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Il ripple

Indice Argomento Corrente

1 - Schema del circuito di prova

2 - Ripple

3 - Conclusioni

1- Schema circuito di prova

Per il circuito di prova abbiamo realizzato un classico alimentatore con trasformatore, ponte di diodi e condensatore.
Abbiamo utilizzato un ponte di diodi a semiconduttore per semplicità.
Per le misure è stato utilizzato un oscilloscopio digitale picoscope settato con una risoluzione a 12Bit per avere una maggiore precisione di misura.

Nello specifico il condensatore C1 ha una capacità di 10.000uF e 6.800uF e il resistore di carico ha una resistenza di 16 Ohm.
Il trasformatore è da 18V, il ponte di diodi è da 10A ed è fissato su una aletta di raffreddamento.

2 - Ripple

Ora guardiamo più da vicino il caso reale con tutte le misure del caso.

Nell'immagine in alto il ripple sul carico nel circuito in esame.
Misura eseguita in AC con condensatore da 10.000uF.

Nell'immagine in alto la composizione spettrale del ripple.
Si possono vedere la frequenza fondamentale a 100Hz e tutte le armoniche fino a 1,4KHz di ampiezza decrescente.

Nell'immagine in alto la tensione sul carico misurata in DC.

Nell'immagine in alto un'altra misura del ripple in cui si evidenzia la dissimmetria fra fronte di salita e discesa.
Misura eseguita in AC.

Nell'immagine in alto un'altra misura del ripple in cui si evidenzia la dissimmetria fra fronte di salita e discesa.
Misura eseguita in AC con condensatore da 6800uF.
Si può apprezzare che la tensione picco a picco del ripple è aumentata in virtù della più bassa capacità utilizzata.

Nell'immagine in alto l'analisi spettrale del ripple ottenuta sul carico utilizzando il condensatore da 6800uF.
Come vedete è sostanzialmente invariata rispetto a quella ottenuta con il condensatore da 10000uF.
Sotto una visione diversa dello stesso dato.

Ora analizziamo nel dettaglio la forma d'onda del ripple.
Nella immagine sotto è evidenziato il tempo di salita.
Detto tempo oltre che dalla forma d'onda della tensione di carica è influenzato anche dalla resitenza parassita a monte del condensatore, costituita dalla resistenza del primario del trasformatore, i flussi dispersi sul nucleo, le perdite per correnti indotte nel nucleo, la resistenza del secondario e quella dei diodi rettificatori.
Il contenuto spettrale di questa forma d'onda ha armoniche apprezzabili fino a 1,4KHz.
Se in fronte di salita fosse più ripido il contenuto in armoniche, sia come ampiezza che come frequenza sarebbe più grande.
Quindi se noi avessimo utilizzato un diodo rettificatore a vuoto che è caratterizzato da una grande resistenza serie il contenuto in armoniche del ripple sarebbe più contenuto e la tensione massima in uscita, per la caduta di tensione sul diodo, più bassa.

Tempo di salita del ripple, dovuto alla resistenza serie parassita dell'alimentatore.

Tempo di discesa del ripple, dovuto alla resistenza di carico che scarica il condensatore di filtraggio.

Sopra il circuito con evidenziata la resistenza parassita RS che è data da:

• Resistenza del primario del trasformatore

• Flussi magnetici dispersi

• Correnti parassite o correnti di Foucault nel nucleo del trasformatore e nei metalli in prossimità di esso

• Resistenza del secondario

• Resistenza dei diodi rettificatori

• Resistenza parassita del condensatore C1

• Resistenza dei fili di collegamento

Ovviamente più bassa è RS e migliore è la qualità dei singoli componenti, tuttavia maggiore sarà l'ampiezza delle armoniche del ripple, se guardiamo bene RS e C1 costituiscono un circuito integratore.

3 - Conclusioni

In un alimentatore classico il ripple ha una distribuzione spettrale limitata, una volta eliminata la fondamentale a 100Hz il resto viene di conseguenza.
La frequenza massima per cui è possibile trovare ancora armoniche dei 100Hz è abbastanza bassa da non costituire un problema sia per quello che riguarda disturbi condotti che irradiati come invece succede con gli alimentatori switching.
Molto più difficile è limitare la frequenza fondamentale del ripple che è 100Hz utilizzando un ponte di Graetz come rettificatore per la rete di distribuzione a 50Hz.
Sugli apparati militari mobili (navi, aerei) in genere la frequenza di rete è 400Hz quindi la frequenza fondamentale del ripple è 800Hz, in questo caso occorrono capacità ed induttanze di filtraggio molto più modeste.