Circuito di "soft start" per alimentatori di potenza

 

                                    Descrizione di un semplice circuito di limitazione della corrente di spunto all'accensione di un alimentatore capacitivo e trasformatore toroidale

A cura di Mauro Penasa

                     

ATTENZIONE, QUESTO CIRCUITO LAVORA A TENSIONE DI RETE (240Vac). LA COSTRUZIONE, IL COLLAUDO E LA MESSA IN OPERA DI QUESTO CIRCUITO E' SUBORDINATO ALLE CONOSCENZE DI TUTTE LE NORMATIVE IN MATERIA DI SICUREZZA ED ANTI INFORTUNISTICA, ED A ESCLUSIVA DI PERSONALE TECNICO QUALIFICATO.

SI DECLINA OGNI RESPONSABILITÀ' VERSO DANNI PROVOCATI DALL' USO DI QUESTO CIRCUITO
  

Il problema

Normalmente, un amplificatore audio di potenza utilizza un alimentatore bassa tensione, in corrente continua, basato su un classico circuito definito "alimentatore capacitivo". 
Esso è costituito da un trasformatore di rete, che riduce la tensione alternata della linea elettrica a 220Vac ed isola da essa, una serie di diodi rettificatori e di "condensatori di livellamento", con caratteristiche di potenza, tensione e corrente di lavoro adatti al tipo di circuito che si deve alimentare.
Un alimentatore di questo tipo, specie quando assume una potenza di targa rilevante (>200VA) è caratterizzato da uno "spunto di accensione" iniziale, ovvero di uno "stato momentaneo" in cui assorbe elevate quantità di corrente istantanea, mediamente valutabili tra il 200% e 800% rispetto alla corrente definita dalla potenza di targa. In queste condizioni, si determina sia uno shock istantaneo alla linea elettrica che a tutto il circuito di alimentazione, riducendo tra le altre cose la durata media dei condensatori elettrolitici e mettendo a dura prova i diodi rettificatori impiegati per caricare i condensatori. Ne consegue anche che il sistema dovrà essere protetto con dei fusibili tarati per correnti maggiori di quelle di targa, riducendo di conseguenza l'efficacia del loro intervento in caso di guasto.

Soluzione      

Esistono molte tecniche di limitazione di questo picco di corrente transitoria,  sia a componenti attivi che passivi. Nel caso di una applicazione su amplificatori audio, le grandezze in gioco sono raramente così elevate da necessitare di soluzioni molto complesse, mentre invece risulta molto importante che il limitatore non introduca forme di "modulazione" o disturbi sotto varie forme, tipico di sistemi attivi a semiconduttori, in particolare se basati su SCR o TRIAC. A questo si aggiunge anche la necessità di minimo ingombro e, perché no, anche di un costo non eccessivo. 
Nel caso di un alimentatore ad uso audio, si può considerare accettabile una limitazione della corrente  transitoria massima con valori intorno ad un massimo del 200-300% di quello nominale, tenendo conto anche del fatto che tale spunto, di solito, ha una durata molto minima, intorno ad 1-2 cicli della tensione di rete, quindi inferiore a circa 40mS.
Una delle soluzioni privilegiate in questo senso sono il classico circuito di limitazione formato da una resistenza (o un NTC, Resistore di potenza a coefficiente termico negativo, usato spesso negli alimentatori switching...) messa in serie al circuito di alimentazione del trasformatore. Dato che per limitare a tale valore la corrente servono valori resistivi mediamente intorno a qualche decina di ohm, si privilegia l' uso di normali resistenze di potenza dotate di un circuito (contatto di potenza a relè) che provveda a cortocircuitarle passato il periodo di spunto. 

Circuito pratico

Degli esempi molto validi di circuiti di questo tipo, oltre ad elementi di approfondimento (per chi conosce l' Inglese), si trovano in questi siti web legati al mondo audio:

sound.westhost.com/project39.htm

w-50719/hifi/sst01/index.html

In particolare consiglio anche di valutare l' uso, nei casi che lo richiedano (trasformatori toroidali rumorosi) di questa soluzione, elementare ma poco diffusa, di accoppiamento AC:

w-50719/hifi/dct01/index.html

Nel mio caso ho scelto di elaborare un circuito più elementare e di facile implementazione pratica. Esso viene ad essere alimentato direttamente dalla tensione di rete, mediante una semplice alimentazione a "caduta capacitiva". Questa soluzione ha il pregio di essere molto economica ed a basso consumo, ma va usata con molta attenzione riguardo l' isolamento complessivo, dato che nessuna sezione dispone di isolamento galvanico dalla tensione di rete. In pratica questo circuito deve essere inserito in un contenitore plastico che renda inaccessibili tutti i componenti salvo il connettore per i cablaggi.
Il principio di funzionamento è molto semplice:

L' alimentatore capacitivo, formato da C2-R1, i diodi D1-D4 e C1 fornisce una tensione di circa 22Vdc ed una corrente massima di circa 15mA alla bobina del relè (24Vdc 1400ohm ). Dato che questo tipo di alimentatore si basa sulla reattanza capacitiva di C2, la corrente disponibile è molto limitata, per cui per caricare C1 fino ad una tensione di commutazione del rele (circa 12-15V) serve un tempo di quasi 1 secondo, più che sufficiente per dare il tempo alla resistenza serie al trasformatore di limitare il picco di accensione. D5 serve a limitare eventuali picchi di tensione su C1, ma in condizioni normali può essere sostituito anche da un semplice diodo 1N4007 oppure omesso, data la mancanza di commutazioni di rilievo. Il contatto N.A. di potenza del relè (5A 250Vac) è inserito in parallelo alla resistenza di potenza, che per ragioni di affidabilità è formata da un parallelo di 2 resistenze da 5W. Il valore di 2* 100ohm va bene per situazioni in cui si usi trasformatori da circa 300-400VA, mentre per carichi maggiori o presenza di elevati valori capacitivi nell'alimentatore, si può optare per valori fino a 2* 47ohm. Il varistor VAR1 serve per contenere eventuali picchi di tensione (>275Vrms) sulla linea mentre R2 e R3 scaricano C2 quando il circuito è spento. A questo proposito si deve ricordare che C2 (220nF 250-300Vac) deve essere tassativamente di tipo X2, ovvero adatto ad essere usato su tensione di rete a 240Vac.

Collegamenti

Questo circuito va inserito tassativamente a valle della spina di ingresso, relativi fusibili di protezione ed interruttore di rete di potenza. Quando si attiva l' interruttore, si da  energia al circuito, che provvede a sua volta a fornirla, moderata dalle resistenze in serie, al trasformatore. Passato il tempo di ritardo di circa 1 secondo, il relè passerà a fornire direttamente tutta la tensione al trasformatore, rimanendo sempre attivo.   

Schema elettrico


Schema

Piano di montaggio

serigrafia

Lato rame

rame

Lista materiali

lista materiali

 

Per informazioni: E-mail

 

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