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Piccola guida a PSU designer II

Un ottimo ausilio per la progettazione di un alimentatore è un software che è fornito gratuitamente da Duncan amps: il PSU designer II.
Questo software permette di disegnare facilmente un alimentatore con diverse tipologie di raddrizzatore e di introdurre tra i vari stadi di filtraggio disponibili ( RC ed LC ) anche dei carichi ( pozzi di corrente ).
L'analisi ci da sia un risultato numerico che un risultato grafico.
 
Senza dilungarci sul funzionamento del programma, questa piccola guida è fatta per spiegare velocemente come usarlo e lo faremo con un esempio pratico, poi data la semplicità con un po' di pratica sarà immediato sfruttarne le potenzialità.
 
Innanzitutto bisogna scaricare il programma messo cortesemente a disposizione da Duncan's Amp
che potete scaricare QUI.
Una volta installato il software, controllate che in Options siano spuntate le caselle "allow warnings" che fa sì che durante la simulazione vengano mostrati degli avvisi per possibili problemi del circuito ( sovracorrenti o sovratensioni ed altro ) ed eventualmente "Dual axis " che permette di avere la rappresentazione grafica di correnti e tensioni su due separati grafici cartesiani. ( comodo per gli alimentatori in alta tensione dove correnti e tensioni sono diverse in modulo di svariati ordini di grandezza ).
Controlliamo anche che "accuracy" sia su High e che "Mains" sia sui 50Hz.
Fatto questo il nostro software è pronto per essere utilizzato.
 
Iniziamo col prendere confidenza con l'area di disegno, dove "costruiremo" il nostro circuito di alimentazione:
Per prima cosa muovendo il mouse nell'area notiamo che si evidenziano o dei blocchi oppure dei singoli componenti.
Proviamo ad evidenziare il primo blocco da sinistra passandoci sopra col mouse ( dove c'è il trasformatore ed i 4 diodi ) e poi clicchiamo col pulsante destro.

Primo blocco pulsante DX
ora clicchiamo su "Change". Ci si aprirà una finestrella con le varie opzioni, lì selezioniamo Full Wave dalla colonna "Vacuum tube" .
Selezionare tubes full wave

Evidenziamo ora il raddrizzatore, selezioniamo Edit e dal menu a tendina scegliamo 5Y3-GT
Selezionare raddrizzatore
selezionare 5Y3GT

ora evidenziamo il secondo blocco, slezioniamo Change e dal menu selezioniamo RC Filter
Selezionare Change sul secondo blocco
Selezionare RC filter

adesso è il momento di inserire un nuovo blocco.

Nota: i blocchi vengono SEMPRE inseriti prima di quello selezionato e ci sono alcune piccole regole da rispettare ( altrimenti il programma stesso provvederà ad avvertirvi che non si può fare ).

  1. Una simulazione valide richede la presenza di almeno due blocchi
  2. Ci deve essere una sirgente ( traformatore, rettificatore e DEVE essere ilprimo blocco.
  3. Ci deve essere un carico ( resistivo o pozzo di corrente ) e DEVE essere l'ultimo blocco
  4. I blocchi con filtri solo capacitivi possono essere messi solo dopo il primo blocco.
  5. Un pozzo di corrente non può essere messo nè subito dopo l'ingresso nè immediatamente prima del carico, inoltre  non possono essere messi due pozzi di corrente in blocchi consecutivi

Nel caso non venisse rispettata una di queste regole, il software stesso provvederà ad avvisarvi

Evidenziamo il carico, e col pulsante destro facciamo comparire il menu e selezioniamo il tipo di blocco ( LC )

Menu inserimento bloccoSelezionare LC

il nostro circuito dovrebbe apparire così:
Circuito finito

Provvediamo ora a  sistemare i valori dei vari componenti:
evidenziamo il componente C1 e col destro facciamo apparire Edit e lo selezioniamo
Edit valore C1
Nel menu che appare inseriamo i valori che ci interessano, nel nostro caso 8u ( u = micro )
inserire valore
ripetimo la stessa cosa per gli altri componeti fino ad ottenere un circuito con i valori di quello qui sotto
circuito fiito
Nota:
i vaori possono essere scritti o in maniera lineare ( 0.000008 ) oppure si  può aggiungere un suffisso che vale per l'esponente in notazione ingegneristica ( 8u ) i suffissi sono i seguenti :
M = mega  = 1000000 = 10^6
>k = Kilo = 1000 = 10^3
m = milli = 0.001 = 10^-3
u = micro = 0.000001 = 10^-6
n = nano = 0.000000001 = 10^-9
p = pico = 0.000000000001 = 10^-12
questo è utile per evitare di scrivere montagne di zeri che spesso portano a grossolani errori di svista.


Se avete qualche dubbio di avere fatto le cose per bene potete scaricare QUI il file del circuito
Ora è il momento di prepararsi per la simulazione.
Iniziamo immettendo i valori di durata e ritardo nella raccolta dei valori della simulazione:
durata e ritardo dati simulazione
nel nostro caso raccogliamo i dati per 200ms dopo un ritardo di 10 secondi ( 10 secondi dall'accensione ), il che ci permette di vedere il funzionamento del circuito a regime dopo il transiente all'accensione.
Premiamo il tasto Simulate ed  attendiamo i risultati.
Ci appare però una finestrella:
esempio avviso
questo è una delle varie segnalazioni che il programma ci da per correggere il tiro.
Qui ad esempio dice che la corrente massima ripetitiva sopportabile dal raddrizzatore è stata superata, una possibile opzione è quella di aumentare il valore di R1, oppure diminuire il valore di C1.
Nota: se avessimo fatto la simulazione per solo 160ms anziché 200ms non avremmo ricevuto questa segnalazione, perché l'allarme di IRFM richiede  che la corrente venga superata nel medesimo modo per più di 18 cicli.
Una volta dato OK ci vengono mostrati i risultati della simulazione.
output numerico simulazine
vediamo che abbiamo 6 colonne:

ResultMinMaxDiffMeanRMS

Result è il nome del parametro selezionato ( es: I(C1) ci mostra la corrente che fluisce attraverso C1 )
Min è il valore minimo, Max il massimo, Diff  la differenza tra minimo e massimo ( l'escursione del parametro ), Mean il valore medio del parametro e RMS il valore RMS del parametro.

Tutti i parametri sono indicativi, ma alcuni sono più importanti e da prendsere più in considerazione:

  • I(T1) ci mostra la corrente che fluisce attraverso il trasformatore ed è utile per dimensionare il secondario del trasformatore: dobbiamo comunicare al trasformatorista  il valore RMS del parametro ed eventualmente Max ( il massimo, nel caso esso sia molto maggiore del valore RMS )
  • V(R2) ci mostra la tensione che cade sul carico, è importante tenere d'occhio Diff che è il ripple per vedere sel lo consideriamo accettabile.

Quanto detto sopra vale se  come nell'esempio facciamo iniziare la raccolta dei dati dopo alcuni secondi, quando il transiente di accensione è praticamente finito

Ora spuntiamo una casella, ad esempio V(R2), nel riquadro di  destra apparirà il grafico relativo ai campioni raccolti nell'arco di tempo desiderato
Grafico campioni

Una buona prassi una volta "tarato" il circuito è quello di fare una seconda simulazione a partire da t=0, cioè da 0 secondi, per vedere il transiente di accensione e verificare che non metta sotto stress i componenti.
Simulazione da t = 0
Dal grafico sotto vediamo subito una cosa:
Tensione su C2,R2
all'accensione  la tensione su C2 raggiunge un picco di 341V, il si avvicina al limite del dielettrico di un condensatore da 350V, ma  non crea problemi, se però il picco fosse arrivato a 400V sarebbe stato il caso di adottare un condensatore da almeno 450V.

Alcuni suggerimenti e trucchetti:
i condensatori e le induttanze hanno un parametro Resistance, questo si può trovare nei datasheet; nel condensatore è chiamata ESR ( Equivalent Series Resistance ), mentre per l'induttanza è la resistenza in continua dell'avvolgimento.
Un'altra ottima caratteristica è quella  di poter inserire come carico un pozzo di corrente cosa abbastanza utile se si vuole capire il comportamento dell'alimentatore con uno stadio di amplificazione in classe A.

Il pozzo di corrente può anche fungere da "stepped Load", cioè cambiare il valore di assorbimento ad un determinato istante t1.

qui ad esempio passiamo da 100mA a 140mA all'istante t=160ms.
stepped load


facciamo la simulazione per 300ms e vediamo cosa ci dice il grafico.
Scalinoa 160ms
E' un buon sistema per verificare come si comporta un amplificatore in classe B a pieno carico.
Vediamo che a vuoto la tensione anodica è di 335V ed a pieno carico cade a 305V.

 

Detto questo non vi resta che continuare a provare ed otterrete degli ottimi risultati.