15 VOLTS up to 40 AMPS
by: August Hoecker, W8MIA
A Reprint by Permission of
antenneX Online Magazine
http://www.antennex.com

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!

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 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.

(°)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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