Elevatori DC-DC di piccola potenza per uso amatoriale

Sempre più spesso nasce l’esigenza di disporre di tensioni continue superiori ai classici 12 o 13,8V comunemente disponibili nei nostri shack domestici o dalle batterie quando si opera in portatile e con potenze nell’ordine di alcuni watt.

In particolare i relè di commutazione RF quando di buona qualità e magari di origine surplus o aeronautica richiedono 24 o 28V, così come alcuni particolari dispositivi elettronici quali i diodi varicap.

Vediamo in questo articolo quindi due survoltori ben collaudati, scalabili e molto tolleranti ad essere replicati coi “componenti in fondo al cassetto”.

Da 12 a 24/28V per relé bistabile

Illustrazione 1: Relé a doppia bobina HP per microonde

Questo schema si propone di alimentare correttamente, partendo dai 12V, un relé bistabile a 24Vdc garantendo anche l’isolamento galvanico fra circuito di comando ed alimentazione/relé. Nella famiglia dei relè bistabili si trovano anche vari modelli della versione “transfer”, così come dispositivi di altissima qualità quali ad esempio quello riportato nell’immagine a fianco.

Vediamo ora lo schema elettrico proposto:

Illustrazione 2: Schema elettrico proposto del survoltore 12-28V

Il cuore del circuito è l’oscillatore astabile realizzato da U_1b, una delle quattro porte NAND del 4093B, un comune circuito integrato in logica cmos con ingresso a Schmitt trigger e uscita “buffered”, capace quindi di erogare alcuni mA. Alternative a questo dispositivo sono altre porte NAND così come NOT o inverter, purchè con lo stesso tipo di ingresso ad isteresi. La coppia C₄+R₃ determina la frequenza di oscillazione del circuito. Le tre porte U_1a,c,d servono a pilotare una coppia di transistor in guisa di commutatori di potenza. La rete R₄,C₃ serve a pilotare i dispositivi di potenza con in modo da scongiurare l’evenienza che tutti e due si trovino in conduzione contemporaneamente, anche se per un breve periodo. Questa è una funzione molto importante per garantire l’affidabilità del circuito.

Q₁ e Q₂ sono due transistor in configurazione darlington di media potenza, facilmente sostituibili con altri disponibili di simili caratteristiche. Unici parametri da verificare sono appunto la configurazione (per avere un hfe o guadagno di corrente, elevato) e la corrente di collettore massima adeguata al carico.

L’uscita di potenza dell’oscillatore alimenta un doppio circuito di rettificazione e moltiplicazione, costituito dai componenti D_1,2,3,4 e C_5,6,7,8. Fra C₆ e C₈ avremo quindi disponibile una differenza di potenziale di circa 32V.

I quattro diodi D_1,2,3,4 devono essere “veloci”, noti come fast recovery: io ho impiegato dispositivi da 100V e 3A, con un recovery time di 25nS. Può essere ovviamente impiegato qualunque dispositivo con prestazioni simili.

Il regolatore U₂ è un classico LM317, che tramite le resistenze R_10,11,12 stabilizza la tensione generata al valore di circa 28 V.

Può essere conveniente ricordare come l’uscita dipenda dal valore delle resistenze secondo la legge generale:

dove:

R₂ è la resistenza fra il pin ADJ ed il riferimento (R₁₀, 6800Ohm nel nostro caso)

R₁ è la resistenza fra il pin USCITA e quello ADJ (R₁₁//R_12, 315 Ohm)

I_ADJ è la corrente in uscita dal pin ADJ e questo termine può sovente essere trascurato (tipico è 100μA).

La tensione ora elevata e stabilizzata al valore necessario (circa 28V), può alimentare il carico, che nel mio caso era appunto un potente ed affidabile relé transfer R&S che richiede per commutare, l’alimentazione sulla bobina specifica della porta da attivare.

In condizioni di ricezione, il transistor Q₃ è interdetto e quindi il suo collettore sarà ad una tensione prossima a quella di alimentazione permettendo quindi la polarizzazione di Q₄ alla saturazione (V_ce ≃ 0). Così facendo la bobina RX del relè sarà alimentata, così come la sua spia, il diodo led D₆.

Alimentando invece l’ingresso PTT del circuito con 12V, si attiva il fotoaccoppiatore FC₁ che a sua volta porta alla saturazione Q₃, attivando così la bobina Tx del relè. Con Q₃ in saturazione, la sua V_ce sarà prossima a zero, portando all’interdizione Q₄ e con questo spegnendo l’altro carico.

FC₁ può essere un generico fotoaccoppiatore con uscita a transistor, capace di almeno 5-10mA e nessun’altra particolare specifica.

D_3,4 sono I classici diodi di ricircolo in parallelo alle bobine del relè ed hanno la funzione di smorzare il transitorio di apertura. Quasi qualunque diodo da almeno 50-100V ed 1A andrà benissimo.

D5 serve a garantire con ampio margine di tensione e leggero anticipo temporale l’interdizione di Q₄ (e quindi lo spegnimento del relè Rx) quando Q₃ è attivato.

Per finire questa parte, puo essere di vantaggio per il lettore disporre nella tabella seguente della piedinatura dei componenti attivi consigliati:

Da 12V a 9,18,30V per circuiti complessi e sintonizzazione

Questo schema nasce da una mia passata esigenza di alimentare a batteria 12V un sintonizzatore Tv satellite normalmente funzionante alla tensione di rete a 230Vac. Questi dispositivi richiedono spesso ben 3 tensioni:

• 9 & 18 V per la logica e gli amplificatori

• 30V per la sintonia a varicap

Al di là dell’uso specifico che mi portò a progettarlo, credo sia un circuito molto flessibile ed idoneo a risolvere differenti ed attuali problemi.

Illustrazione 3: Schema suggerito per alimentatore 18-30V

La parte più “ovvia” è quella relativa all’uscita a 9V, realizzata con un comune integrato di stabilizzazione lineare (U₂, famiglia 7809). Data la sua semplicità, questa sezione non merita ulteriori approfondimenti.

Vediamo invece come realizzare le uscite a 18 e 30V.

Il cuore del circuito è l’oscillatore già analizzato nel circuito precedente.

Questa volta però, pilota due sezioni di commutazione di potenza indipendenti e ambedue riferite a massa, le cui uscite, poste opportunamente “in serie”, permettono di raggiungere le tensioni più elevate richieste.

All’uscita (capi di C_6,10) della prima sezione infatti si concretizzeranno circa 22V coi quali alimentare un comune stabilizzatore integrato a 18V (U₃, 7818).

Sommando a questa uscita la tensione generata dall’altra coppia di commutatori (Q_3,4) si oltrepassano i 30V minimi richiesti.

La serie di cinque diodi zener D_7,8,9,10,11 serve a limitare la tensione in uscita a non oltre circa 38V, sia nel caso di carico non connesso sia di tensione di alimentazione dell’intero circuito superiore ai 12V (ad esempio i 13,8V disponibili nello shack).

Per finire anche questa volta, può essere di vantaggio per il lettore disporre nella tabella seguente della piedinatura dei componenti attivi suggeriti:

Conclusioni:

Confido che I due semplici schemi proposti possano risolvere molti problemi di alimentazione specie “on field”. I circuiti sono semplici, facilmente replicabili ed adattabili ad esigenze differenti, nonché dotati di una buona efficienza. Non mi rimane quindi che augurare buone alimentazioni a tutti!

73, Pierluigi