di Giacomo Casano
Regolatore PWM
Realizziamo un semplicissimo circuito di un alimentatore PWM (Pulse Width Modulation).

 
l circuito, visibile in Fig 1 è molto semplice ed è basato sul notissimo (e anche attempato) integrato NE555.
Con pochi componenti facilmente reperibili e pochissimo lavoro possiamo realizzare un circuitino adatto a regolare la velocità di un motore in corrente continua o  variare la luminosità di una o più lampade.
Data l'estrema semplicità del progetto, lo possiamo montare su una basetta 'mille buchi' senza essere obbligati a eseguire un circuito stampato.

Questa tecnica usata per regolare la potenza di un carico (lampade o motori c.c.) è denominata PWM (Pulse Width Modulation) ovvero, tradotto letteralmente, modulazione della larghezza di impulso.

Normalmente, per regolare la velocità di un motore o la luminosità di una lampada, noi variamo la tensione di alimentazione dei medesimi.

Vi sono vari sistemi per effettuare questa variazione:
  1. Usare un trasformatore con più prese intermedie, ovvero più uscite con tensione differente.
  2. Usare una resistenza posta in serie al carico.
  3. Usare un alimentatore con tensione variabile con regolazione serie.
  4. Usare un alimentatore PWM.
Analizziamo i vari sistemi sopra elencati:
Punto 1: non è facilmente realizzabile a meno che  non conosciate qualcuno che avvolga i trasformatori e vi faccia questo lavoro a prezzo di favore. La regolazione così ottenuta  non è lineare ma è ovviamente a gradini, il che non ci preoccupa se riusciamo a ottenere la velocità o la luminosità desiderati.
Punto 2: funziona bene ma la resistenza in serie deve essere adeguata alla potenza in gioco e produce molto calore. Maggiore è la differenza tra la tensione in entrata e la tensione di alimentazione del carico, maggiore è la potenza che la resistenza deve dissipare in calore.
Punto 3: Valgono le considerazioni del punto 2. In questo caso il calore lo dissipa il transistor d'uscita o il regolatore di tensione dell'alimentatore usato.
Punto 4: La perdita di potenza e conseguente produzione di calore è molto limitata e dipende solamente dalla resistenza che presenta il transistor di uscita quando è in conduzione che, generalmente , risulta essere molto bassa.

Breve spiegazione teorica sul funzionamento:

Concettualmente la tecnica è molto semplice:
consiste nell'inviare la tensione di alimentazione al carico per un certo periodo di tempo, intervallato da un altro periodo in cui la tensione è nulla.
Il seguente grafico mostra l'andamento temporale della tensione:
Dove:  
Va: E' la tensione di alimentazione.
T1: E' il tempo in cui la tensione è applicata al carico.
T2: E' il tempo in cui la tensione è nulla.
T: E' il tempo totale della durata dell'impulso.

La tensione impulsiva sul carico viene mediata dal carico stesso che, a tutti gli effetti, è come se fosse alimentato da una tensione efficace V pari a:

La precedente relazione mostra che è possibile variare la velocità del motore o la luminosità di una lampada agendo sul duty-cycle del segnale di comando D.
 
Componenti usati:
I Componenti usati sono facilmente reperibili.
Una particolare attenzione meritano il diodo Schottky e il MosFet di potenza .
Il compito del primo è quello di annullare le extratensioni che si possono generare nelle bobine del motore e che possono danneggiare il MosFet. Si può anche sostituire con un diodo tipo 1N4007, ma non è la stessa cosa.
Dal MosFet usato dipende il massimo carico applicabile. Maggiore è la massima corrente che può sopportare, maggiore è il carico che possiamo applicare.
Utilizzando un MosFet tipo IRF530 la massima corrente applicabile è 15 Ampere.
Usando invece un MosFet tipo BUZ11 possiamo arrivare a oltre 30 Ampere.
 
Potenza controllabile:
La massima potenza controllabile dal regolatore dipende dalla massima corrente commutabile dal  MosFet.
Il circuito controlla bene anche potenze elevate purché il transistor sia ben dissipato.
Infatti la potenza dissipata in calore è uguale al quadrato della corrente moltiplicato il valore della resistenza di chiusura del transistor.
Nel caso di una corrente di 15 Ampere la potenza è di:
15*15*0.04 = 9 Watt che devono essere dissipati.
 
Conclusioni:
Il montaggio non comporta nessuna difficoltà visto l'esiguo numero di componenti usati.
Se montato senza errori il circuito deve funzionare subito senza problemi di sorta.
Schema elettrico
Fig. 1
Schema elettrico
Alimentazione al 50% della potenza
Fig. 2
Grafico del segnale con un duty cycle del 50%.
Alimentazione:
Il circuito deve essere alimentato con una tensione di 12-15 Volts che possono essere prelevati da una batteria, un trasformatore munito di raddrizzatore o un alimentatore stabilizzato.
La massima corrente che può erogare dipende ovviamente anche da questi elementi.
Alimentazione al 2% della potenza
Fig. 3
Grafico del segnale con un duty cycle del 2%.
I Grafici:
I grafici delle figure 2, 3 e 4 mostrano la forma del segnale in uscita dal piedino 3 dell'integrato 555 che a sua volta pilota il gate del MosFet.
Alimentazione al 98% della potenza
Fig. 4
Grafico del segnale con un duty cycle del 98%.
Prototipo
Fig. 5
Prototipo assemblato su una basetta per montaggi sperimentali
Schema elettrico
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Datasheet 555
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Datasheet MBR1645
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Datasheet IRF530
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Datashet BUZ11
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Tutorial sul 555
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Ultimo aggiornamento pagina: 26-01-2005