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Del ft817(nd) e della sua alimentazione

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Tutto nasce una sera in sezione quando chiaccherando piacevolmente finiamo a parlare del FT817 e delle sue caratteristiche di potenza con alimentazione a batteria.
Io avevo visto poco tempo prima delle misure fatte da un americano che, andando a memoria, dimostravano che fino a 11V di alimentazione l'817 riesce a tirar fuori tutti i suoi 5 Watt.
Non solo, si trovano in giro dei progetti di power conditioner studiati appositamente per alimentare questa radio con giusto quel tanto di tensione che le serve proteggendola al contempo da sovratensioni e inversioni di polarità che, diciamocelo, non le sono molto gradite.
Questa chiaccherata ha acceso in me il sacro fuoco del "devo andare in fondo alla faccenda".

(english translation available HERE)

I giorni successivi quindi parto con la fase di indagine di quanto si trova già in giro.
Noto subito che praticamente tutti i progetti che trovo si basano su regolatori di tensioni (tipo 7809 per intenderci) quindi certo abbassano la tensione in uscita ma semplicemente sprecando il surplus.
Unico progetto di cui sono a conoscenza che invece usa uno switching è di KA7OEI che con il suo sito http://www.ka7oei.com fa da certo riferimento quando si parla del 817. Non si è nemmeno limitato a regolare la tensione di alimentazione ma addirittura la abbassa ulteriormente fino a 8V quando la radio è in ricezione, un grande!
Però proprio leggendo con attenzione il sito in questione noto delle piccole discrepanze con le misure, decisamente approssimative, che avevo fatto tempo addietro per verificare come andasse la radio alimentandola con celle LiPo 3S (che hanno una tensione caratteristica di 11,1V).
Mi sono anche accorto che tutti parlano del FT817 mentre io ho un ND ed è risaputo che questa versione è stata modificata nella parte di amplificazione di potenza.
Ormai era fatta, stavo già pensando a come fare tutte le misure del caso per dipanare i dubbi.

 

Il progetto
Lo scopo finale che mi sono prefisso, al di la della questione puramente accademica, era di ottenere il massimo dalle batterie che uso per le attività in portatile, in particolare nelle attivazioni SOTA dove il peso e l'affidabilita` dell'attrezzatura sono fondamentali.
Come accennato sono approdato a celle LiPo 3S per il loro peso e, grazie ai consigli raccolti nel forum dedicato al 817 su Yahoo http://groups.yahoo.com/group/FT817/, ho acquistato delle 3,6A/h da 200gr dalla germania nate per il modellismo dinamico che volendo starebbero anche dentro il vano batterie della radio. In realt√† io le tengo all'esterno ma tant'√® ... avrei anche potuto prendere delle batterie di capacit√† superiore evitando quindi di portarne pi√Ļ di una quando faccio le attivazioni ma visto che il guasto pu√≤ sempre capitare averle divise limita il rischio di restare senza alimentazione in caso di problemi.
In ogni caso l'idea di strizzarle fino all'osso senza sprechi e senza perdere di potenza mi stuzzicava troppo.
Il progetto di KA7OEI mi piace proprio ma soffre di un paio di difetti non indifferenti: prima di tutto usa componenti ormai vetusti difficili da reperire e che certo non possono competere con gli ultimi nati in termini di efficienza, poi il circuito è un buck (cioè un convertitore verso il basso) studiato per lavorare con alimentazione di oltre 12V mentre le mie batterie vanno ben sotto (per le celle 3S la tensione minima di scarica è 9,9V).
L'idea che mi stava balenando era di progettare quindi un buck-boost sfruttando l'idea di KA7OEI di variare la tensione di uscita dal convertitore quando la radio è in ricezione per ottenere il massimo risparmio di energia.
La prima cosa da fare però è decidere quale deve essere la tensione di alimentazione in trasmissione, si sarebbe quindi trattato di effettuare tutte le misure del caso per individuare il valore minimo che permetta alla radio di uscire a piena potenza.

Le misure
Per le misure ho usato l'oscilloscopio di cui dispongo che arriva fino a 70MHz (ed è anche l'unico strumento calibrato che ho) per misurare la tensione ai capi del carico fittizzio con un canale e contemporaneamente la tensione di alimentazione con un altro.
Ho fatto preventivamente un po' di misure a campione per pianificare il tutto al meglio, in questa fase ho verificato che il consumo di corrente non cambia in maniera significativa al variare della tensione di alimentazione e si assesta a circa 300mA in ricezione e 2A in trasmissione.
Ho però notato che il comportamento nelle varie bande è differente e ho quindi deciso che avrei effettuato le misure in tutte le bande disponibili abbassando man mano la tensione di un decimo di volt circa fino al limite sopportato dalla radio.
Visto il gran numero di punti ho provveduto ad automatizzare per quanto mi era possibile il procedimento. Ho scritto un semplice programmino in python che, dopo aver impostato l'oscilloscopio, nell'ordine:

  • comanda la radio sul centro banda
  • imposta la scala dei tempi in funzione della frequenza
  • manda la radio in trasmissione
  • attende il temine dell'acquisizione da parte dell'oscilloscopio
  • ferma la trasmissione
  • legge le 2 misure di tensione e la frequenza del trigger per verifica quindi le salva in un file CSV
  • ripete dall'inizio per tutte le bande per 4 misure ciascuna
  • al termine attende che venga variata la tensione di alimentazione e alla pressione di un tasto ricomincia da capo

Alla fine di tutto mi sono ritrovato con un 1500 misure dei valori della tensione efficace sul carico fittizzio, è bastato quindi applicare la ben nota formula P=V^2/R e riportare tutto su un grafico.
Il risultato √® visibile in figura, si nota immediatamente che per ciascuna frequenza la potenza resta pressoch√® costante fino a quando la tensione di alimentazione non passa una soglia, diversa per ciascuna banda, sotto la quale la potenza cala linearmente. Per le frequenze pi√Ļ basse la tensione soglia scende fino quasi agli 8V, sotto questi in ogni caso la radio semplicemente si spegne.

Prima di partire con la progettazione vera e propria ho ritenuto opportuno valutare quale sarebbe stato il risparmio di energia grazie al convertitore e soprattutto se il risparmio ottenuto con la doppia tensione TX/RX giustificava la maggior complessità della realizzazione.
Dopo le prime ipotesi ho ritenuto che la tensione di 9,9V per la trasmissione fosse il giusto compromesso per poter usare un semplice (e pi√Ļ efficiente) buck piuttosto che un buck/boost, la perdita di potenza anche nelle bande pi√Ļ sensibili √® ancora limitata e l'ho ritenuta accettabile.
Ho infine ipotizzato un'efficienza del 95% del convertitore e un duty cycle TX/RX del 25% ottendo un risparmio di poco pi√Ļ del 10%, un po' deludente considerate queste ipotesi decisamente ottimistiche.
Va poi considerato che uno switching avrebbe richiesto particolare attenzione nella realizzazione per evitare di introdurre rumore nel ricevitore, questo sinceramente era l'aspetto della progettazione che pi√Ļ mi preoccupava.
Se infine ripensiamo al detto "quello che non c'√® non si rompe" conviene decisamente portarsi una batteria in pi√Ļ. PUNTO!

Già che c'ero ho rifatto i conti con delle ipotesi leggermente diverse: 13,8V di tensione alla batteria e un duty cycle del 10% che ho ritenuto rappresentativi di un uso seppur portatile ma meno spinto di un'attivazione.
In questo caso si potrebbe arrivare ad un risparmio del 32% ma il maggior guadagno dovuto alla doppia alimentazione è solo del 8% che non giustifica a mio parere la complicazione che questo comporta.
Con queste ipotesi quindi potrebbe essere interessante l'uso di un convertitore semplice ma di buona efficienza.


Conclusioni
Tirando le somme mi sento quindi di confermare che la scelta fatta da molti delle batterie LiPo 3S, senza alcun power conditioner, come fonte di alimentazione per l'uso portatile dell'817 è la migliore e non comporta perdite rilevanti di potenza neanche nell'ipotesi di spremere le celle fino alla loro tensione di massima scarica (3,3V per cella).Per l'uso invece con batterie al piombo (o comunque con tensioni di alimentazione superiori) varrebbe la pena di introdurre un convertitore di tensione, ma non è questo il mio caso.

73 de IZ3MGE Marco

Ultimo aggiornamento Domenica 14 Settembre 2014 09:20