchiusi in contenitori di circa 13 x 15 x 18 cm (ma
anche più piccoli!) che contengono anche la ventola di raffreddamento, il fusibile, l’interruttore
(interno o esterno) e la presa di alimentazione secondo lo standard americano. Tali
alimentatori forniscono potenze variabili tra i 135 ed oltre 300 watt. Questa indicazione indica
la potenza totale in uscita dell’alimentatore. Si dovranno cercare degli alimentatori con
potenza non inferiore ai 200 watt: più sono potenti…meglio è!
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Questi oggetti, normalmente, forniscono quattro tensioni di uscita +12 V, -12 V, +5 V e –5 V. I
voltaggi negativi forniscono circa 1 ampere (ma anche meno…) e non sono di alcun aiuto in
questo progetto. Potete ignorarli. La tensione di +12V fornisce una corrente variabile tra 7 A e
14 A. L’uscita a +5 V ha la possibilità di raggiungere una corrente compresa tra 20 e 40
ampere in funzione della potenza dell’alimentatore impiegato.
Le unità usate per il mio alimentatore sono state costruite a Taiwan dalla “KPI” e dispongono
di una potenza di 250 watt. Il +12 V dispone di una corrente di 10 A e il +5 V arriva a 25 A!
Queste due uscite caricate alla loro piena capacità si avvicinano all’intera potenza messa a
disposizione dall’alimentatore: 245W. Come detto, per i nostri scopi verranno usate le uscite
+5V e +12V e dovremo sottostare ad alcune limitazioni nel loro utilizzo per la realizzazione
dell’alimentatore.
Un punto molto importante da chiarire è che questo tipo di alimentatori sono di tipo “switching”
e non di tipo lineare come qualcuno di noi potrebbe supporre. Ci sono molti vantaggi
nell’impiegare gli alimentatori switching rispetto ai lineari. Principalmente gli switching sono più
efficienti e scaldano di meno. D’altra parte ci sono alcuni aspetti su cui fare attenzione o
comunque conoscere quando si utilizzano questo tipo di alimentatori.
La prima cosa che si nota è l’etichetta CAUTION. Gli alimentatori switching funzionano con
una tensione di alimentazione alternata di 240 VAC, che viene rettificata ed utilizzata per
caricare dei condensatori che si trovano ad operare a tensioni variabili tra +250V e +400V.
Queste alte tensioni rappresentano seri pericoli per fulminazioni o shock letali e devono essere
prese tutte le precauzioni possibili se decidete di aprire il coperchio di protezione
dell’alimentatore per metterci le mani dentro! Se decidete di farlo scaricate sempre i
condensatori. Sempre!
Uno svantaggio degli alimentatori switching, in particolare sui vecchi tipi, è che richiedono un
carico minimo per poter funzionare. Questo carico può essere di 2 A o 4 A per il +5 V e da
circa zero a 2 A per l’uscita a +12 V. Molti alimentatori richiedono il carico a vuoto solo
sull’alimentazione di +12 V. Questo potrebbe rappresentare un problema a seconda
dell’utilizzo che intendete farne. Un semplice trucco potrebbe essere quello di inserire in
parallelo all’uscita dei +5V una resistenza da 1 o 2 ohm da 25 W. Anche se questo comporta
uno spreco che può arrivare a 25W di potenza, vi permetterà di avere una uscita stabile e ben
regolata di +5 V e di +12 V. E’ comunque possibile individuare un corretto valore di resistenza
nel momento in cui realizzate il progetto. In funzione dell’alimentatore usato, potrebbe essere
necessario utilizzare una resistenza anche sulla tensione di +12 V. Questo è l’inconveniente.
Ma non dovrebbe essere un grosso problema. I due miei ricevitori GE nel mio rack sono
alimentati da un bus a +12 V che fornisce l’alimentazione e funziona in questa maniera.
Senza la resistenza di carico, all’accensione del sistema ( “power on”), l’alimentazione
potrebbe non essere disponibile.
Mettiamolo in funzione.
A questo punto avete tre opzioni per utilizzare le uscite di alimentazione.
Prima, se il vostro carico richiede una tensione di +12 V o inferiore, potete collegare il vostro
apparato tra il filo nero ed il filo giallo che arrivano al connettore a quattro poli di tipo Molex.
Per apparati che richiedono potenza più alta è possibile collegare in parallelo tutti i cavi neri e
fare lo stesso con i cavi gialli per minimizzare le cadute di tensione. Tutti i cavi dello stesso
colore forniscono lo stesso voltaggio. Tutti i cavi neri sono a massa comune o sono il punto di
riferimento per tutti i voltaggi. Parleremo meglio di questa “massa” più avanti.
La seconda possibilità nell’utilizzo di questo alimentatore a basso costo consiste nel collegare
in serie le uscite a +5 V dei singoli alimentatori. Questo fornirà una tensione di circa +15 V a
25 A o comunque alla massima corrente che viene fornita dall’alimentatore che avete
acquistato. Se i +15 V sono troppi per le vostre necessità, ci sono ulteriori due possibilità. Una
soluzione semplice consiste nel collegare uno o due diodi da 50 A in serie all’uscita da +15 V.
Questo ridurrà la tensione di uscita a +14.3 V o +13.6 V rispettivamente. Questo, oltretutto,
fornirà una protezione tra l’alimentatore e le eventuali batterie in ricarica. Da +13.6 V a +13.8
V è anche un eccellente valore di tensione per mantenere bene in carica delle batterie
ermetiche senza sovraccaricarle. Un altro metodo è quello di “smanettare” all’interno di
ciascun alimentatore sul trimmer di regolazione del +5 V. Molti alimentatori dispongono anche
di una regolazione del +12 V. Ancora: fate molta attenzione quando aprite gli alimentatori.
Soprattutto se l’oggetto è alimentato! Trovate il trimmer di regolazione e regolate l’uscita tra +4
V e +4.5 V su ciascun alimentatore in modo da ottenere un’uscita secondo le vostre necessità.
L’ultima opzione consiste nell’utilizzare entrambe le possibilità precedentemente esposte.
Eccetto per la connessione della massa comune (cavi neri) ciascun alimentatore è
indipendente e isolato dagli altri. Come esempio: io alimento i miei due trasmettitori principali
utilizzando la corrente fornita dalla serie delle alimentazioni a 5 volt. Alimento ciascun
ricevitore in modo indipendente con le uscite a 12 volt di due alimentatori e uso la terza
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alimentazione a 12 volt per altri ricevitori che uso come monitor.
Ultime note.
Anche se possono poche esserci variazioni da parte di alcuni costruttori, la codifica standard
di questi alimentatori per PC è quella riportata in tabella.
Colore
ROSSO
GIALLO
BIANCO
BLU
NERO
ARANCIO
Tensione
+5 V
+12 V
-5 V
-12 V
Massa comune
+5 V segnale(°)
(°)Nota: Molti alimentatori hanno un cavo arancio che fornisce un segnale di “Power Good”
verso l’alimentatore stesso. Collegate questo cavo all’uscita del +5 V. Non tutti gli alimentatori
hanno questa caratteristica. Quelli che ne dispongono non forniranno alcuna uscita di tensione
se non avvertono una tensione di +5 V su questa linea.
Gli alimentatori switching hanno alcune caratteristiche specifiche. Fra queste c’è l’abilità del
“Power Share” ovvero la facoltà di condividere la potenza tra più alimentazioni. Questo vuol
dire che se il +5 V può fornire 25 A come dato di targa, in effetti si potrà disporre di maggiore
corrente in uscita se il +12 V è caricato in modo minore rispetto alle sue possibilità.
Ovviamente non è possibile spingersi troppo oltre i dati di targa a causa dei limiti imposti dalla
componentistica impiegata all’interno dell’alimentatore. Comunque in molti alimentatori c’è un
ampio margine di manovra.
Se un alimentatore switching è sovraccaricato o cortocircuitato, si spegne. La sua tensione in
uscita scende a zero. Non tentate di diminuire il ripple dell’uscita di alimentazione
aggiungendo filtri capacitivi di grande dimensioni ai terminali d’uscita. Questo produrrebbe
l’effetto indesiderato di mandare in protezione l’alimentatore al momento dell’accensione.
Aggiungere condensatori di grande capacità all’uscita di un alimentatore switching avrà come
effetto solo l’aggiunta di un problema quando non è necessario!
Suggerimento: se state utilizzando più di un alimentatore, (tre in serie nel nostro caso)
collegate tutti gli ingressi primari insieme in modo che tutti gli alimentatori vengano accesi
contemporaneamente. Assicuratevi inoltre, che l’alimentazione primaria del vostro nuovo
alimentatore non sia sovraccaricata da altri apparati. Una volta acceso l’alimentatore qui
descritto ci sarà un assorbimento di circa 1100 watt in caso di carico massimo.
Un’ultima precauzione. Molti alimentatori collegano insieme tutti i cavi “neri”, massa comune,
alla terra (terzo cavo di alimentazione – normalmente giallo/verde). Se questo è quello che vi
capita con gli alimentatori che avete a disposizione dovete aprire l’alimentatore ed
interrompere ogni collegamento tra lo chassis ed il comune delle alimentazioni in modo che
queste risultino floating. Questa operazione deve essere fatta SOLO sul secondo e terzo
alimentatore! Il primo deve rimanere con il cavo comune di riferimento collegato alla terra.
Se state considerando l’idea di connettere le tre alimentazioni da +12 V insieme (in parallelo) è
NECESSARIO isolare ciascuna alimentazione positiva con un diodo prima della connessione
in parallelo. Questo, ovviamente, porterà la tensione d’uscita a +11.3 V. E’ possibile
compensare questa perdita su quei alimentatori dotati di trimmer di regolazione intervenendo
opportunamente per recuperare la tensione caduta ai capi del diodo.
Come alternativa all’impiego di alimentatori PC standard, sono disponibili in commercio molti
tipi di alimentatori open frame ad un prezzo accettabile. Ricordate, fate ATTENZIONE quando
mettete le mani all’interno di alimentatori switching. Anche se le loro tensioni di uscita non
sono pericolose è come avere “Una Tigre in Gabbia con Denti Affilati”!
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