IN3AQK Hamradio station: Lipo 4s e apparati radio

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Si tratta di un oggetto misterioso, ma per dirla più tecnicamente un "Power conditioner" per utilizzare le batterie Lipo 4s con i nostri apparati radio.

Da anni pratico l'aeromodellismo con propulsione elettrica ed utilizzo gli accumulatori LiPo (Litio Polimeri) .

Su wikipedia trovate un'ampia trattazione su questi tipi di accumulatori:

LiPo Wikipedia

Normalmente nella mia attività in portatile con lo Yaesu Ft-817 utilizzo le LiPo 3S con capacità di circa 2200 mAh 25C , che sono sufficienti per circa due ore di attività full Power.

3S vuol dire che hanno 3 celle LiPo in serie, quindi un totale di 11,1 V

Qui nasce la discussione perchè molti credono erroneamente che l'FT817 abbia bisogno di 13,8V per fornire la massima potenza. La trattazione a riguardo non è argomento di questo post, vi rimando a questa ottima analisi di K6XX.
Guardate i pdf qui sotto per avere una visione completa

FT-817 Transmit Current at 5W Output graph

Power conversion efficiency: RF output power vs. total DC input power graph.

This graph shows the (slight) variation in FT-817 RF output power as the DC input voltage varies.

Se guardate i grafici notate che le LiPo 3S sono perfette per l'FT-817

Recentemente mi hanno regalato due pacchi LiPo 4s che purtroppo hanno una tensione nominale di 14,8V. Non sapendo come usarle ho fatto due conti e mi sono inventato questo oggetto.

Secondo i manuale del Yaesu Ft-817 e del Icom 7100 la tensione ammissibile arriva a 16V.
In realtà le LiPo 4s appena caricate arrivato tranquillamente a quasi 16 V ed inoltre sinceramente non me la sento di stressare gli apparati cosi tanto.
Infatti specialmente il Ft-817 già da 10.5 V fornisce 5W e tutto l'eccesso di tensione viene dissipato in calore.

Ci sono vari metodi per abbassare la tensione di un pacco di accumulatori.
L'ideale è quello di utilizzare uno step-down converter, problemi:

Lo step-down usa la tecnologia switching e genera un po di disturbi se non fatto bene;
Uno step-down per FT-817 (3A) costa pochi euro, ma per il 7100 mi costerebbe parecchio per usarlo poco;
Un circuito in più che si può rompere lontano da casa.

Un esempio di step-down da 3A è quello riportato nella foto. Utilizza un circuito integrato LM2596 a si trova su Ebay a circa 3€. Ho provato ad utilizzarlo con l'FT817 e funziona abbastanza bene anche se la versione che si trova già pronta usa il PCB come dissipatore.

Per sopportare le correnti in gioco con l'ICOM 7100 servirebbe uno step-down da 15A.

Incredibilmente anche questi si trovano su Ebay allo stesso prezzo con addirittura il display.

Sinceramente non me la sento di collegare 1000€ di apparato radio ad un regolatore da 3€!!

Gli step-down converter sarebbero comunque ideali perchè hanno una elevata efficienza sopra il 70% ed in pratica non dissipano energia a differenza degli LDO come ad esempio LM-317 o la serie 78xx.

La tensione però si può abbassare anche mettendo alcuni diodi al silicio di potenza in serie, ogni diodo ha una caduta di 0,6 V.
Si si tratta in pratica di un LDO, ma non volevo spender soldi forse avevo tutto in casa.

Ho quindi deciso di rovistare nei cassetti, perchè diodi di potenza ovviamente non ne avevo!!

Ho trovato alcuni ponti di Graetz per alimentatori a doppia semionda AC-DC, ponti da 25A nominali, che contengono 4 diodi. Più che sufficienti sia per lo Yaesu che per l'ICOM

Lo schema del ponte di Graetz è il seguente

Ho deciso quindi di mettere in serie all'alimentazione degli apparati due ponti di Graetz completi.

Vengono ovviamente utilizzati solo i terminali di Output - e + i terminali di input sono stati tagliati.

Utilizzando due ponti in serie ottengo alcuni risultati interessanti:

Ho due coppie di diodi in parallelo e quindi ben 50A (Con dissipatore) di corrente massima.
Ho ben 4 diodi al silicio in serie per una caduta totale di 2,4 V quindi da 14.8 V posso scendere a 12,4V
Posso usare 4 diodi, 2 diodi o nessuno, giocando opportunamente con i faston di connessione

Quindi mano a mano che la tensione scende diventato via via più accettabile per gli apparati posso staccare dei diodi a piacimento. Sul FT-817 serve a poco, anzi, ma sul 7100 è utile, dato che gradisce tensioni alte.

ATTENZIONE:
Ho scritto che i due diodi sono in parallelo e quindi con una corrente doppia. Questo in realtà non è completamente vero. I diodi hanno un VF (0,6V) probabilmente differente uno rispetto all'altro e quindi quello con la VF più bassa dissiperà più potenza.
In qualsiasi caso il singolo diodo è in grado da solo di dissipare tutta la potenza in gioco.

Attenzione le LiPo non amano tensioni inferiori a circa 3V per cella, quindi a 12V mi devo fermare.

Dato che uso il voltmetro dell'FT-817 per conoscere la tensione devo calcolare la tensione di stop al contrario tenendo conto dei diodi inseriti.

Questo circuito comunque va utilizzato sotto costante monitoraggio, perchè la tensione delle LiPo va continuamente monitorata e in caso di corto circuito di un diodo tutta la tensione arriva all'apparato.

Completa il tutto un bel fusibile, cavi al silicone, connettori Deans e XC60 da modellismo.

I due ponti sono incollati con della colla epossidica.

Vista d'insieme, sono tutti pezzi di recupero

Tutti i quattro diodi sono inserito 2,4 V di caduta, notare la saldatura che unisce di due ponti

Solo due Diodi inseriti, 1,2 V di caduta

Nessun diodo inserito

Importante notare che la tensione sul FT-817 va letta in ricezione, quando si va in trasmissione la tensione scende di circa 1,5 Volt per vari motivi: