Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato...

37
Elettronica Elettronica n° 16 - 2020 n° 16 - 2020 Ad Alta Tensione con Tracciacurve Ad Alta Tensione con Tracciacurve Elimina Code Elimina Code a Controllo Vocale a Controllo Vocale Le Applicazioni dei Le Applicazioni dei Sensori di Temperatura Sensori di Temperatura LED Driver: LED Driver: Quale Scegliere? Quale Scegliere? Maker Maker & & Alimentatore Alimentatore L'Evoluzione dei Microfoni L'Evoluzione dei Microfoni Dip-Switch per Arduino Dip-Switch per Arduino

Transcript of Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato...

Page 1: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

ElettronicaElettronicandeg 16 - 2020ndeg 16 - 2020

Ad Alta Tensione con TracciacurveAd Alta Tensione con Tracciacurve

Elimina CodeElimina Codea Controllo Vocalea Controllo Vocale

Le Applicazioni deiLe Applicazioni deiSensori di TemperaturaSensori di Temperatura

LED DriverLED DriverQuale ScegliereQuale Scegliere

MakerMakerampamp

AlimentatoreAlimentatore

LEvoluzione dei MicrofoniLEvoluzione dei Microfoni

Dip-Switch per ArduinoDip-Switch per Arduino

ElettronicaElettronica

Se leggi queste righe probabilmente non ci conosci permettimi di presentarti la nostra rivista

in poche parole EampM nasce agli albori del 2018 come progetto editoriale eco-sostenibile che

pur non utilizzando carta mantiene il formato e lrsquoorganizzazione delle pagine di una rivista

classica in un file pdf Il tutto con lrsquoaggiunta delle piene funzionalitagrave offerte dai collegamenti

ipertestuali che con buona pace degli amanti del classico sulla carta stampata per il momento

non si trovano In altre parole EampM si pone un porsquo come ldquoanello mancanterdquo tra lrsquoimmensa

pletora ndash incontrollata e non necessariamente sempre affidabile nei contenuti ndash dei blog a

carattere tecnico e il mezzo tradizionale che odora di inchiostro Uno degli intenti principali del

progetto doveva essere la facilitagrave di comunicazione tra lettore e autore per colmare unrsquoaltra

delle lacune fondamentali della stampa tradizionale ovvero ldquola barriera della redazionerdquo che

da sempre in quellrsquoambiente si era frapposta tra le parti Oggi le cose sono profondamente

cambiate chiunque legga i nostri articoli puograve interagire con gli autori in un click privatamente o

in pubblico sul sito o sulla nostra pagina di FaceBook che sta diventando un ulteriore punto di

incontro Usatela per i vostri post a tema e condividetela il piugrave possibile con gli amici

Dallo scorso numero 14 in poi EampM ospita le Pagine di Elektor la storica rivista Olandese

a diffusione mondiale leader di settore Quanto segue egrave solo unanteprima del numero completo

che potrai scaricare gratuitamente registrandoti dal sito di ElettronicaampMaker assieme a tutti

quelli giagrave pubblicati

A presto eBuona lettura

Roberto Armani

EDITORIALE

Il Nostro Progetto

MakerMaker

Sommario

rarmanielettronicaemakerit

ampamp

Numero 16 - 2020Numero 16 - 2020

58

34

46

20

14

Ora EampM egrave anche su

Seguici

4

Egrave molto probabile che ogni hobbista abbia almeno un alimentatore sul proprio tavolo da lavoro Sulla lista degli strumenti indispensa-bili in laboratorio si colloca a pari merito con saldatore e multimetro Il tipo piugrave comune egrave un dispositivo relativamente compatto con

un intervallo di tensione duscita fino a 60 V e una erogazione di corrente che arriva al massimo a ununica cifra Ciograve egrave piugrave che sufficiente per la stragrande maggioranza dei circuiti che si desideri alimentare in un laboratorio Ma a volte si incontrano apparati

speciali che richiedono tensioni piugrave alte e questa eventualitagrave si verifica in modo parti-colare lavorando con circuiti a valvole Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli-cazioni per alta tensione possiamo usare la tecnologia moderna per integrare un paio

Alimentatore ad Alta Tensione con TracciacurveGenera tensioni fino a 400 V e traccia le curve caratteristiche di valvole e transistorDi Rainer Schuster (Germania)

Questo alimentatore universale ad alta tensione egrave in grado di alimentare non soltanto i circuiti valvolari ma puograve anche essere utilizzato per tracciare le curve caratteristiche di valvole e semiconduttori Lunitagrave egrave controllata da un Raspberry Pi dotato di un touchscreen da sette pollici

homelab project

Heater +Anode -

Heater -

Grid 1 -Grid 1 +Anode +Grid 2 +

Grid 2 -Tube AdaptorBinder99 6501 000 08

13

8

4

52

6

7

230V50Hz

12

3

LineFilter

2AT

Power switch

Power supply5V 2A min

123

45

6

Raspberry PiDisplay

Connector

7rsquorsquo Touch Display

+5V +5V

GND GND

USB

GNDVBUS

RJ4587654321

BV 0194666TR1

100V50mA

350V50mA

12V3A

330V500mA

230V500mA

110V500mA

0

F1

F4

F3

F2

50mAT

50mAT

4AT

063AT

X3-2

X3-1X7-2

X7-1X5-2

X5-1

X1-1

X1-2

X1-3

X1-4

LED2

LED4

LED3

LED1

X4-1

X4-2

X8-1

X8-2

X6-1

X6-2

X2-1

X2-2

Distributionboard

X1-GRID1-2

X1-GRID2-2

X1-GRID1-1

X1-GRID2-1

X3-GRID1-1

X3-GRID2-1

X3-GRID1-2

X3-GRID2-2

LED1-GRID1

LED1-GRID2

LED1-HEATER

LED1-ANODE

LED2 GRID1

LED2 GRID2

LED2 HEATER

LED2 ANODE

X1110

X4

+12V

+12V

+12V

+12V

-12V

-12V

-12V

-12V

X1010

10

10

Grid1 voltage 140V

Grid2 voltage 500V

X4

X4

X4

X2-3

X2-3

X2-3

X2-2

X2-2

X2-2

X2-1

X2-1

X2-1

X1-HEATER-2

X1-ANODE-2

X3-HEATER-1

X3-ANODE-1

X1-HEATER-1

X1-ANODE-1

X3-HEATER-2

X3-ANODE-2

Heater voltage 17V

Anode supply 150-470V

X9

X12

Q1IRFBE30

Q2IRF1010N

Q3SPW32N50C3

180183-031 KD

J840

SV2

J82

J86

J84

J814

Grid1 supply0100V30mA

GRID1-2

GRID1-1

Grid2 supply0400V30mA

GRID2-2

GRID2-1

HEATER supply014V3A

HEATER-2

HEATER-1

ANode supply 0400V350mA

ANODE-2

ANODE-1

VoltageCurrent regulator GRID1

VoltageCurrent regulator GRID2

VoltageCurrent regulator HEATER

VoltageCurrent regulator ANODE

Figura 1 Lo schema a blocchi dellalimentatore ad alta tensione offre una panoramica delle interconnessioni tra i diversi moduli

4 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Le Pagine di

due canali con risoluzione a 10-bit MCP4812 Questo dispositivo contiene un riferimento di tensione interno a 2048 V che puograve essere raddoppiato a 4096 V con un comando SPI La tensione duscita egrave scalata da R17 e R18 e quella ai capi di R18 viene digitalizzata con un convertitore AD a 12-bit LTC1298 e inviata a sua volta al Raspberry Pi Per la regolazione della corrente la tensione su R14 viene moltiplicata per cinque con un op-amp Questa tensione che rappresenta la corrente in uscita viene inviata al Raspberry Pi tramite il secondo canale del convertitore AD Per isolare i segnali SPI MOSI MISO SCLK e LDAC e quelli di chip select per i convertitori AD e DA vengono utilizzati fotoaccop-piatori ad alta velocitagrave 6N137 Questultimi vengono pilotati da un 74HC04 Naturalmente ciascuna scheda di regola-zione richiede a sua volta una propria alimentazione interna galvanicamente isolata Un convertitore DCDC TMA0512 genera le tensioni di plusmn12 V richieste dagli op-amp ricavandole dalluscita a 5 V della scheda del Raspberry Pi Oltre a essere

tato tra 110 V 220 V e 330 V tramite i relegrave K1 e K2 Questi sono controllati via software usando i pin GPIO 20 e 21 del Raspberry Pi La Figura 2 illustra lo schema elettrico della scheda di distribuzione

Schede di regolazioneCiascuna scheda di regolazione contiene convertitori AD e DA per predisporre e misurare tensione e corrente in uscita Il Raspberry Pi comunica con questi conver-titori mediante linterfaccia SPI i cui segnali sono isolati galvanicamente dal Raspberry Pi

FunzionamentoLa Figura 3 illustra il principio di funziona-mento del circuito regolatore Il MOSFET T2 egrave configurato come regolatore serie Dato che abbiamo a che fare con tensioni elevate e T2 egrave controllato da un comune operazio-nale con alimentazione a plusmn12 V il terminale positivo della tensione duscita egrave collegato al riferimento di terra dellrsquoop-amp Per controllare i punti di regolazione di tensione e corrente viene utilizzato un DAC a

di utili funzioni supplementari E per rdquotecno-logia modernardquo intendiamo un Raspberry Pi La nostra applicazione non egrave particolar-mente esigente per cui non ci serviragrave il Pi nella versione piugrave recente (la 4) un modello della versione 2 o 3 saragrave piugrave che sufficiente Linterfaccia utente con display acquista una veste molto moderna con limpiego di un touchscreen da sette pollici Attraverso il software sono state anche implementate funzioni molto utili come la possibilitagrave di tracciare le curve caratteristiche di valvole e semiconduttori

Hardware dellalimentatore Naturalmente lalimentatore egrave in grado di generare piugrave di una semplice uscita ldquoad alta tensionerdquo (Nello scrivere abbiamo notato che di norma questa definizione si applica a valori superiori a 15 kV e il limite di questo alimentatore egrave molto piugrave basso) Per alimen-tare una valvola non basta lalta tensione anodica ma serve anche unalimentazione supplementare per il filamento Se per di piugrave vogliamo anche tracciare la sua curva ci servono ulteriori tensioni da applicare alle griglie di controllo e di schermo Nel nostro progetto tutte queste tensioni e i relativi limiti di corrente sono regolabili Lrsquohardware che regola tensioni e correnti delle singole uscite consiste di quattro alimentatori indipendenti galvanicamente isolati a vicenda Sono in grado di generare le uscite che seguono bull Anodo 0 - 400 V 0 - 300 mAbull Griglia di controllo 0 - 100 V 0 - 30 mAbull Griglia schermo 0 - 400 V 0 - 30 mAbull Filamento 0 - 14 V 0 - 3 A La Figura 1 illustra lo schema a blocchi dellalimentatore e i collegamenti tra i singoli moduli Le sue funzionalitagrave principali sono svolte dalla scheda di distribuzione e dai moduli di regolazione indipendenti

Scheda di Distribuzione La scheda di distribuzione ospita raddriz-zatori condensatori di filtro e fusibili per le diverse schede di regolazione SV2 egrave un connettore a 40-vie che collega le porte IO del Raspberry Pi e i segnali SPI che vengono inviati alle schede di regolazione con X9 - X12 Allo scopo di ridurre la potenza dissi-pata dai transistor di regolazione duscita lavvolgimento del trasformatore usato per generare la tensione anodica viene commu-

Figura 2 Schema elettrico della scheda di distribuzione

330V

220V

110V

0V

To Mains Transformer

X1-1

X1-2

X1-3

X1-4F3

063AT

D81N4007

D91N4007

K1K2

40524052

22

1 1

S2

O2

P2 P2S2

O2

R3105W

D1

D2

D3

D4

BY500

BY500

BY500

BY500 R4

R5

100k

100k

100k

100k

C1330micro

400V

C2330micro

400V

C3330micro400V

C4330micro400V

R6

R7

R8

150k

X2-2

X2-1

LED1

T1BS170

T2BS170

R20

10k

R19

10k

R11k

R21k

GPIO20

GPIO21

12V3A

X5-1

X5-2

4AT

F2

AC1

AC2

- +

4700micro25V

C6R15

1k

R10

12k

LED3

Anode RegulatorInput Voltage

Heater Regulator Input

X6-2

X6-1

50mATX3-1

X3-2

100V20mA

D5

D6

D7

D10

C5

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

10micro350V

R9

100k

LED2

R11

150k

X4-2

X4-1

Grid1 Input Voltage

Grid2 Input Voltage

X8-2

X8-1

X7-1

X7-2

50mAT

F1

F4 D11

D12

D13

D14

330V20mA

C7

C8

R12

R13

R14

LED447

0k

100k

100k

100micro350V

100micro350V

+5V

180183-032 KD

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 5

Input voltage 500V max

X1-1

X1-2

X2-1

X2-2

X2-3

C11)

C22)

R11100

T23)

KK14)

T1BC547

R146)

C5 R15

100k

7)X3-2

X3-1Output

U_ACT

JP11

R410k

LT1079

IC1D 13

1214

R310k

IC4A

LT1078

12

3

R175)

C9

10n

IC1A

LT1079

3

21 R16

10k

D7

1N4148

IC1B

LT1079

5

67

C8

10nR24

47k

R18

10k

R5

4k

R6

1k

LT1078

IC4B

75

6

R110k

R210k R25

47k

IC1C

LT1079

10

98

JP2

JP3

JP4

JP5

1

1

1

1

V+

C1310micro25V

C1410micro25V

R26

10k

R27

10k

C17100n

C18100n

C3100n

C4100n

C6

C7100n

100n

1) 47n630V for Grid1 Grid2 Anode supply150n100V for Heater supply

2) 56micro450V for Grid1 supply47n630V for Grid 2 and Anode supply100micro63V for Heater supply

3) IRF830A for Grid supply with Heatsink SK129 (4) 5) 1M f Grid2 and Anode supply 270k for Grid1 supply

33k for Heater supply

6) 22 for Grid 1 and Grid 2 supply 22 for Anode supply 022 2W for Heater supply

7) 047micro630V for Grid1 Grid2 and Anode supply 47micro63V for Heater supply10mVV Anode and Grid2 supply35mVV Grid1 supply235mVV Heater supply

Ext MOSFET on external heatsinkIRFBE30 for Grid2 supplySPW32N50C3 for Anode supplyIRFP044N for Heater supply

D

G

S

LED1

LED2

U_DEST

I_DEST

I_ACT

+

-

180183-034 KD

Figura 3 Schema a blocchi del circuito dellalimentatore ad alta tensione

Figura 4a Schema elettrico della scheda di regolazione

7 Touchscreen

Raspberry Pi

2 Channel 10 bit DAC

D

A

D

A

Voltage Regulator

Current Regulator

actual current

actual voltage

+12V

-12V

T2MOSFET

T1BC547

R14 R17

R18

X1-1 X1-2

X2-2

X2-1

x11

Destination voltage

04096V

04096V

05V

05V

galvanic isolation

MOSISCK

CS_DAC

LDAC

CS_ADC

MISO

+5V

GND

2 Channel 12 bit ADC

Isolated DCDC converter

HVInput

voltage

180183-033 KD

HVOutput Voltage

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

6 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Le Pagine di

Partecipa alla Elektor C mmunity

wwwelektorcommember

Oppure puoi scegliere

Accesso allrsquoarchivio web Elektor dal 1974 6x Rivista Elektor (Su Carta) 9x Rivista Elektor (PDF) compresa

la rivista Elektor Industry (EN) Sconto del 10 nel nostro web shop e offerte esclusive

DVD-ROM annuale di Elektor

Un account online presso gli Elektor LAB con accesso a oltre 1000 file Gerber e una linea di comunicazione diretta con i nostri esperti Possibilitagrave di pubblicare un proprio progetto o anche di metterlo in vendita sul nostro shop

Sottoscrivi una membership

La Digital membership

GOLDGOLDmembe r s h i p

GREENGREENmembe r s h i p

Accesso allrsquoarchivio web di Elektor Sconto del 10 nel nostro web shop 6x Rivista Elektor (PDF) Offerte esclusive Accesso a piugrave di 1000 file Gerber

Pic Micro

14 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Il DIP switch egrave un insieme di piccoli inter-

ruttori in un DIP (Dual In-line Package) del

tutto simile a quello usato per i circuiti inte-

grati Esso viene utilizzato per configurare

lindirizzo delle periferiche del computer

per modificare la modalitagrave operativa di un

dispositivo o per impostare il codice di un

radiocomando

Normalmente i dip switch richiedono tanti

pin drsquoingresso digitale con resistori di pull-

up abilitati quanti sono i dip usati

Il circuito proposto richiede solo un ingres-

so analogico per quattro dip switch

Questo articolo egrave anche particolarmente

utile per applicazioni con ESP8266 che ha

pochi pin di IO ma ha un ingresso analogi-

co con 1V di fondo-scala

Dopo aver sviluppato un progetto per leg-

gere una tastierina 4x3 con tre ingressi

analogici [1] pensavo di applicare que-

I dip switch sono molto utili per immettere parametri od opzioni nei programmi delle MCU ma richiedono molti ingressi Questo progetto utilizza un solo ingresso analogico di Arduino per quattro dip

di Giovanni Carrera

gcarreraelettronicaemakerit

Dip Switchper Arduino

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 15 Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 15

Se misuriamo la resistenza tra Vo e Gnd si

ha un valore che egrave proporzionale al numero

binario impostato ma la tensione Vo saragrave

pari a

VO=VCCR14(R14+R5)

Dove con R14 ho indicato la somma dei re-

sistori da R1 a R4 non cortocircuitati dai

dip switch Come si vede ora la legge non

egrave lineare ma basta porre R5 abbastanza

grande da minimizzare la variazione di cor-

rente Questo ridurragrave la tensione in uscita

ma settando la tensione di riferimento di

Arduino come ldquoINTERNALrdquo si ottiene un

fondo-scala del convertitore ADC di Ardui-

no UNO pari a circa 11V

Indicando con ldquoONrdquo i singoli dip chiusi e

con ldquoOFFrdquo quelli aperti e ponendo Vcc = 5V

si ottengono i valori espressi nella Tabella 1

dove NADC egrave il numero in uscita del con-

vertitore a 10 bit

Con quattro dip si rappresentano 2^4 = 16

stati diversi che occorre identificare con

precisione

Figura 1 - Schema elettrico del Dip-Switch per Arduino

sta metodologia anche ai dip switch ma le

cose non sono affatto simili I pulsanti si

chiudono solo uno alla volta e sono mono-

stabili mentre i dip sono bistabili e si pos-

sono chiudere anche tutti insieme

Dopo diversi tentativi simulati su calcola-

tore sono arrivato alla sintesi del circuito

mostrato in Figura 1 In teoria i valori dei

resistori R1-R4 dovrebbero essere di 1

2 4 8 kΩ ma anche con i valori standard

che ho usato si ottengono buoni risultati

Pic Micro

16 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Il programma deve discriminare ciascun

stato con due soglie NADC_L (inferiore) e

NADC_H (superiore) Il numero di 10 bit in

uscita dal convertitore deve essere com-

preso tra questi due limiti che ho determi-

nato con plusmn20 unitagrave rispetto al valore NADC

Il diagramma di Figura 2 mostra chiara-

mente gli intervalli e la tensione in uscita

Vo in funzione del numero impostato sui

quattro dip

Come si vede lrsquoandamento egrave abbastanza

lineare e gli intervalli ∆N vanno da un mi-

nimo di 46 a un massimo di 71 per cui le

soglie di plusmn20 non si sovrappongono

Come si vede dalla tabella alimentando il

circuito con Vcc = 5V la tensione in usci-

ta massima egrave di 90844 mV inferiore alla

tensione massima (1100 mV) accettata dal

convertitore Se si avesse la necessitagrave di

un dip switch da 8 pin basta duplicare il

circuito e usare un secondo ingresso ana-

logico In Figura 3 egrave mostrato uno schema

di collegamento dei singoli componenti

Il circuito si realizza con poche saldatu-

re ed egrave anche facile disegnare il circuito

stampato

Tabella 1

D4 D3 D2 D1 N R14 I [mA] Vo [mV] ∆V [mV] NADC ∆N NADC_L NADC_H

ON ON ON ON 0 0 0073 000 0 0 0 0 30

ON ON ON OFF 1 1000 0072 7236 7236 67 67 47 87

ON ON OFF ON 2 2000 0071 14265 7029 133 66 113 153

ON ON OFF OFF 3 3000 0070 21097 6832 196 63 176 216

ON OFF ON ON 4 3920 0069 27215 6118 253 57 233 273

ON OFF ON OFF 5 4920 0068 33689 6475 313 60 293 333

ON OFF OFF ON 6 5920 0068 39989 6300 372 59 352 392

ON OFF OFF OFF 7 6920 0067 46121 6132 429 57 409 449

OFF ON ON ON 8 8200 0066 53735 7614 500 71 480 520

OFF ON ON OFF 9 9200 0065 59508 5773 553 53 533 573

OFF ON OFF ON 10 10200 0064 65134 5626 606 53 586 626

OFF ON OFF OFF 11 11200 0063 70618 5484 657 51 637 677

OFF OFF ON ON 12 12120 0062 75542 4924 703 46 683 723

OFF OFF ON OFF 13 13120 0062 80768 5226 751 48 731 771

OFF OFF OFF ON 14 14120 0061 85867 5099 799 48 779 819

OFF OFF OFF OFF 15 15120 0060 90844 4976 845 46 825 865

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Figura 2 - Intervalli e tensione duscita secondo la posizione dei Dip

Figura 3 - Schema di collegamento

La Figura 4 mostra lrsquoaspetto del mio proto-

tipo visto dal lato componenti e da quello

delle saldature In questo caso ho usato

una piccola scheda millefori da circa 40x30

mm Ho ottimizzato il circuito per Arduino

Genuino Uno e il programma va bene per

MCU tipo ATmega328168 Ma si puograve usa-

re con piccole modifiche anche con altre

MCU come SAMD21G18 montata sulle

schede Arduino Zero e Arduino MKR1000

e anche gli ESP8266 e 32

Per il collegamento con Arduino ho usato

un connettore strip a 3 pin I resistori devo-

no avere una bassa tolleranza io ho usato

quelli a strato metallico da 14W con tol-

leranza di plusmn1 molto comuni e di facile

reperibilitagrave In Figura 5 si vede il cablaggio

tra la scheda DIP e Arduino Uno

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Maker

20 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Giuseppe La Rosa

glarosaelettronicaemakerit

In un mondo dove le code aumentano

notevolmente per lrsquoacquisto di beni e

servizi occorre dotare la propria attivitagrave

commerciale di elimina code in maniera

da avere file di utenti sempre piugrave ordina-

te e tramite la chiamata vocale del turno

e la visualizzazione su display di attirare

lrsquoattenzione anche dellrsquoutente piugrave distratto

cosigrave da evitare perdite di tempo nella ricer-

ca del cliente disattento

Nella figura 2 riportiamo lo schema di fun-

zionamento dellrsquoelimina code vocale

Come potete osservare il tutto egrave gestito

da un applicazione Android che si connet-

te tramite Bluetooth al display a matrice di

LED e ad un altoparlante sempre Blueto-

oth o un altoparlante amplificato dotato di

jack da 35 mm (presa cuffie del telefono o

Tablet)

Lrsquoapplicazione si occupa di inviare il testo

alfanumerico al display mentre allrsquoalto-

Il sistema di gestione e smistamento code che viene proposto in questo articolo permette tramite unrsquoapposita applicazione Android un pannello a matrice di LED e un altoparlante Bluetooth di fare defluire le file con maggiore chiarezza grazie alla chiamata vocale dei turni in aggiunta alla visualizzazione del turno sullrsquoapposito Display

Elimina CodeVocale

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 21

LED (righe) Il MAX7219 in modalitagrave matri-

ce scandisce le 8 righe di 8 colonne LED

uno dopo lrsquoaltro

Accende sempre i LED di una riga per un

certo tempo per poi spegnerli e prosegui-

re con la riga successiva

Ha un oscillatore intero per temporizzare le

operazioni di multiplexing

La modalitagrave (pilotaggio display sette seg-

menti) Decode fa la stessa cosa solo che i

dati trasmessi non vengono interpretati bit

per bit (ogni bit per un LED acceso o spen-

to) ma come codice BCD e visualizzato la

combinazione di segmenti corrispondente

numero La luminositagrave dei display puograve es-

sere controllata con un resistore esterno

connesso tra il piedino 19 (V+) e il piedino

18 (ISET)

La corrente nei LED egrave circa 100 volte la

corrente nel pin 18 (ISET)

Modificando il valore del resistore al pin 18

egrave possibile cambiare questa corrente

La corrente di picco nelle matrici di LED

nominalmente puograve essere fissa o variabile

parlante egrave inviata la sintesi vocale cioegrave la

lettura vocale del testo alfanumerico gene-

rato dallrsquoApplicazione

Il progetto (figura 1) che ci rechiamo a re-

alizzare e a descrivere nelle prossime pa-

gine egrave di facile realizzazione percheacute usa

componenti agevolmente reperibili nel

web e anche percheacute egrave basato sulla piatta-

forma Arduino UNO che ormai egrave abbastan-

za conosciuta sia in abito hobbistico che

specialistico

Nel prossimo paragrafo descriveremo il

driver MAX7219 utilizzato per il controllo

IL DISPLAY DRIVER MAX7219

In questo progetto egrave stato utilizzato un mo-

dulo con abbordo quattro driver MAX7219

(vedi figura 12)

Il MAX7219 egrave stato progettato (vedi figura

3) per controllare display a LED a segmenti

o matrice di punti

In questo caso utilizzato in modalitagrave ma-

trice di LED ogni driver controlla una ma-

trice composta da otto (colonne) per otto

Maker

22 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

(tramite Trimmer) ma deve comunque es-

sere maggiore uguale 953 ohm

Si sconsiglia di non superare i 40 mA per

LED se sono necessarie correnti maggiori

occorreragrave inserire buffer esterni

In ogni caso la corrente complessiva mas-

sima (tutti i LED accesi) non dovragrave supera-

re 330 mA

La luminositagrave del display puograve essere con-

trollata anche in modo digitale utilizzando

lrsquointensity register (per approfondimenti

vedi il Datasheet)

Il controllo viene effettuato mediante il re-

gistro il quale agisce su un circuito PWM

interno Il modulatore suddivide la corrente

media nelle matrici di LED in 16 passi da

un massimo di 3132 fino a un minimo di

132 della corrente di picco imposta al pie-

dino 18

IL CIRCUITO ELETTRICO

Esaminiamo ora in particolare lo schema

elettrico (figura 4) della scheda di controllo

Figura 1 Foto del progetto finito in funzione con indicazione scorrevole

del display Il circuito rende indispensabile

una tensione di alimentazione in corrente

continua di 5 V Prelevata attraverso il con-

nettore micro USB (X1) esso fornisce i 5

V necessari ad alimentare microcontrollore

IC1 il modulo Bluetooth J3 e il modulo di-

splay connesso sul connettore J4

Il circuito assorbe una corrente di circa

1500 mA dunque egrave necessario che la sor-

gente di alimentazione cioegrave lrsquoalimentatore

USB sia in grado di fornire tale intensitagrave di

corrente o una maggiore corrente

Ersquo possibile utilizzare anche un alimentato-

re diverso da uno USB che egrave eventualmen-

te collegabile con due fili al connettore X4

Il connettore J4 (connesso ad IC1) imple-

menta unrsquointerfaccia seriale sincrona che

controlla il modulo display dove sono con-

tenuti i driver MAX7219 (uno per display)

che pilotano le matrici di LED

Si conclude la trattazione e descrizione

dello schema elettrico

Nel prossimo paragrafo passiamo alla rea-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 23

per lrsquointegrato abbiamo utilizzato lrsquoapposi-

to zoccolo per evitare di surriscaldarli du-

rante gli interventi di saldatura

Prima drsquoiniziare a montare i componenti a

montaggio tradizionale occorre montare il

connettore (in SMD) micro USB X1 che va

saldato adoperando un saldatore con pun-

ta sottile e stagno dal diametro di 05 mm

Prima di posizionarlo sulle piazzuole oc-

corre applicare un sottile strato di pasta

saldante per SMD in seguito si puograve passa-

re alle saldature delle due alette laterali ed

infine alla saldatura dei quattro terminali

lizzazione pratica del nostro display a ma-

trice di LED

REALIZZAZIONE PRATICA E COLLAUDO

Per la realizzazione di questo dispositivo

(figura 7) abbiamo approntato un circuito

stampato a doppia faccia (vedi figura 6) le

cui dimensioni sono 935 per 605 millime-

tri Per la costruzione di questa scheda si

devono impiegare i master di figura 6 e i

componenti elencati nellrsquoldquo Elenco Compo-

nentirdquoLrsquooperazione di montaggio di questo

circuito non presenta particolari difficoltagrave

Figura 2 Schema di funzionamento elimina code vocale

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

34 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

LED DriverQuale Scegliere

Dalla sua prima apparizione commerciale negli anni 70 il LED o ldquoLight Emitting Dioderdquo ha fattomolta strada Dal ruolo iniziale di semplice indicatore a quello di componente essenziale per display alfanumerici egrave approdato allrsquoimpiego generalizzato nei pannelli luminosi fino a divenire il protagonista assoluto dellilluminazione globale soppiantando in tempi rapidissimi le fonti luminose tradizionaliIn questo articolo vedremo quali sono le caratteristiche di cui deve disporre un valido alimentatore per sistemi di LED lighting

a cura della Redazione

redazioneelettronicaemakerit

Fino a quando i LED disponibili sul merca-

to erano nientaltro che semplici indica-

tori o display alimentarli era estremamente

semplice e non erano richiesti accorgimenti

particolari se non quello di utilizzare delle

resistenze di limitazione di corrente Al con-

trario da quando si sono affacciati sul mer-

cato i primi componenti a media e alta po-

tenza destinati allilluminazione negli ambiti

piugrave disparati i requisiti sono notevolmente

cambiati Per garantire lefficienza e la lunga

durata di questi semiconduttori alimentan-

doli in modo corretto egrave necessario utilizzare

driver destinati espressamente allo scopo

Percheacute si definiscono ldquodriverrdquo e non piugrave

semplicemente ldquoalimentatorirdquo

Percheacute un driver destinato ai LED non egrave un

semplice alimentatore almeno nella con-

cezione tradizionale del termine Il proget-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 35

La gamma di driver LED di MEAN WELL

to su cui egrave basato tiene conto fin dallinizio

delle caratteristiche specifiche dei LED per

garantirne il funzionamento ottimale una

lunga durata offrire un elevato livello di effi-

cienza energetica e la protezione dai guasti

Un alimentatore classico non potrebbe ga-

rantire tutto questo e per poter svolgere le

stesse funzioni dovrebbe essere integrato

da ulteriore elettronica di controllo

I driver disponibili sul mercato presentano

tutti caratteristiche piugrave o meno simili

Assolutamente no Tra i diversi modelli esi-

stono differenze anche notevoli non trascu-

rabili principalmente dovute alle applica-

zioni di destinazione Tra queste potremmo

distinguere a titolo di esempio alcune ma-

cro-categorie di utilizzo cercando di sinte-

tizzare le caratteristiche di prodotto che di

caso in caso dovremo ricercare nei diversi

dispositivi

ILLUMINAZIONE DOMESTICA

In generale un driver destinato allrsquoillumi-

nazione di abitazioni dovrebbe disporre ri-

spondere ad alcuni requisiti quali

bull Dimensioni ridotte

bull Costo contenuto

bull Potenza medio-bassa

bull Elevato livello di efficienza e affidabilitagrave

36 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

ILLUMINAZIONE

STRADALE

Egrave probabilmente uno degli

impieghi piugrave critici in quan-

to i LED devono funzionare

stabilmente in un condizioni

critiche

Per questo i driver impiega-

ti devono possedere le mi-

gliori caratteristiche di con-

trollo affidabilitagrave e durata

bull Ampio intervallo di tem-

perature di funziona-

mento

bull Efficienza e stabilitagrave elevate

bull Funzionamento a potenza costante

bull Correzione attiva del fattore di potenza

(Active PFC)

bull Alto livello di protezione IP

bull Isolamento Classe 2

bull Possibilitagrave di controllo remoto per fun-

zioni Smart City

bull Ottimo rapporto costoprestazioni

I driver della Serie XLG di Figura 1 dalle di-

mensioni contenute oppure la Serie ELG

dallrsquoottimo rapporto costoprestazioni o la

Serie HLG ad alta efficienza rappresenta-

no una scelta adatta a questo tipo di appli-

cazione

Per un ulteriore risparmio energetico le ver-

sioni D2 delle Serie ELG (opzionale per il

modello HLG) dispongono anche della fun-

zione ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

bull Semplicitagrave di installazione

bull Controllo della luminositagrave semplice ed

immediato (dimming)

bull Lunga durata

Alcuni esempi di soluzione per questa cate-

goria di utilizzo sono rappresentati dai dri-

ver della Serie LDC con potenze da 35 a

80W che permettono il controllo CP (a po-

tenza costante) dei LED

Nel caso di applicazioni che prevedono ca-

ratteristiche di domotica oltre ai precedenti

si dovrebbero considerare

bull Disponibilitagrave di interfacce evolute come

DALI o KNX

bull Possibilitagrave di controllo wireless

La Serie LCM-BLE ad esempio integra la

funzionalitagrave Bluetooth con Mesh Networ-

king facilmente programmabile e controlla-

bile tramite apposita app

Figura 1 Il driver a potenza costante XLG-100-H-A

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 2: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

ElettronicaElettronica

Se leggi queste righe probabilmente non ci conosci permettimi di presentarti la nostra rivista

in poche parole EampM nasce agli albori del 2018 come progetto editoriale eco-sostenibile che

pur non utilizzando carta mantiene il formato e lrsquoorganizzazione delle pagine di una rivista

classica in un file pdf Il tutto con lrsquoaggiunta delle piene funzionalitagrave offerte dai collegamenti

ipertestuali che con buona pace degli amanti del classico sulla carta stampata per il momento

non si trovano In altre parole EampM si pone un porsquo come ldquoanello mancanterdquo tra lrsquoimmensa

pletora ndash incontrollata e non necessariamente sempre affidabile nei contenuti ndash dei blog a

carattere tecnico e il mezzo tradizionale che odora di inchiostro Uno degli intenti principali del

progetto doveva essere la facilitagrave di comunicazione tra lettore e autore per colmare unrsquoaltra

delle lacune fondamentali della stampa tradizionale ovvero ldquola barriera della redazionerdquo che

da sempre in quellrsquoambiente si era frapposta tra le parti Oggi le cose sono profondamente

cambiate chiunque legga i nostri articoli puograve interagire con gli autori in un click privatamente o

in pubblico sul sito o sulla nostra pagina di FaceBook che sta diventando un ulteriore punto di

incontro Usatela per i vostri post a tema e condividetela il piugrave possibile con gli amici

Dallo scorso numero 14 in poi EampM ospita le Pagine di Elektor la storica rivista Olandese

a diffusione mondiale leader di settore Quanto segue egrave solo unanteprima del numero completo

che potrai scaricare gratuitamente registrandoti dal sito di ElettronicaampMaker assieme a tutti

quelli giagrave pubblicati

A presto eBuona lettura

Roberto Armani

EDITORIALE

Il Nostro Progetto

MakerMaker

Sommario

rarmanielettronicaemakerit

ampamp

Numero 16 - 2020Numero 16 - 2020

58

34

46

20

14

Ora EampM egrave anche su

Seguici

4

Egrave molto probabile che ogni hobbista abbia almeno un alimentatore sul proprio tavolo da lavoro Sulla lista degli strumenti indispensa-bili in laboratorio si colloca a pari merito con saldatore e multimetro Il tipo piugrave comune egrave un dispositivo relativamente compatto con

un intervallo di tensione duscita fino a 60 V e una erogazione di corrente che arriva al massimo a ununica cifra Ciograve egrave piugrave che sufficiente per la stragrande maggioranza dei circuiti che si desideri alimentare in un laboratorio Ma a volte si incontrano apparati

speciali che richiedono tensioni piugrave alte e questa eventualitagrave si verifica in modo parti-colare lavorando con circuiti a valvole Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli-cazioni per alta tensione possiamo usare la tecnologia moderna per integrare un paio

Alimentatore ad Alta Tensione con TracciacurveGenera tensioni fino a 400 V e traccia le curve caratteristiche di valvole e transistorDi Rainer Schuster (Germania)

Questo alimentatore universale ad alta tensione egrave in grado di alimentare non soltanto i circuiti valvolari ma puograve anche essere utilizzato per tracciare le curve caratteristiche di valvole e semiconduttori Lunitagrave egrave controllata da un Raspberry Pi dotato di un touchscreen da sette pollici

homelab project

Heater +Anode -

Heater -

Grid 1 -Grid 1 +Anode +Grid 2 +

Grid 2 -Tube AdaptorBinder99 6501 000 08

13

8

4

52

6

7

230V50Hz

12

3

LineFilter

2AT

Power switch

Power supply5V 2A min

123

45

6

Raspberry PiDisplay

Connector

7rsquorsquo Touch Display

+5V +5V

GND GND

USB

GNDVBUS

RJ4587654321

BV 0194666TR1

100V50mA

350V50mA

12V3A

330V500mA

230V500mA

110V500mA

0

F1

F4

F3

F2

50mAT

50mAT

4AT

063AT

X3-2

X3-1X7-2

X7-1X5-2

X5-1

X1-1

X1-2

X1-3

X1-4

LED2

LED4

LED3

LED1

X4-1

X4-2

X8-1

X8-2

X6-1

X6-2

X2-1

X2-2

Distributionboard

X1-GRID1-2

X1-GRID2-2

X1-GRID1-1

X1-GRID2-1

X3-GRID1-1

X3-GRID2-1

X3-GRID1-2

X3-GRID2-2

LED1-GRID1

LED1-GRID2

LED1-HEATER

LED1-ANODE

LED2 GRID1

LED2 GRID2

LED2 HEATER

LED2 ANODE

X1110

X4

+12V

+12V

+12V

+12V

-12V

-12V

-12V

-12V

X1010

10

10

Grid1 voltage 140V

Grid2 voltage 500V

X4

X4

X4

X2-3

X2-3

X2-3

X2-2

X2-2

X2-2

X2-1

X2-1

X2-1

X1-HEATER-2

X1-ANODE-2

X3-HEATER-1

X3-ANODE-1

X1-HEATER-1

X1-ANODE-1

X3-HEATER-2

X3-ANODE-2

Heater voltage 17V

Anode supply 150-470V

X9

X12

Q1IRFBE30

Q2IRF1010N

Q3SPW32N50C3

180183-031 KD

J840

SV2

J82

J86

J84

J814

Grid1 supply0100V30mA

GRID1-2

GRID1-1

Grid2 supply0400V30mA

GRID2-2

GRID2-1

HEATER supply014V3A

HEATER-2

HEATER-1

ANode supply 0400V350mA

ANODE-2

ANODE-1

VoltageCurrent regulator GRID1

VoltageCurrent regulator GRID2

VoltageCurrent regulator HEATER

VoltageCurrent regulator ANODE

Figura 1 Lo schema a blocchi dellalimentatore ad alta tensione offre una panoramica delle interconnessioni tra i diversi moduli

4 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Le Pagine di

due canali con risoluzione a 10-bit MCP4812 Questo dispositivo contiene un riferimento di tensione interno a 2048 V che puograve essere raddoppiato a 4096 V con un comando SPI La tensione duscita egrave scalata da R17 e R18 e quella ai capi di R18 viene digitalizzata con un convertitore AD a 12-bit LTC1298 e inviata a sua volta al Raspberry Pi Per la regolazione della corrente la tensione su R14 viene moltiplicata per cinque con un op-amp Questa tensione che rappresenta la corrente in uscita viene inviata al Raspberry Pi tramite il secondo canale del convertitore AD Per isolare i segnali SPI MOSI MISO SCLK e LDAC e quelli di chip select per i convertitori AD e DA vengono utilizzati fotoaccop-piatori ad alta velocitagrave 6N137 Questultimi vengono pilotati da un 74HC04 Naturalmente ciascuna scheda di regola-zione richiede a sua volta una propria alimentazione interna galvanicamente isolata Un convertitore DCDC TMA0512 genera le tensioni di plusmn12 V richieste dagli op-amp ricavandole dalluscita a 5 V della scheda del Raspberry Pi Oltre a essere

tato tra 110 V 220 V e 330 V tramite i relegrave K1 e K2 Questi sono controllati via software usando i pin GPIO 20 e 21 del Raspberry Pi La Figura 2 illustra lo schema elettrico della scheda di distribuzione

Schede di regolazioneCiascuna scheda di regolazione contiene convertitori AD e DA per predisporre e misurare tensione e corrente in uscita Il Raspberry Pi comunica con questi conver-titori mediante linterfaccia SPI i cui segnali sono isolati galvanicamente dal Raspberry Pi

FunzionamentoLa Figura 3 illustra il principio di funziona-mento del circuito regolatore Il MOSFET T2 egrave configurato come regolatore serie Dato che abbiamo a che fare con tensioni elevate e T2 egrave controllato da un comune operazio-nale con alimentazione a plusmn12 V il terminale positivo della tensione duscita egrave collegato al riferimento di terra dellrsquoop-amp Per controllare i punti di regolazione di tensione e corrente viene utilizzato un DAC a

di utili funzioni supplementari E per rdquotecno-logia modernardquo intendiamo un Raspberry Pi La nostra applicazione non egrave particolar-mente esigente per cui non ci serviragrave il Pi nella versione piugrave recente (la 4) un modello della versione 2 o 3 saragrave piugrave che sufficiente Linterfaccia utente con display acquista una veste molto moderna con limpiego di un touchscreen da sette pollici Attraverso il software sono state anche implementate funzioni molto utili come la possibilitagrave di tracciare le curve caratteristiche di valvole e semiconduttori

Hardware dellalimentatore Naturalmente lalimentatore egrave in grado di generare piugrave di una semplice uscita ldquoad alta tensionerdquo (Nello scrivere abbiamo notato che di norma questa definizione si applica a valori superiori a 15 kV e il limite di questo alimentatore egrave molto piugrave basso) Per alimen-tare una valvola non basta lalta tensione anodica ma serve anche unalimentazione supplementare per il filamento Se per di piugrave vogliamo anche tracciare la sua curva ci servono ulteriori tensioni da applicare alle griglie di controllo e di schermo Nel nostro progetto tutte queste tensioni e i relativi limiti di corrente sono regolabili Lrsquohardware che regola tensioni e correnti delle singole uscite consiste di quattro alimentatori indipendenti galvanicamente isolati a vicenda Sono in grado di generare le uscite che seguono bull Anodo 0 - 400 V 0 - 300 mAbull Griglia di controllo 0 - 100 V 0 - 30 mAbull Griglia schermo 0 - 400 V 0 - 30 mAbull Filamento 0 - 14 V 0 - 3 A La Figura 1 illustra lo schema a blocchi dellalimentatore e i collegamenti tra i singoli moduli Le sue funzionalitagrave principali sono svolte dalla scheda di distribuzione e dai moduli di regolazione indipendenti

Scheda di Distribuzione La scheda di distribuzione ospita raddriz-zatori condensatori di filtro e fusibili per le diverse schede di regolazione SV2 egrave un connettore a 40-vie che collega le porte IO del Raspberry Pi e i segnali SPI che vengono inviati alle schede di regolazione con X9 - X12 Allo scopo di ridurre la potenza dissi-pata dai transistor di regolazione duscita lavvolgimento del trasformatore usato per generare la tensione anodica viene commu-

Figura 2 Schema elettrico della scheda di distribuzione

330V

220V

110V

0V

To Mains Transformer

X1-1

X1-2

X1-3

X1-4F3

063AT

D81N4007

D91N4007

K1K2

40524052

22

1 1

S2

O2

P2 P2S2

O2

R3105W

D1

D2

D3

D4

BY500

BY500

BY500

BY500 R4

R5

100k

100k

100k

100k

C1330micro

400V

C2330micro

400V

C3330micro400V

C4330micro400V

R6

R7

R8

150k

X2-2

X2-1

LED1

T1BS170

T2BS170

R20

10k

R19

10k

R11k

R21k

GPIO20

GPIO21

12V3A

X5-1

X5-2

4AT

F2

AC1

AC2

- +

4700micro25V

C6R15

1k

R10

12k

LED3

Anode RegulatorInput Voltage

Heater Regulator Input

X6-2

X6-1

50mATX3-1

X3-2

100V20mA

D5

D6

D7

D10

C5

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

10micro350V

R9

100k

LED2

R11

150k

X4-2

X4-1

Grid1 Input Voltage

Grid2 Input Voltage

X8-2

X8-1

X7-1

X7-2

50mAT

F1

F4 D11

D12

D13

D14

330V20mA

C7

C8

R12

R13

R14

LED447

0k

100k

100k

100micro350V

100micro350V

+5V

180183-032 KD

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 5

Input voltage 500V max

X1-1

X1-2

X2-1

X2-2

X2-3

C11)

C22)

R11100

T23)

KK14)

T1BC547

R146)

C5 R15

100k

7)X3-2

X3-1Output

U_ACT

JP11

R410k

LT1079

IC1D 13

1214

R310k

IC4A

LT1078

12

3

R175)

C9

10n

IC1A

LT1079

3

21 R16

10k

D7

1N4148

IC1B

LT1079

5

67

C8

10nR24

47k

R18

10k

R5

4k

R6

1k

LT1078

IC4B

75

6

R110k

R210k R25

47k

IC1C

LT1079

10

98

JP2

JP3

JP4

JP5

1

1

1

1

V+

C1310micro25V

C1410micro25V

R26

10k

R27

10k

C17100n

C18100n

C3100n

C4100n

C6

C7100n

100n

1) 47n630V for Grid1 Grid2 Anode supply150n100V for Heater supply

2) 56micro450V for Grid1 supply47n630V for Grid 2 and Anode supply100micro63V for Heater supply

3) IRF830A for Grid supply with Heatsink SK129 (4) 5) 1M f Grid2 and Anode supply 270k for Grid1 supply

33k for Heater supply

6) 22 for Grid 1 and Grid 2 supply 22 for Anode supply 022 2W for Heater supply

7) 047micro630V for Grid1 Grid2 and Anode supply 47micro63V for Heater supply10mVV Anode and Grid2 supply35mVV Grid1 supply235mVV Heater supply

Ext MOSFET on external heatsinkIRFBE30 for Grid2 supplySPW32N50C3 for Anode supplyIRFP044N for Heater supply

D

G

S

LED1

LED2

U_DEST

I_DEST

I_ACT

+

-

180183-034 KD

Figura 3 Schema a blocchi del circuito dellalimentatore ad alta tensione

Figura 4a Schema elettrico della scheda di regolazione

7 Touchscreen

Raspberry Pi

2 Channel 10 bit DAC

D

A

D

A

Voltage Regulator

Current Regulator

actual current

actual voltage

+12V

-12V

T2MOSFET

T1BC547

R14 R17

R18

X1-1 X1-2

X2-2

X2-1

x11

Destination voltage

04096V

04096V

05V

05V

galvanic isolation

MOSISCK

CS_DAC

LDAC

CS_ADC

MISO

+5V

GND

2 Channel 12 bit ADC

Isolated DCDC converter

HVInput

voltage

180183-033 KD

HVOutput Voltage

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

6 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Le Pagine di

Partecipa alla Elektor C mmunity

wwwelektorcommember

Oppure puoi scegliere

Accesso allrsquoarchivio web Elektor dal 1974 6x Rivista Elektor (Su Carta) 9x Rivista Elektor (PDF) compresa

la rivista Elektor Industry (EN) Sconto del 10 nel nostro web shop e offerte esclusive

DVD-ROM annuale di Elektor

Un account online presso gli Elektor LAB con accesso a oltre 1000 file Gerber e una linea di comunicazione diretta con i nostri esperti Possibilitagrave di pubblicare un proprio progetto o anche di metterlo in vendita sul nostro shop

Sottoscrivi una membership

La Digital membership

GOLDGOLDmembe r s h i p

GREENGREENmembe r s h i p

Accesso allrsquoarchivio web di Elektor Sconto del 10 nel nostro web shop 6x Rivista Elektor (PDF) Offerte esclusive Accesso a piugrave di 1000 file Gerber

Pic Micro

14 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Il DIP switch egrave un insieme di piccoli inter-

ruttori in un DIP (Dual In-line Package) del

tutto simile a quello usato per i circuiti inte-

grati Esso viene utilizzato per configurare

lindirizzo delle periferiche del computer

per modificare la modalitagrave operativa di un

dispositivo o per impostare il codice di un

radiocomando

Normalmente i dip switch richiedono tanti

pin drsquoingresso digitale con resistori di pull-

up abilitati quanti sono i dip usati

Il circuito proposto richiede solo un ingres-

so analogico per quattro dip switch

Questo articolo egrave anche particolarmente

utile per applicazioni con ESP8266 che ha

pochi pin di IO ma ha un ingresso analogi-

co con 1V di fondo-scala

Dopo aver sviluppato un progetto per leg-

gere una tastierina 4x3 con tre ingressi

analogici [1] pensavo di applicare que-

I dip switch sono molto utili per immettere parametri od opzioni nei programmi delle MCU ma richiedono molti ingressi Questo progetto utilizza un solo ingresso analogico di Arduino per quattro dip

di Giovanni Carrera

gcarreraelettronicaemakerit

Dip Switchper Arduino

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 15 Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 15

Se misuriamo la resistenza tra Vo e Gnd si

ha un valore che egrave proporzionale al numero

binario impostato ma la tensione Vo saragrave

pari a

VO=VCCR14(R14+R5)

Dove con R14 ho indicato la somma dei re-

sistori da R1 a R4 non cortocircuitati dai

dip switch Come si vede ora la legge non

egrave lineare ma basta porre R5 abbastanza

grande da minimizzare la variazione di cor-

rente Questo ridurragrave la tensione in uscita

ma settando la tensione di riferimento di

Arduino come ldquoINTERNALrdquo si ottiene un

fondo-scala del convertitore ADC di Ardui-

no UNO pari a circa 11V

Indicando con ldquoONrdquo i singoli dip chiusi e

con ldquoOFFrdquo quelli aperti e ponendo Vcc = 5V

si ottengono i valori espressi nella Tabella 1

dove NADC egrave il numero in uscita del con-

vertitore a 10 bit

Con quattro dip si rappresentano 2^4 = 16

stati diversi che occorre identificare con

precisione

Figura 1 - Schema elettrico del Dip-Switch per Arduino

sta metodologia anche ai dip switch ma le

cose non sono affatto simili I pulsanti si

chiudono solo uno alla volta e sono mono-

stabili mentre i dip sono bistabili e si pos-

sono chiudere anche tutti insieme

Dopo diversi tentativi simulati su calcola-

tore sono arrivato alla sintesi del circuito

mostrato in Figura 1 In teoria i valori dei

resistori R1-R4 dovrebbero essere di 1

2 4 8 kΩ ma anche con i valori standard

che ho usato si ottengono buoni risultati

Pic Micro

16 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Il programma deve discriminare ciascun

stato con due soglie NADC_L (inferiore) e

NADC_H (superiore) Il numero di 10 bit in

uscita dal convertitore deve essere com-

preso tra questi due limiti che ho determi-

nato con plusmn20 unitagrave rispetto al valore NADC

Il diagramma di Figura 2 mostra chiara-

mente gli intervalli e la tensione in uscita

Vo in funzione del numero impostato sui

quattro dip

Come si vede lrsquoandamento egrave abbastanza

lineare e gli intervalli ∆N vanno da un mi-

nimo di 46 a un massimo di 71 per cui le

soglie di plusmn20 non si sovrappongono

Come si vede dalla tabella alimentando il

circuito con Vcc = 5V la tensione in usci-

ta massima egrave di 90844 mV inferiore alla

tensione massima (1100 mV) accettata dal

convertitore Se si avesse la necessitagrave di

un dip switch da 8 pin basta duplicare il

circuito e usare un secondo ingresso ana-

logico In Figura 3 egrave mostrato uno schema

di collegamento dei singoli componenti

Il circuito si realizza con poche saldatu-

re ed egrave anche facile disegnare il circuito

stampato

Tabella 1

D4 D3 D2 D1 N R14 I [mA] Vo [mV] ∆V [mV] NADC ∆N NADC_L NADC_H

ON ON ON ON 0 0 0073 000 0 0 0 0 30

ON ON ON OFF 1 1000 0072 7236 7236 67 67 47 87

ON ON OFF ON 2 2000 0071 14265 7029 133 66 113 153

ON ON OFF OFF 3 3000 0070 21097 6832 196 63 176 216

ON OFF ON ON 4 3920 0069 27215 6118 253 57 233 273

ON OFF ON OFF 5 4920 0068 33689 6475 313 60 293 333

ON OFF OFF ON 6 5920 0068 39989 6300 372 59 352 392

ON OFF OFF OFF 7 6920 0067 46121 6132 429 57 409 449

OFF ON ON ON 8 8200 0066 53735 7614 500 71 480 520

OFF ON ON OFF 9 9200 0065 59508 5773 553 53 533 573

OFF ON OFF ON 10 10200 0064 65134 5626 606 53 586 626

OFF ON OFF OFF 11 11200 0063 70618 5484 657 51 637 677

OFF OFF ON ON 12 12120 0062 75542 4924 703 46 683 723

OFF OFF ON OFF 13 13120 0062 80768 5226 751 48 731 771

OFF OFF OFF ON 14 14120 0061 85867 5099 799 48 779 819

OFF OFF OFF OFF 15 15120 0060 90844 4976 845 46 825 865

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Figura 2 - Intervalli e tensione duscita secondo la posizione dei Dip

Figura 3 - Schema di collegamento

La Figura 4 mostra lrsquoaspetto del mio proto-

tipo visto dal lato componenti e da quello

delle saldature In questo caso ho usato

una piccola scheda millefori da circa 40x30

mm Ho ottimizzato il circuito per Arduino

Genuino Uno e il programma va bene per

MCU tipo ATmega328168 Ma si puograve usa-

re con piccole modifiche anche con altre

MCU come SAMD21G18 montata sulle

schede Arduino Zero e Arduino MKR1000

e anche gli ESP8266 e 32

Per il collegamento con Arduino ho usato

un connettore strip a 3 pin I resistori devo-

no avere una bassa tolleranza io ho usato

quelli a strato metallico da 14W con tol-

leranza di plusmn1 molto comuni e di facile

reperibilitagrave In Figura 5 si vede il cablaggio

tra la scheda DIP e Arduino Uno

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Maker

20 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Giuseppe La Rosa

glarosaelettronicaemakerit

In un mondo dove le code aumentano

notevolmente per lrsquoacquisto di beni e

servizi occorre dotare la propria attivitagrave

commerciale di elimina code in maniera

da avere file di utenti sempre piugrave ordina-

te e tramite la chiamata vocale del turno

e la visualizzazione su display di attirare

lrsquoattenzione anche dellrsquoutente piugrave distratto

cosigrave da evitare perdite di tempo nella ricer-

ca del cliente disattento

Nella figura 2 riportiamo lo schema di fun-

zionamento dellrsquoelimina code vocale

Come potete osservare il tutto egrave gestito

da un applicazione Android che si connet-

te tramite Bluetooth al display a matrice di

LED e ad un altoparlante sempre Blueto-

oth o un altoparlante amplificato dotato di

jack da 35 mm (presa cuffie del telefono o

Tablet)

Lrsquoapplicazione si occupa di inviare il testo

alfanumerico al display mentre allrsquoalto-

Il sistema di gestione e smistamento code che viene proposto in questo articolo permette tramite unrsquoapposita applicazione Android un pannello a matrice di LED e un altoparlante Bluetooth di fare defluire le file con maggiore chiarezza grazie alla chiamata vocale dei turni in aggiunta alla visualizzazione del turno sullrsquoapposito Display

Elimina CodeVocale

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 21

LED (righe) Il MAX7219 in modalitagrave matri-

ce scandisce le 8 righe di 8 colonne LED

uno dopo lrsquoaltro

Accende sempre i LED di una riga per un

certo tempo per poi spegnerli e prosegui-

re con la riga successiva

Ha un oscillatore intero per temporizzare le

operazioni di multiplexing

La modalitagrave (pilotaggio display sette seg-

menti) Decode fa la stessa cosa solo che i

dati trasmessi non vengono interpretati bit

per bit (ogni bit per un LED acceso o spen-

to) ma come codice BCD e visualizzato la

combinazione di segmenti corrispondente

numero La luminositagrave dei display puograve es-

sere controllata con un resistore esterno

connesso tra il piedino 19 (V+) e il piedino

18 (ISET)

La corrente nei LED egrave circa 100 volte la

corrente nel pin 18 (ISET)

Modificando il valore del resistore al pin 18

egrave possibile cambiare questa corrente

La corrente di picco nelle matrici di LED

nominalmente puograve essere fissa o variabile

parlante egrave inviata la sintesi vocale cioegrave la

lettura vocale del testo alfanumerico gene-

rato dallrsquoApplicazione

Il progetto (figura 1) che ci rechiamo a re-

alizzare e a descrivere nelle prossime pa-

gine egrave di facile realizzazione percheacute usa

componenti agevolmente reperibili nel

web e anche percheacute egrave basato sulla piatta-

forma Arduino UNO che ormai egrave abbastan-

za conosciuta sia in abito hobbistico che

specialistico

Nel prossimo paragrafo descriveremo il

driver MAX7219 utilizzato per il controllo

IL DISPLAY DRIVER MAX7219

In questo progetto egrave stato utilizzato un mo-

dulo con abbordo quattro driver MAX7219

(vedi figura 12)

Il MAX7219 egrave stato progettato (vedi figura

3) per controllare display a LED a segmenti

o matrice di punti

In questo caso utilizzato in modalitagrave ma-

trice di LED ogni driver controlla una ma-

trice composta da otto (colonne) per otto

Maker

22 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

(tramite Trimmer) ma deve comunque es-

sere maggiore uguale 953 ohm

Si sconsiglia di non superare i 40 mA per

LED se sono necessarie correnti maggiori

occorreragrave inserire buffer esterni

In ogni caso la corrente complessiva mas-

sima (tutti i LED accesi) non dovragrave supera-

re 330 mA

La luminositagrave del display puograve essere con-

trollata anche in modo digitale utilizzando

lrsquointensity register (per approfondimenti

vedi il Datasheet)

Il controllo viene effettuato mediante il re-

gistro il quale agisce su un circuito PWM

interno Il modulatore suddivide la corrente

media nelle matrici di LED in 16 passi da

un massimo di 3132 fino a un minimo di

132 della corrente di picco imposta al pie-

dino 18

IL CIRCUITO ELETTRICO

Esaminiamo ora in particolare lo schema

elettrico (figura 4) della scheda di controllo

Figura 1 Foto del progetto finito in funzione con indicazione scorrevole

del display Il circuito rende indispensabile

una tensione di alimentazione in corrente

continua di 5 V Prelevata attraverso il con-

nettore micro USB (X1) esso fornisce i 5

V necessari ad alimentare microcontrollore

IC1 il modulo Bluetooth J3 e il modulo di-

splay connesso sul connettore J4

Il circuito assorbe una corrente di circa

1500 mA dunque egrave necessario che la sor-

gente di alimentazione cioegrave lrsquoalimentatore

USB sia in grado di fornire tale intensitagrave di

corrente o una maggiore corrente

Ersquo possibile utilizzare anche un alimentato-

re diverso da uno USB che egrave eventualmen-

te collegabile con due fili al connettore X4

Il connettore J4 (connesso ad IC1) imple-

menta unrsquointerfaccia seriale sincrona che

controlla il modulo display dove sono con-

tenuti i driver MAX7219 (uno per display)

che pilotano le matrici di LED

Si conclude la trattazione e descrizione

dello schema elettrico

Nel prossimo paragrafo passiamo alla rea-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 23

per lrsquointegrato abbiamo utilizzato lrsquoapposi-

to zoccolo per evitare di surriscaldarli du-

rante gli interventi di saldatura

Prima drsquoiniziare a montare i componenti a

montaggio tradizionale occorre montare il

connettore (in SMD) micro USB X1 che va

saldato adoperando un saldatore con pun-

ta sottile e stagno dal diametro di 05 mm

Prima di posizionarlo sulle piazzuole oc-

corre applicare un sottile strato di pasta

saldante per SMD in seguito si puograve passa-

re alle saldature delle due alette laterali ed

infine alla saldatura dei quattro terminali

lizzazione pratica del nostro display a ma-

trice di LED

REALIZZAZIONE PRATICA E COLLAUDO

Per la realizzazione di questo dispositivo

(figura 7) abbiamo approntato un circuito

stampato a doppia faccia (vedi figura 6) le

cui dimensioni sono 935 per 605 millime-

tri Per la costruzione di questa scheda si

devono impiegare i master di figura 6 e i

componenti elencati nellrsquoldquo Elenco Compo-

nentirdquoLrsquooperazione di montaggio di questo

circuito non presenta particolari difficoltagrave

Figura 2 Schema di funzionamento elimina code vocale

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

34 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

LED DriverQuale Scegliere

Dalla sua prima apparizione commerciale negli anni 70 il LED o ldquoLight Emitting Dioderdquo ha fattomolta strada Dal ruolo iniziale di semplice indicatore a quello di componente essenziale per display alfanumerici egrave approdato allrsquoimpiego generalizzato nei pannelli luminosi fino a divenire il protagonista assoluto dellilluminazione globale soppiantando in tempi rapidissimi le fonti luminose tradizionaliIn questo articolo vedremo quali sono le caratteristiche di cui deve disporre un valido alimentatore per sistemi di LED lighting

a cura della Redazione

redazioneelettronicaemakerit

Fino a quando i LED disponibili sul merca-

to erano nientaltro che semplici indica-

tori o display alimentarli era estremamente

semplice e non erano richiesti accorgimenti

particolari se non quello di utilizzare delle

resistenze di limitazione di corrente Al con-

trario da quando si sono affacciati sul mer-

cato i primi componenti a media e alta po-

tenza destinati allilluminazione negli ambiti

piugrave disparati i requisiti sono notevolmente

cambiati Per garantire lefficienza e la lunga

durata di questi semiconduttori alimentan-

doli in modo corretto egrave necessario utilizzare

driver destinati espressamente allo scopo

Percheacute si definiscono ldquodriverrdquo e non piugrave

semplicemente ldquoalimentatorirdquo

Percheacute un driver destinato ai LED non egrave un

semplice alimentatore almeno nella con-

cezione tradizionale del termine Il proget-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 35

La gamma di driver LED di MEAN WELL

to su cui egrave basato tiene conto fin dallinizio

delle caratteristiche specifiche dei LED per

garantirne il funzionamento ottimale una

lunga durata offrire un elevato livello di effi-

cienza energetica e la protezione dai guasti

Un alimentatore classico non potrebbe ga-

rantire tutto questo e per poter svolgere le

stesse funzioni dovrebbe essere integrato

da ulteriore elettronica di controllo

I driver disponibili sul mercato presentano

tutti caratteristiche piugrave o meno simili

Assolutamente no Tra i diversi modelli esi-

stono differenze anche notevoli non trascu-

rabili principalmente dovute alle applica-

zioni di destinazione Tra queste potremmo

distinguere a titolo di esempio alcune ma-

cro-categorie di utilizzo cercando di sinte-

tizzare le caratteristiche di prodotto che di

caso in caso dovremo ricercare nei diversi

dispositivi

ILLUMINAZIONE DOMESTICA

In generale un driver destinato allrsquoillumi-

nazione di abitazioni dovrebbe disporre ri-

spondere ad alcuni requisiti quali

bull Dimensioni ridotte

bull Costo contenuto

bull Potenza medio-bassa

bull Elevato livello di efficienza e affidabilitagrave

36 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

ILLUMINAZIONE

STRADALE

Egrave probabilmente uno degli

impieghi piugrave critici in quan-

to i LED devono funzionare

stabilmente in un condizioni

critiche

Per questo i driver impiega-

ti devono possedere le mi-

gliori caratteristiche di con-

trollo affidabilitagrave e durata

bull Ampio intervallo di tem-

perature di funziona-

mento

bull Efficienza e stabilitagrave elevate

bull Funzionamento a potenza costante

bull Correzione attiva del fattore di potenza

(Active PFC)

bull Alto livello di protezione IP

bull Isolamento Classe 2

bull Possibilitagrave di controllo remoto per fun-

zioni Smart City

bull Ottimo rapporto costoprestazioni

I driver della Serie XLG di Figura 1 dalle di-

mensioni contenute oppure la Serie ELG

dallrsquoottimo rapporto costoprestazioni o la

Serie HLG ad alta efficienza rappresenta-

no una scelta adatta a questo tipo di appli-

cazione

Per un ulteriore risparmio energetico le ver-

sioni D2 delle Serie ELG (opzionale per il

modello HLG) dispongono anche della fun-

zione ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

bull Semplicitagrave di installazione

bull Controllo della luminositagrave semplice ed

immediato (dimming)

bull Lunga durata

Alcuni esempi di soluzione per questa cate-

goria di utilizzo sono rappresentati dai dri-

ver della Serie LDC con potenze da 35 a

80W che permettono il controllo CP (a po-

tenza costante) dei LED

Nel caso di applicazioni che prevedono ca-

ratteristiche di domotica oltre ai precedenti

si dovrebbero considerare

bull Disponibilitagrave di interfacce evolute come

DALI o KNX

bull Possibilitagrave di controllo wireless

La Serie LCM-BLE ad esempio integra la

funzionalitagrave Bluetooth con Mesh Networ-

king facilmente programmabile e controlla-

bile tramite apposita app

Figura 1 Il driver a potenza costante XLG-100-H-A

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 3: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Numero 16 - 2020Numero 16 - 2020

58

34

46

20

14

Ora EampM egrave anche su

Seguici

4

Egrave molto probabile che ogni hobbista abbia almeno un alimentatore sul proprio tavolo da lavoro Sulla lista degli strumenti indispensa-bili in laboratorio si colloca a pari merito con saldatore e multimetro Il tipo piugrave comune egrave un dispositivo relativamente compatto con

un intervallo di tensione duscita fino a 60 V e una erogazione di corrente che arriva al massimo a ununica cifra Ciograve egrave piugrave che sufficiente per la stragrande maggioranza dei circuiti che si desideri alimentare in un laboratorio Ma a volte si incontrano apparati

speciali che richiedono tensioni piugrave alte e questa eventualitagrave si verifica in modo parti-colare lavorando con circuiti a valvole Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli-cazioni per alta tensione possiamo usare la tecnologia moderna per integrare un paio

Alimentatore ad Alta Tensione con TracciacurveGenera tensioni fino a 400 V e traccia le curve caratteristiche di valvole e transistorDi Rainer Schuster (Germania)

Questo alimentatore universale ad alta tensione egrave in grado di alimentare non soltanto i circuiti valvolari ma puograve anche essere utilizzato per tracciare le curve caratteristiche di valvole e semiconduttori Lunitagrave egrave controllata da un Raspberry Pi dotato di un touchscreen da sette pollici

homelab project

Heater +Anode -

Heater -

Grid 1 -Grid 1 +Anode +Grid 2 +

Grid 2 -Tube AdaptorBinder99 6501 000 08

13

8

4

52

6

7

230V50Hz

12

3

LineFilter

2AT

Power switch

Power supply5V 2A min

123

45

6

Raspberry PiDisplay

Connector

7rsquorsquo Touch Display

+5V +5V

GND GND

USB

GNDVBUS

RJ4587654321

BV 0194666TR1

100V50mA

350V50mA

12V3A

330V500mA

230V500mA

110V500mA

0

F1

F4

F3

F2

50mAT

50mAT

4AT

063AT

X3-2

X3-1X7-2

X7-1X5-2

X5-1

X1-1

X1-2

X1-3

X1-4

LED2

LED4

LED3

LED1

X4-1

X4-2

X8-1

X8-2

X6-1

X6-2

X2-1

X2-2

Distributionboard

X1-GRID1-2

X1-GRID2-2

X1-GRID1-1

X1-GRID2-1

X3-GRID1-1

X3-GRID2-1

X3-GRID1-2

X3-GRID2-2

LED1-GRID1

LED1-GRID2

LED1-HEATER

LED1-ANODE

LED2 GRID1

LED2 GRID2

LED2 HEATER

LED2 ANODE

X1110

X4

+12V

+12V

+12V

+12V

-12V

-12V

-12V

-12V

X1010

10

10

Grid1 voltage 140V

Grid2 voltage 500V

X4

X4

X4

X2-3

X2-3

X2-3

X2-2

X2-2

X2-2

X2-1

X2-1

X2-1

X1-HEATER-2

X1-ANODE-2

X3-HEATER-1

X3-ANODE-1

X1-HEATER-1

X1-ANODE-1

X3-HEATER-2

X3-ANODE-2

Heater voltage 17V

Anode supply 150-470V

X9

X12

Q1IRFBE30

Q2IRF1010N

Q3SPW32N50C3

180183-031 KD

J840

SV2

J82

J86

J84

J814

Grid1 supply0100V30mA

GRID1-2

GRID1-1

Grid2 supply0400V30mA

GRID2-2

GRID2-1

HEATER supply014V3A

HEATER-2

HEATER-1

ANode supply 0400V350mA

ANODE-2

ANODE-1

VoltageCurrent regulator GRID1

VoltageCurrent regulator GRID2

VoltageCurrent regulator HEATER

VoltageCurrent regulator ANODE

Figura 1 Lo schema a blocchi dellalimentatore ad alta tensione offre una panoramica delle interconnessioni tra i diversi moduli

4 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Le Pagine di

due canali con risoluzione a 10-bit MCP4812 Questo dispositivo contiene un riferimento di tensione interno a 2048 V che puograve essere raddoppiato a 4096 V con un comando SPI La tensione duscita egrave scalata da R17 e R18 e quella ai capi di R18 viene digitalizzata con un convertitore AD a 12-bit LTC1298 e inviata a sua volta al Raspberry Pi Per la regolazione della corrente la tensione su R14 viene moltiplicata per cinque con un op-amp Questa tensione che rappresenta la corrente in uscita viene inviata al Raspberry Pi tramite il secondo canale del convertitore AD Per isolare i segnali SPI MOSI MISO SCLK e LDAC e quelli di chip select per i convertitori AD e DA vengono utilizzati fotoaccop-piatori ad alta velocitagrave 6N137 Questultimi vengono pilotati da un 74HC04 Naturalmente ciascuna scheda di regola-zione richiede a sua volta una propria alimentazione interna galvanicamente isolata Un convertitore DCDC TMA0512 genera le tensioni di plusmn12 V richieste dagli op-amp ricavandole dalluscita a 5 V della scheda del Raspberry Pi Oltre a essere

tato tra 110 V 220 V e 330 V tramite i relegrave K1 e K2 Questi sono controllati via software usando i pin GPIO 20 e 21 del Raspberry Pi La Figura 2 illustra lo schema elettrico della scheda di distribuzione

Schede di regolazioneCiascuna scheda di regolazione contiene convertitori AD e DA per predisporre e misurare tensione e corrente in uscita Il Raspberry Pi comunica con questi conver-titori mediante linterfaccia SPI i cui segnali sono isolati galvanicamente dal Raspberry Pi

FunzionamentoLa Figura 3 illustra il principio di funziona-mento del circuito regolatore Il MOSFET T2 egrave configurato come regolatore serie Dato che abbiamo a che fare con tensioni elevate e T2 egrave controllato da un comune operazio-nale con alimentazione a plusmn12 V il terminale positivo della tensione duscita egrave collegato al riferimento di terra dellrsquoop-amp Per controllare i punti di regolazione di tensione e corrente viene utilizzato un DAC a

di utili funzioni supplementari E per rdquotecno-logia modernardquo intendiamo un Raspberry Pi La nostra applicazione non egrave particolar-mente esigente per cui non ci serviragrave il Pi nella versione piugrave recente (la 4) un modello della versione 2 o 3 saragrave piugrave che sufficiente Linterfaccia utente con display acquista una veste molto moderna con limpiego di un touchscreen da sette pollici Attraverso il software sono state anche implementate funzioni molto utili come la possibilitagrave di tracciare le curve caratteristiche di valvole e semiconduttori

Hardware dellalimentatore Naturalmente lalimentatore egrave in grado di generare piugrave di una semplice uscita ldquoad alta tensionerdquo (Nello scrivere abbiamo notato che di norma questa definizione si applica a valori superiori a 15 kV e il limite di questo alimentatore egrave molto piugrave basso) Per alimen-tare una valvola non basta lalta tensione anodica ma serve anche unalimentazione supplementare per il filamento Se per di piugrave vogliamo anche tracciare la sua curva ci servono ulteriori tensioni da applicare alle griglie di controllo e di schermo Nel nostro progetto tutte queste tensioni e i relativi limiti di corrente sono regolabili Lrsquohardware che regola tensioni e correnti delle singole uscite consiste di quattro alimentatori indipendenti galvanicamente isolati a vicenda Sono in grado di generare le uscite che seguono bull Anodo 0 - 400 V 0 - 300 mAbull Griglia di controllo 0 - 100 V 0 - 30 mAbull Griglia schermo 0 - 400 V 0 - 30 mAbull Filamento 0 - 14 V 0 - 3 A La Figura 1 illustra lo schema a blocchi dellalimentatore e i collegamenti tra i singoli moduli Le sue funzionalitagrave principali sono svolte dalla scheda di distribuzione e dai moduli di regolazione indipendenti

Scheda di Distribuzione La scheda di distribuzione ospita raddriz-zatori condensatori di filtro e fusibili per le diverse schede di regolazione SV2 egrave un connettore a 40-vie che collega le porte IO del Raspberry Pi e i segnali SPI che vengono inviati alle schede di regolazione con X9 - X12 Allo scopo di ridurre la potenza dissi-pata dai transistor di regolazione duscita lavvolgimento del trasformatore usato per generare la tensione anodica viene commu-

Figura 2 Schema elettrico della scheda di distribuzione

330V

220V

110V

0V

To Mains Transformer

X1-1

X1-2

X1-3

X1-4F3

063AT

D81N4007

D91N4007

K1K2

40524052

22

1 1

S2

O2

P2 P2S2

O2

R3105W

D1

D2

D3

D4

BY500

BY500

BY500

BY500 R4

R5

100k

100k

100k

100k

C1330micro

400V

C2330micro

400V

C3330micro400V

C4330micro400V

R6

R7

R8

150k

X2-2

X2-1

LED1

T1BS170

T2BS170

R20

10k

R19

10k

R11k

R21k

GPIO20

GPIO21

12V3A

X5-1

X5-2

4AT

F2

AC1

AC2

- +

4700micro25V

C6R15

1k

R10

12k

LED3

Anode RegulatorInput Voltage

Heater Regulator Input

X6-2

X6-1

50mATX3-1

X3-2

100V20mA

D5

D6

D7

D10

C5

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

10micro350V

R9

100k

LED2

R11

150k

X4-2

X4-1

Grid1 Input Voltage

Grid2 Input Voltage

X8-2

X8-1

X7-1

X7-2

50mAT

F1

F4 D11

D12

D13

D14

330V20mA

C7

C8

R12

R13

R14

LED447

0k

100k

100k

100micro350V

100micro350V

+5V

180183-032 KD

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 5

Input voltage 500V max

X1-1

X1-2

X2-1

X2-2

X2-3

C11)

C22)

R11100

T23)

KK14)

T1BC547

R146)

C5 R15

100k

7)X3-2

X3-1Output

U_ACT

JP11

R410k

LT1079

IC1D 13

1214

R310k

IC4A

LT1078

12

3

R175)

C9

10n

IC1A

LT1079

3

21 R16

10k

D7

1N4148

IC1B

LT1079

5

67

C8

10nR24

47k

R18

10k

R5

4k

R6

1k

LT1078

IC4B

75

6

R110k

R210k R25

47k

IC1C

LT1079

10

98

JP2

JP3

JP4

JP5

1

1

1

1

V+

C1310micro25V

C1410micro25V

R26

10k

R27

10k

C17100n

C18100n

C3100n

C4100n

C6

C7100n

100n

1) 47n630V for Grid1 Grid2 Anode supply150n100V for Heater supply

2) 56micro450V for Grid1 supply47n630V for Grid 2 and Anode supply100micro63V for Heater supply

3) IRF830A for Grid supply with Heatsink SK129 (4) 5) 1M f Grid2 and Anode supply 270k for Grid1 supply

33k for Heater supply

6) 22 for Grid 1 and Grid 2 supply 22 for Anode supply 022 2W for Heater supply

7) 047micro630V for Grid1 Grid2 and Anode supply 47micro63V for Heater supply10mVV Anode and Grid2 supply35mVV Grid1 supply235mVV Heater supply

Ext MOSFET on external heatsinkIRFBE30 for Grid2 supplySPW32N50C3 for Anode supplyIRFP044N for Heater supply

D

G

S

LED1

LED2

U_DEST

I_DEST

I_ACT

+

-

180183-034 KD

Figura 3 Schema a blocchi del circuito dellalimentatore ad alta tensione

Figura 4a Schema elettrico della scheda di regolazione

7 Touchscreen

Raspberry Pi

2 Channel 10 bit DAC

D

A

D

A

Voltage Regulator

Current Regulator

actual current

actual voltage

+12V

-12V

T2MOSFET

T1BC547

R14 R17

R18

X1-1 X1-2

X2-2

X2-1

x11

Destination voltage

04096V

04096V

05V

05V

galvanic isolation

MOSISCK

CS_DAC

LDAC

CS_ADC

MISO

+5V

GND

2 Channel 12 bit ADC

Isolated DCDC converter

HVInput

voltage

180183-033 KD

HVOutput Voltage

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

6 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Le Pagine di

Partecipa alla Elektor C mmunity

wwwelektorcommember

Oppure puoi scegliere

Accesso allrsquoarchivio web Elektor dal 1974 6x Rivista Elektor (Su Carta) 9x Rivista Elektor (PDF) compresa

la rivista Elektor Industry (EN) Sconto del 10 nel nostro web shop e offerte esclusive

DVD-ROM annuale di Elektor

Un account online presso gli Elektor LAB con accesso a oltre 1000 file Gerber e una linea di comunicazione diretta con i nostri esperti Possibilitagrave di pubblicare un proprio progetto o anche di metterlo in vendita sul nostro shop

Sottoscrivi una membership

La Digital membership

GOLDGOLDmembe r s h i p

GREENGREENmembe r s h i p

Accesso allrsquoarchivio web di Elektor Sconto del 10 nel nostro web shop 6x Rivista Elektor (PDF) Offerte esclusive Accesso a piugrave di 1000 file Gerber

Pic Micro

14 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Il DIP switch egrave un insieme di piccoli inter-

ruttori in un DIP (Dual In-line Package) del

tutto simile a quello usato per i circuiti inte-

grati Esso viene utilizzato per configurare

lindirizzo delle periferiche del computer

per modificare la modalitagrave operativa di un

dispositivo o per impostare il codice di un

radiocomando

Normalmente i dip switch richiedono tanti

pin drsquoingresso digitale con resistori di pull-

up abilitati quanti sono i dip usati

Il circuito proposto richiede solo un ingres-

so analogico per quattro dip switch

Questo articolo egrave anche particolarmente

utile per applicazioni con ESP8266 che ha

pochi pin di IO ma ha un ingresso analogi-

co con 1V di fondo-scala

Dopo aver sviluppato un progetto per leg-

gere una tastierina 4x3 con tre ingressi

analogici [1] pensavo di applicare que-

I dip switch sono molto utili per immettere parametri od opzioni nei programmi delle MCU ma richiedono molti ingressi Questo progetto utilizza un solo ingresso analogico di Arduino per quattro dip

di Giovanni Carrera

gcarreraelettronicaemakerit

Dip Switchper Arduino

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 15 Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 15

Se misuriamo la resistenza tra Vo e Gnd si

ha un valore che egrave proporzionale al numero

binario impostato ma la tensione Vo saragrave

pari a

VO=VCCR14(R14+R5)

Dove con R14 ho indicato la somma dei re-

sistori da R1 a R4 non cortocircuitati dai

dip switch Come si vede ora la legge non

egrave lineare ma basta porre R5 abbastanza

grande da minimizzare la variazione di cor-

rente Questo ridurragrave la tensione in uscita

ma settando la tensione di riferimento di

Arduino come ldquoINTERNALrdquo si ottiene un

fondo-scala del convertitore ADC di Ardui-

no UNO pari a circa 11V

Indicando con ldquoONrdquo i singoli dip chiusi e

con ldquoOFFrdquo quelli aperti e ponendo Vcc = 5V

si ottengono i valori espressi nella Tabella 1

dove NADC egrave il numero in uscita del con-

vertitore a 10 bit

Con quattro dip si rappresentano 2^4 = 16

stati diversi che occorre identificare con

precisione

Figura 1 - Schema elettrico del Dip-Switch per Arduino

sta metodologia anche ai dip switch ma le

cose non sono affatto simili I pulsanti si

chiudono solo uno alla volta e sono mono-

stabili mentre i dip sono bistabili e si pos-

sono chiudere anche tutti insieme

Dopo diversi tentativi simulati su calcola-

tore sono arrivato alla sintesi del circuito

mostrato in Figura 1 In teoria i valori dei

resistori R1-R4 dovrebbero essere di 1

2 4 8 kΩ ma anche con i valori standard

che ho usato si ottengono buoni risultati

Pic Micro

16 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Il programma deve discriminare ciascun

stato con due soglie NADC_L (inferiore) e

NADC_H (superiore) Il numero di 10 bit in

uscita dal convertitore deve essere com-

preso tra questi due limiti che ho determi-

nato con plusmn20 unitagrave rispetto al valore NADC

Il diagramma di Figura 2 mostra chiara-

mente gli intervalli e la tensione in uscita

Vo in funzione del numero impostato sui

quattro dip

Come si vede lrsquoandamento egrave abbastanza

lineare e gli intervalli ∆N vanno da un mi-

nimo di 46 a un massimo di 71 per cui le

soglie di plusmn20 non si sovrappongono

Come si vede dalla tabella alimentando il

circuito con Vcc = 5V la tensione in usci-

ta massima egrave di 90844 mV inferiore alla

tensione massima (1100 mV) accettata dal

convertitore Se si avesse la necessitagrave di

un dip switch da 8 pin basta duplicare il

circuito e usare un secondo ingresso ana-

logico In Figura 3 egrave mostrato uno schema

di collegamento dei singoli componenti

Il circuito si realizza con poche saldatu-

re ed egrave anche facile disegnare il circuito

stampato

Tabella 1

D4 D3 D2 D1 N R14 I [mA] Vo [mV] ∆V [mV] NADC ∆N NADC_L NADC_H

ON ON ON ON 0 0 0073 000 0 0 0 0 30

ON ON ON OFF 1 1000 0072 7236 7236 67 67 47 87

ON ON OFF ON 2 2000 0071 14265 7029 133 66 113 153

ON ON OFF OFF 3 3000 0070 21097 6832 196 63 176 216

ON OFF ON ON 4 3920 0069 27215 6118 253 57 233 273

ON OFF ON OFF 5 4920 0068 33689 6475 313 60 293 333

ON OFF OFF ON 6 5920 0068 39989 6300 372 59 352 392

ON OFF OFF OFF 7 6920 0067 46121 6132 429 57 409 449

OFF ON ON ON 8 8200 0066 53735 7614 500 71 480 520

OFF ON ON OFF 9 9200 0065 59508 5773 553 53 533 573

OFF ON OFF ON 10 10200 0064 65134 5626 606 53 586 626

OFF ON OFF OFF 11 11200 0063 70618 5484 657 51 637 677

OFF OFF ON ON 12 12120 0062 75542 4924 703 46 683 723

OFF OFF ON OFF 13 13120 0062 80768 5226 751 48 731 771

OFF OFF OFF ON 14 14120 0061 85867 5099 799 48 779 819

OFF OFF OFF OFF 15 15120 0060 90844 4976 845 46 825 865

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Figura 2 - Intervalli e tensione duscita secondo la posizione dei Dip

Figura 3 - Schema di collegamento

La Figura 4 mostra lrsquoaspetto del mio proto-

tipo visto dal lato componenti e da quello

delle saldature In questo caso ho usato

una piccola scheda millefori da circa 40x30

mm Ho ottimizzato il circuito per Arduino

Genuino Uno e il programma va bene per

MCU tipo ATmega328168 Ma si puograve usa-

re con piccole modifiche anche con altre

MCU come SAMD21G18 montata sulle

schede Arduino Zero e Arduino MKR1000

e anche gli ESP8266 e 32

Per il collegamento con Arduino ho usato

un connettore strip a 3 pin I resistori devo-

no avere una bassa tolleranza io ho usato

quelli a strato metallico da 14W con tol-

leranza di plusmn1 molto comuni e di facile

reperibilitagrave In Figura 5 si vede il cablaggio

tra la scheda DIP e Arduino Uno

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Maker

20 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Giuseppe La Rosa

glarosaelettronicaemakerit

In un mondo dove le code aumentano

notevolmente per lrsquoacquisto di beni e

servizi occorre dotare la propria attivitagrave

commerciale di elimina code in maniera

da avere file di utenti sempre piugrave ordina-

te e tramite la chiamata vocale del turno

e la visualizzazione su display di attirare

lrsquoattenzione anche dellrsquoutente piugrave distratto

cosigrave da evitare perdite di tempo nella ricer-

ca del cliente disattento

Nella figura 2 riportiamo lo schema di fun-

zionamento dellrsquoelimina code vocale

Come potete osservare il tutto egrave gestito

da un applicazione Android che si connet-

te tramite Bluetooth al display a matrice di

LED e ad un altoparlante sempre Blueto-

oth o un altoparlante amplificato dotato di

jack da 35 mm (presa cuffie del telefono o

Tablet)

Lrsquoapplicazione si occupa di inviare il testo

alfanumerico al display mentre allrsquoalto-

Il sistema di gestione e smistamento code che viene proposto in questo articolo permette tramite unrsquoapposita applicazione Android un pannello a matrice di LED e un altoparlante Bluetooth di fare defluire le file con maggiore chiarezza grazie alla chiamata vocale dei turni in aggiunta alla visualizzazione del turno sullrsquoapposito Display

Elimina CodeVocale

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 21

LED (righe) Il MAX7219 in modalitagrave matri-

ce scandisce le 8 righe di 8 colonne LED

uno dopo lrsquoaltro

Accende sempre i LED di una riga per un

certo tempo per poi spegnerli e prosegui-

re con la riga successiva

Ha un oscillatore intero per temporizzare le

operazioni di multiplexing

La modalitagrave (pilotaggio display sette seg-

menti) Decode fa la stessa cosa solo che i

dati trasmessi non vengono interpretati bit

per bit (ogni bit per un LED acceso o spen-

to) ma come codice BCD e visualizzato la

combinazione di segmenti corrispondente

numero La luminositagrave dei display puograve es-

sere controllata con un resistore esterno

connesso tra il piedino 19 (V+) e il piedino

18 (ISET)

La corrente nei LED egrave circa 100 volte la

corrente nel pin 18 (ISET)

Modificando il valore del resistore al pin 18

egrave possibile cambiare questa corrente

La corrente di picco nelle matrici di LED

nominalmente puograve essere fissa o variabile

parlante egrave inviata la sintesi vocale cioegrave la

lettura vocale del testo alfanumerico gene-

rato dallrsquoApplicazione

Il progetto (figura 1) che ci rechiamo a re-

alizzare e a descrivere nelle prossime pa-

gine egrave di facile realizzazione percheacute usa

componenti agevolmente reperibili nel

web e anche percheacute egrave basato sulla piatta-

forma Arduino UNO che ormai egrave abbastan-

za conosciuta sia in abito hobbistico che

specialistico

Nel prossimo paragrafo descriveremo il

driver MAX7219 utilizzato per il controllo

IL DISPLAY DRIVER MAX7219

In questo progetto egrave stato utilizzato un mo-

dulo con abbordo quattro driver MAX7219

(vedi figura 12)

Il MAX7219 egrave stato progettato (vedi figura

3) per controllare display a LED a segmenti

o matrice di punti

In questo caso utilizzato in modalitagrave ma-

trice di LED ogni driver controlla una ma-

trice composta da otto (colonne) per otto

Maker

22 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

(tramite Trimmer) ma deve comunque es-

sere maggiore uguale 953 ohm

Si sconsiglia di non superare i 40 mA per

LED se sono necessarie correnti maggiori

occorreragrave inserire buffer esterni

In ogni caso la corrente complessiva mas-

sima (tutti i LED accesi) non dovragrave supera-

re 330 mA

La luminositagrave del display puograve essere con-

trollata anche in modo digitale utilizzando

lrsquointensity register (per approfondimenti

vedi il Datasheet)

Il controllo viene effettuato mediante il re-

gistro il quale agisce su un circuito PWM

interno Il modulatore suddivide la corrente

media nelle matrici di LED in 16 passi da

un massimo di 3132 fino a un minimo di

132 della corrente di picco imposta al pie-

dino 18

IL CIRCUITO ELETTRICO

Esaminiamo ora in particolare lo schema

elettrico (figura 4) della scheda di controllo

Figura 1 Foto del progetto finito in funzione con indicazione scorrevole

del display Il circuito rende indispensabile

una tensione di alimentazione in corrente

continua di 5 V Prelevata attraverso il con-

nettore micro USB (X1) esso fornisce i 5

V necessari ad alimentare microcontrollore

IC1 il modulo Bluetooth J3 e il modulo di-

splay connesso sul connettore J4

Il circuito assorbe una corrente di circa

1500 mA dunque egrave necessario che la sor-

gente di alimentazione cioegrave lrsquoalimentatore

USB sia in grado di fornire tale intensitagrave di

corrente o una maggiore corrente

Ersquo possibile utilizzare anche un alimentato-

re diverso da uno USB che egrave eventualmen-

te collegabile con due fili al connettore X4

Il connettore J4 (connesso ad IC1) imple-

menta unrsquointerfaccia seriale sincrona che

controlla il modulo display dove sono con-

tenuti i driver MAX7219 (uno per display)

che pilotano le matrici di LED

Si conclude la trattazione e descrizione

dello schema elettrico

Nel prossimo paragrafo passiamo alla rea-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 23

per lrsquointegrato abbiamo utilizzato lrsquoapposi-

to zoccolo per evitare di surriscaldarli du-

rante gli interventi di saldatura

Prima drsquoiniziare a montare i componenti a

montaggio tradizionale occorre montare il

connettore (in SMD) micro USB X1 che va

saldato adoperando un saldatore con pun-

ta sottile e stagno dal diametro di 05 mm

Prima di posizionarlo sulle piazzuole oc-

corre applicare un sottile strato di pasta

saldante per SMD in seguito si puograve passa-

re alle saldature delle due alette laterali ed

infine alla saldatura dei quattro terminali

lizzazione pratica del nostro display a ma-

trice di LED

REALIZZAZIONE PRATICA E COLLAUDO

Per la realizzazione di questo dispositivo

(figura 7) abbiamo approntato un circuito

stampato a doppia faccia (vedi figura 6) le

cui dimensioni sono 935 per 605 millime-

tri Per la costruzione di questa scheda si

devono impiegare i master di figura 6 e i

componenti elencati nellrsquoldquo Elenco Compo-

nentirdquoLrsquooperazione di montaggio di questo

circuito non presenta particolari difficoltagrave

Figura 2 Schema di funzionamento elimina code vocale

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

34 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

LED DriverQuale Scegliere

Dalla sua prima apparizione commerciale negli anni 70 il LED o ldquoLight Emitting Dioderdquo ha fattomolta strada Dal ruolo iniziale di semplice indicatore a quello di componente essenziale per display alfanumerici egrave approdato allrsquoimpiego generalizzato nei pannelli luminosi fino a divenire il protagonista assoluto dellilluminazione globale soppiantando in tempi rapidissimi le fonti luminose tradizionaliIn questo articolo vedremo quali sono le caratteristiche di cui deve disporre un valido alimentatore per sistemi di LED lighting

a cura della Redazione

redazioneelettronicaemakerit

Fino a quando i LED disponibili sul merca-

to erano nientaltro che semplici indica-

tori o display alimentarli era estremamente

semplice e non erano richiesti accorgimenti

particolari se non quello di utilizzare delle

resistenze di limitazione di corrente Al con-

trario da quando si sono affacciati sul mer-

cato i primi componenti a media e alta po-

tenza destinati allilluminazione negli ambiti

piugrave disparati i requisiti sono notevolmente

cambiati Per garantire lefficienza e la lunga

durata di questi semiconduttori alimentan-

doli in modo corretto egrave necessario utilizzare

driver destinati espressamente allo scopo

Percheacute si definiscono ldquodriverrdquo e non piugrave

semplicemente ldquoalimentatorirdquo

Percheacute un driver destinato ai LED non egrave un

semplice alimentatore almeno nella con-

cezione tradizionale del termine Il proget-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 35

La gamma di driver LED di MEAN WELL

to su cui egrave basato tiene conto fin dallinizio

delle caratteristiche specifiche dei LED per

garantirne il funzionamento ottimale una

lunga durata offrire un elevato livello di effi-

cienza energetica e la protezione dai guasti

Un alimentatore classico non potrebbe ga-

rantire tutto questo e per poter svolgere le

stesse funzioni dovrebbe essere integrato

da ulteriore elettronica di controllo

I driver disponibili sul mercato presentano

tutti caratteristiche piugrave o meno simili

Assolutamente no Tra i diversi modelli esi-

stono differenze anche notevoli non trascu-

rabili principalmente dovute alle applica-

zioni di destinazione Tra queste potremmo

distinguere a titolo di esempio alcune ma-

cro-categorie di utilizzo cercando di sinte-

tizzare le caratteristiche di prodotto che di

caso in caso dovremo ricercare nei diversi

dispositivi

ILLUMINAZIONE DOMESTICA

In generale un driver destinato allrsquoillumi-

nazione di abitazioni dovrebbe disporre ri-

spondere ad alcuni requisiti quali

bull Dimensioni ridotte

bull Costo contenuto

bull Potenza medio-bassa

bull Elevato livello di efficienza e affidabilitagrave

36 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

ILLUMINAZIONE

STRADALE

Egrave probabilmente uno degli

impieghi piugrave critici in quan-

to i LED devono funzionare

stabilmente in un condizioni

critiche

Per questo i driver impiega-

ti devono possedere le mi-

gliori caratteristiche di con-

trollo affidabilitagrave e durata

bull Ampio intervallo di tem-

perature di funziona-

mento

bull Efficienza e stabilitagrave elevate

bull Funzionamento a potenza costante

bull Correzione attiva del fattore di potenza

(Active PFC)

bull Alto livello di protezione IP

bull Isolamento Classe 2

bull Possibilitagrave di controllo remoto per fun-

zioni Smart City

bull Ottimo rapporto costoprestazioni

I driver della Serie XLG di Figura 1 dalle di-

mensioni contenute oppure la Serie ELG

dallrsquoottimo rapporto costoprestazioni o la

Serie HLG ad alta efficienza rappresenta-

no una scelta adatta a questo tipo di appli-

cazione

Per un ulteriore risparmio energetico le ver-

sioni D2 delle Serie ELG (opzionale per il

modello HLG) dispongono anche della fun-

zione ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

bull Semplicitagrave di installazione

bull Controllo della luminositagrave semplice ed

immediato (dimming)

bull Lunga durata

Alcuni esempi di soluzione per questa cate-

goria di utilizzo sono rappresentati dai dri-

ver della Serie LDC con potenze da 35 a

80W che permettono il controllo CP (a po-

tenza costante) dei LED

Nel caso di applicazioni che prevedono ca-

ratteristiche di domotica oltre ai precedenti

si dovrebbero considerare

bull Disponibilitagrave di interfacce evolute come

DALI o KNX

bull Possibilitagrave di controllo wireless

La Serie LCM-BLE ad esempio integra la

funzionalitagrave Bluetooth con Mesh Networ-

king facilmente programmabile e controlla-

bile tramite apposita app

Figura 1 Il driver a potenza costante XLG-100-H-A

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 4: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Egrave molto probabile che ogni hobbista abbia almeno un alimentatore sul proprio tavolo da lavoro Sulla lista degli strumenti indispensa-bili in laboratorio si colloca a pari merito con saldatore e multimetro Il tipo piugrave comune egrave un dispositivo relativamente compatto con

un intervallo di tensione duscita fino a 60 V e una erogazione di corrente che arriva al massimo a ununica cifra Ciograve egrave piugrave che sufficiente per la stragrande maggioranza dei circuiti che si desideri alimentare in un laboratorio Ma a volte si incontrano apparati

speciali che richiedono tensioni piugrave alte e questa eventualitagrave si verifica in modo parti-colare lavorando con circuiti a valvole Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli-cazioni per alta tensione possiamo usare la tecnologia moderna per integrare un paio

Alimentatore ad Alta Tensione con TracciacurveGenera tensioni fino a 400 V e traccia le curve caratteristiche di valvole e transistorDi Rainer Schuster (Germania)

Questo alimentatore universale ad alta tensione egrave in grado di alimentare non soltanto i circuiti valvolari ma puograve anche essere utilizzato per tracciare le curve caratteristiche di valvole e semiconduttori Lunitagrave egrave controllata da un Raspberry Pi dotato di un touchscreen da sette pollici

homelab project

Heater +Anode -

Heater -

Grid 1 -Grid 1 +Anode +Grid 2 +

Grid 2 -Tube AdaptorBinder99 6501 000 08

13

8

4

52

6

7

230V50Hz

12

3

LineFilter

2AT

Power switch

Power supply5V 2A min

123

45

6

Raspberry PiDisplay

Connector

7rsquorsquo Touch Display

+5V +5V

GND GND

USB

GNDVBUS

RJ4587654321

BV 0194666TR1

100V50mA

350V50mA

12V3A

330V500mA

230V500mA

110V500mA

0

F1

F4

F3

F2

50mAT

50mAT

4AT

063AT

X3-2

X3-1X7-2

X7-1X5-2

X5-1

X1-1

X1-2

X1-3

X1-4

LED2

LED4

LED3

LED1

X4-1

X4-2

X8-1

X8-2

X6-1

X6-2

X2-1

X2-2

Distributionboard

X1-GRID1-2

X1-GRID2-2

X1-GRID1-1

X1-GRID2-1

X3-GRID1-1

X3-GRID2-1

X3-GRID1-2

X3-GRID2-2

LED1-GRID1

LED1-GRID2

LED1-HEATER

LED1-ANODE

LED2 GRID1

LED2 GRID2

LED2 HEATER

LED2 ANODE

X1110

X4

+12V

+12V

+12V

+12V

-12V

-12V

-12V

-12V

X1010

10

10

Grid1 voltage 140V

Grid2 voltage 500V

X4

X4

X4

X2-3

X2-3

X2-3

X2-2

X2-2

X2-2

X2-1

X2-1

X2-1

X1-HEATER-2

X1-ANODE-2

X3-HEATER-1

X3-ANODE-1

X1-HEATER-1

X1-ANODE-1

X3-HEATER-2

X3-ANODE-2

Heater voltage 17V

Anode supply 150-470V

X9

X12

Q1IRFBE30

Q2IRF1010N

Q3SPW32N50C3

180183-031 KD

J840

SV2

J82

J86

J84

J814

Grid1 supply0100V30mA

GRID1-2

GRID1-1

Grid2 supply0400V30mA

GRID2-2

GRID2-1

HEATER supply014V3A

HEATER-2

HEATER-1

ANode supply 0400V350mA

ANODE-2

ANODE-1

VoltageCurrent regulator GRID1

VoltageCurrent regulator GRID2

VoltageCurrent regulator HEATER

VoltageCurrent regulator ANODE

Figura 1 Lo schema a blocchi dellalimentatore ad alta tensione offre una panoramica delle interconnessioni tra i diversi moduli

4 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Le Pagine di

due canali con risoluzione a 10-bit MCP4812 Questo dispositivo contiene un riferimento di tensione interno a 2048 V che puograve essere raddoppiato a 4096 V con un comando SPI La tensione duscita egrave scalata da R17 e R18 e quella ai capi di R18 viene digitalizzata con un convertitore AD a 12-bit LTC1298 e inviata a sua volta al Raspberry Pi Per la regolazione della corrente la tensione su R14 viene moltiplicata per cinque con un op-amp Questa tensione che rappresenta la corrente in uscita viene inviata al Raspberry Pi tramite il secondo canale del convertitore AD Per isolare i segnali SPI MOSI MISO SCLK e LDAC e quelli di chip select per i convertitori AD e DA vengono utilizzati fotoaccop-piatori ad alta velocitagrave 6N137 Questultimi vengono pilotati da un 74HC04 Naturalmente ciascuna scheda di regola-zione richiede a sua volta una propria alimentazione interna galvanicamente isolata Un convertitore DCDC TMA0512 genera le tensioni di plusmn12 V richieste dagli op-amp ricavandole dalluscita a 5 V della scheda del Raspberry Pi Oltre a essere

tato tra 110 V 220 V e 330 V tramite i relegrave K1 e K2 Questi sono controllati via software usando i pin GPIO 20 e 21 del Raspberry Pi La Figura 2 illustra lo schema elettrico della scheda di distribuzione

Schede di regolazioneCiascuna scheda di regolazione contiene convertitori AD e DA per predisporre e misurare tensione e corrente in uscita Il Raspberry Pi comunica con questi conver-titori mediante linterfaccia SPI i cui segnali sono isolati galvanicamente dal Raspberry Pi

FunzionamentoLa Figura 3 illustra il principio di funziona-mento del circuito regolatore Il MOSFET T2 egrave configurato come regolatore serie Dato che abbiamo a che fare con tensioni elevate e T2 egrave controllato da un comune operazio-nale con alimentazione a plusmn12 V il terminale positivo della tensione duscita egrave collegato al riferimento di terra dellrsquoop-amp Per controllare i punti di regolazione di tensione e corrente viene utilizzato un DAC a

di utili funzioni supplementari E per rdquotecno-logia modernardquo intendiamo un Raspberry Pi La nostra applicazione non egrave particolar-mente esigente per cui non ci serviragrave il Pi nella versione piugrave recente (la 4) un modello della versione 2 o 3 saragrave piugrave che sufficiente Linterfaccia utente con display acquista una veste molto moderna con limpiego di un touchscreen da sette pollici Attraverso il software sono state anche implementate funzioni molto utili come la possibilitagrave di tracciare le curve caratteristiche di valvole e semiconduttori

Hardware dellalimentatore Naturalmente lalimentatore egrave in grado di generare piugrave di una semplice uscita ldquoad alta tensionerdquo (Nello scrivere abbiamo notato che di norma questa definizione si applica a valori superiori a 15 kV e il limite di questo alimentatore egrave molto piugrave basso) Per alimen-tare una valvola non basta lalta tensione anodica ma serve anche unalimentazione supplementare per il filamento Se per di piugrave vogliamo anche tracciare la sua curva ci servono ulteriori tensioni da applicare alle griglie di controllo e di schermo Nel nostro progetto tutte queste tensioni e i relativi limiti di corrente sono regolabili Lrsquohardware che regola tensioni e correnti delle singole uscite consiste di quattro alimentatori indipendenti galvanicamente isolati a vicenda Sono in grado di generare le uscite che seguono bull Anodo 0 - 400 V 0 - 300 mAbull Griglia di controllo 0 - 100 V 0 - 30 mAbull Griglia schermo 0 - 400 V 0 - 30 mAbull Filamento 0 - 14 V 0 - 3 A La Figura 1 illustra lo schema a blocchi dellalimentatore e i collegamenti tra i singoli moduli Le sue funzionalitagrave principali sono svolte dalla scheda di distribuzione e dai moduli di regolazione indipendenti

Scheda di Distribuzione La scheda di distribuzione ospita raddriz-zatori condensatori di filtro e fusibili per le diverse schede di regolazione SV2 egrave un connettore a 40-vie che collega le porte IO del Raspberry Pi e i segnali SPI che vengono inviati alle schede di regolazione con X9 - X12 Allo scopo di ridurre la potenza dissi-pata dai transistor di regolazione duscita lavvolgimento del trasformatore usato per generare la tensione anodica viene commu-

Figura 2 Schema elettrico della scheda di distribuzione

330V

220V

110V

0V

To Mains Transformer

X1-1

X1-2

X1-3

X1-4F3

063AT

D81N4007

D91N4007

K1K2

40524052

22

1 1

S2

O2

P2 P2S2

O2

R3105W

D1

D2

D3

D4

BY500

BY500

BY500

BY500 R4

R5

100k

100k

100k

100k

C1330micro

400V

C2330micro

400V

C3330micro400V

C4330micro400V

R6

R7

R8

150k

X2-2

X2-1

LED1

T1BS170

T2BS170

R20

10k

R19

10k

R11k

R21k

GPIO20

GPIO21

12V3A

X5-1

X5-2

4AT

F2

AC1

AC2

- +

4700micro25V

C6R15

1k

R10

12k

LED3

Anode RegulatorInput Voltage

Heater Regulator Input

X6-2

X6-1

50mATX3-1

X3-2

100V20mA

D5

D6

D7

D10

C5

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

10micro350V

R9

100k

LED2

R11

150k

X4-2

X4-1

Grid1 Input Voltage

Grid2 Input Voltage

X8-2

X8-1

X7-1

X7-2

50mAT

F1

F4 D11

D12

D13

D14

330V20mA

C7

C8

R12

R13

R14

LED447

0k

100k

100k

100micro350V

100micro350V

+5V

180183-032 KD

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 5

Input voltage 500V max

X1-1

X1-2

X2-1

X2-2

X2-3

C11)

C22)

R11100

T23)

KK14)

T1BC547

R146)

C5 R15

100k

7)X3-2

X3-1Output

U_ACT

JP11

R410k

LT1079

IC1D 13

1214

R310k

IC4A

LT1078

12

3

R175)

C9

10n

IC1A

LT1079

3

21 R16

10k

D7

1N4148

IC1B

LT1079

5

67

C8

10nR24

47k

R18

10k

R5

4k

R6

1k

LT1078

IC4B

75

6

R110k

R210k R25

47k

IC1C

LT1079

10

98

JP2

JP3

JP4

JP5

1

1

1

1

V+

C1310micro25V

C1410micro25V

R26

10k

R27

10k

C17100n

C18100n

C3100n

C4100n

C6

C7100n

100n

1) 47n630V for Grid1 Grid2 Anode supply150n100V for Heater supply

2) 56micro450V for Grid1 supply47n630V for Grid 2 and Anode supply100micro63V for Heater supply

3) IRF830A for Grid supply with Heatsink SK129 (4) 5) 1M f Grid2 and Anode supply 270k for Grid1 supply

33k for Heater supply

6) 22 for Grid 1 and Grid 2 supply 22 for Anode supply 022 2W for Heater supply

7) 047micro630V for Grid1 Grid2 and Anode supply 47micro63V for Heater supply10mVV Anode and Grid2 supply35mVV Grid1 supply235mVV Heater supply

Ext MOSFET on external heatsinkIRFBE30 for Grid2 supplySPW32N50C3 for Anode supplyIRFP044N for Heater supply

D

G

S

LED1

LED2

U_DEST

I_DEST

I_ACT

+

-

180183-034 KD

Figura 3 Schema a blocchi del circuito dellalimentatore ad alta tensione

Figura 4a Schema elettrico della scheda di regolazione

7 Touchscreen

Raspberry Pi

2 Channel 10 bit DAC

D

A

D

A

Voltage Regulator

Current Regulator

actual current

actual voltage

+12V

-12V

T2MOSFET

T1BC547

R14 R17

R18

X1-1 X1-2

X2-2

X2-1

x11

Destination voltage

04096V

04096V

05V

05V

galvanic isolation

MOSISCK

CS_DAC

LDAC

CS_ADC

MISO

+5V

GND

2 Channel 12 bit ADC

Isolated DCDC converter

HVInput

voltage

180183-033 KD

HVOutput Voltage

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

6 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Le Pagine di

Partecipa alla Elektor C mmunity

wwwelektorcommember

Oppure puoi scegliere

Accesso allrsquoarchivio web Elektor dal 1974 6x Rivista Elektor (Su Carta) 9x Rivista Elektor (PDF) compresa

la rivista Elektor Industry (EN) Sconto del 10 nel nostro web shop e offerte esclusive

DVD-ROM annuale di Elektor

Un account online presso gli Elektor LAB con accesso a oltre 1000 file Gerber e una linea di comunicazione diretta con i nostri esperti Possibilitagrave di pubblicare un proprio progetto o anche di metterlo in vendita sul nostro shop

Sottoscrivi una membership

La Digital membership

GOLDGOLDmembe r s h i p

GREENGREENmembe r s h i p

Accesso allrsquoarchivio web di Elektor Sconto del 10 nel nostro web shop 6x Rivista Elektor (PDF) Offerte esclusive Accesso a piugrave di 1000 file Gerber

Pic Micro

14 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Il DIP switch egrave un insieme di piccoli inter-

ruttori in un DIP (Dual In-line Package) del

tutto simile a quello usato per i circuiti inte-

grati Esso viene utilizzato per configurare

lindirizzo delle periferiche del computer

per modificare la modalitagrave operativa di un

dispositivo o per impostare il codice di un

radiocomando

Normalmente i dip switch richiedono tanti

pin drsquoingresso digitale con resistori di pull-

up abilitati quanti sono i dip usati

Il circuito proposto richiede solo un ingres-

so analogico per quattro dip switch

Questo articolo egrave anche particolarmente

utile per applicazioni con ESP8266 che ha

pochi pin di IO ma ha un ingresso analogi-

co con 1V di fondo-scala

Dopo aver sviluppato un progetto per leg-

gere una tastierina 4x3 con tre ingressi

analogici [1] pensavo di applicare que-

I dip switch sono molto utili per immettere parametri od opzioni nei programmi delle MCU ma richiedono molti ingressi Questo progetto utilizza un solo ingresso analogico di Arduino per quattro dip

di Giovanni Carrera

gcarreraelettronicaemakerit

Dip Switchper Arduino

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 15 Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 15

Se misuriamo la resistenza tra Vo e Gnd si

ha un valore che egrave proporzionale al numero

binario impostato ma la tensione Vo saragrave

pari a

VO=VCCR14(R14+R5)

Dove con R14 ho indicato la somma dei re-

sistori da R1 a R4 non cortocircuitati dai

dip switch Come si vede ora la legge non

egrave lineare ma basta porre R5 abbastanza

grande da minimizzare la variazione di cor-

rente Questo ridurragrave la tensione in uscita

ma settando la tensione di riferimento di

Arduino come ldquoINTERNALrdquo si ottiene un

fondo-scala del convertitore ADC di Ardui-

no UNO pari a circa 11V

Indicando con ldquoONrdquo i singoli dip chiusi e

con ldquoOFFrdquo quelli aperti e ponendo Vcc = 5V

si ottengono i valori espressi nella Tabella 1

dove NADC egrave il numero in uscita del con-

vertitore a 10 bit

Con quattro dip si rappresentano 2^4 = 16

stati diversi che occorre identificare con

precisione

Figura 1 - Schema elettrico del Dip-Switch per Arduino

sta metodologia anche ai dip switch ma le

cose non sono affatto simili I pulsanti si

chiudono solo uno alla volta e sono mono-

stabili mentre i dip sono bistabili e si pos-

sono chiudere anche tutti insieme

Dopo diversi tentativi simulati su calcola-

tore sono arrivato alla sintesi del circuito

mostrato in Figura 1 In teoria i valori dei

resistori R1-R4 dovrebbero essere di 1

2 4 8 kΩ ma anche con i valori standard

che ho usato si ottengono buoni risultati

Pic Micro

16 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Il programma deve discriminare ciascun

stato con due soglie NADC_L (inferiore) e

NADC_H (superiore) Il numero di 10 bit in

uscita dal convertitore deve essere com-

preso tra questi due limiti che ho determi-

nato con plusmn20 unitagrave rispetto al valore NADC

Il diagramma di Figura 2 mostra chiara-

mente gli intervalli e la tensione in uscita

Vo in funzione del numero impostato sui

quattro dip

Come si vede lrsquoandamento egrave abbastanza

lineare e gli intervalli ∆N vanno da un mi-

nimo di 46 a un massimo di 71 per cui le

soglie di plusmn20 non si sovrappongono

Come si vede dalla tabella alimentando il

circuito con Vcc = 5V la tensione in usci-

ta massima egrave di 90844 mV inferiore alla

tensione massima (1100 mV) accettata dal

convertitore Se si avesse la necessitagrave di

un dip switch da 8 pin basta duplicare il

circuito e usare un secondo ingresso ana-

logico In Figura 3 egrave mostrato uno schema

di collegamento dei singoli componenti

Il circuito si realizza con poche saldatu-

re ed egrave anche facile disegnare il circuito

stampato

Tabella 1

D4 D3 D2 D1 N R14 I [mA] Vo [mV] ∆V [mV] NADC ∆N NADC_L NADC_H

ON ON ON ON 0 0 0073 000 0 0 0 0 30

ON ON ON OFF 1 1000 0072 7236 7236 67 67 47 87

ON ON OFF ON 2 2000 0071 14265 7029 133 66 113 153

ON ON OFF OFF 3 3000 0070 21097 6832 196 63 176 216

ON OFF ON ON 4 3920 0069 27215 6118 253 57 233 273

ON OFF ON OFF 5 4920 0068 33689 6475 313 60 293 333

ON OFF OFF ON 6 5920 0068 39989 6300 372 59 352 392

ON OFF OFF OFF 7 6920 0067 46121 6132 429 57 409 449

OFF ON ON ON 8 8200 0066 53735 7614 500 71 480 520

OFF ON ON OFF 9 9200 0065 59508 5773 553 53 533 573

OFF ON OFF ON 10 10200 0064 65134 5626 606 53 586 626

OFF ON OFF OFF 11 11200 0063 70618 5484 657 51 637 677

OFF OFF ON ON 12 12120 0062 75542 4924 703 46 683 723

OFF OFF ON OFF 13 13120 0062 80768 5226 751 48 731 771

OFF OFF OFF ON 14 14120 0061 85867 5099 799 48 779 819

OFF OFF OFF OFF 15 15120 0060 90844 4976 845 46 825 865

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Figura 2 - Intervalli e tensione duscita secondo la posizione dei Dip

Figura 3 - Schema di collegamento

La Figura 4 mostra lrsquoaspetto del mio proto-

tipo visto dal lato componenti e da quello

delle saldature In questo caso ho usato

una piccola scheda millefori da circa 40x30

mm Ho ottimizzato il circuito per Arduino

Genuino Uno e il programma va bene per

MCU tipo ATmega328168 Ma si puograve usa-

re con piccole modifiche anche con altre

MCU come SAMD21G18 montata sulle

schede Arduino Zero e Arduino MKR1000

e anche gli ESP8266 e 32

Per il collegamento con Arduino ho usato

un connettore strip a 3 pin I resistori devo-

no avere una bassa tolleranza io ho usato

quelli a strato metallico da 14W con tol-

leranza di plusmn1 molto comuni e di facile

reperibilitagrave In Figura 5 si vede il cablaggio

tra la scheda DIP e Arduino Uno

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Maker

20 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Giuseppe La Rosa

glarosaelettronicaemakerit

In un mondo dove le code aumentano

notevolmente per lrsquoacquisto di beni e

servizi occorre dotare la propria attivitagrave

commerciale di elimina code in maniera

da avere file di utenti sempre piugrave ordina-

te e tramite la chiamata vocale del turno

e la visualizzazione su display di attirare

lrsquoattenzione anche dellrsquoutente piugrave distratto

cosigrave da evitare perdite di tempo nella ricer-

ca del cliente disattento

Nella figura 2 riportiamo lo schema di fun-

zionamento dellrsquoelimina code vocale

Come potete osservare il tutto egrave gestito

da un applicazione Android che si connet-

te tramite Bluetooth al display a matrice di

LED e ad un altoparlante sempre Blueto-

oth o un altoparlante amplificato dotato di

jack da 35 mm (presa cuffie del telefono o

Tablet)

Lrsquoapplicazione si occupa di inviare il testo

alfanumerico al display mentre allrsquoalto-

Il sistema di gestione e smistamento code che viene proposto in questo articolo permette tramite unrsquoapposita applicazione Android un pannello a matrice di LED e un altoparlante Bluetooth di fare defluire le file con maggiore chiarezza grazie alla chiamata vocale dei turni in aggiunta alla visualizzazione del turno sullrsquoapposito Display

Elimina CodeVocale

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 21

LED (righe) Il MAX7219 in modalitagrave matri-

ce scandisce le 8 righe di 8 colonne LED

uno dopo lrsquoaltro

Accende sempre i LED di una riga per un

certo tempo per poi spegnerli e prosegui-

re con la riga successiva

Ha un oscillatore intero per temporizzare le

operazioni di multiplexing

La modalitagrave (pilotaggio display sette seg-

menti) Decode fa la stessa cosa solo che i

dati trasmessi non vengono interpretati bit

per bit (ogni bit per un LED acceso o spen-

to) ma come codice BCD e visualizzato la

combinazione di segmenti corrispondente

numero La luminositagrave dei display puograve es-

sere controllata con un resistore esterno

connesso tra il piedino 19 (V+) e il piedino

18 (ISET)

La corrente nei LED egrave circa 100 volte la

corrente nel pin 18 (ISET)

Modificando il valore del resistore al pin 18

egrave possibile cambiare questa corrente

La corrente di picco nelle matrici di LED

nominalmente puograve essere fissa o variabile

parlante egrave inviata la sintesi vocale cioegrave la

lettura vocale del testo alfanumerico gene-

rato dallrsquoApplicazione

Il progetto (figura 1) che ci rechiamo a re-

alizzare e a descrivere nelle prossime pa-

gine egrave di facile realizzazione percheacute usa

componenti agevolmente reperibili nel

web e anche percheacute egrave basato sulla piatta-

forma Arduino UNO che ormai egrave abbastan-

za conosciuta sia in abito hobbistico che

specialistico

Nel prossimo paragrafo descriveremo il

driver MAX7219 utilizzato per il controllo

IL DISPLAY DRIVER MAX7219

In questo progetto egrave stato utilizzato un mo-

dulo con abbordo quattro driver MAX7219

(vedi figura 12)

Il MAX7219 egrave stato progettato (vedi figura

3) per controllare display a LED a segmenti

o matrice di punti

In questo caso utilizzato in modalitagrave ma-

trice di LED ogni driver controlla una ma-

trice composta da otto (colonne) per otto

Maker

22 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

(tramite Trimmer) ma deve comunque es-

sere maggiore uguale 953 ohm

Si sconsiglia di non superare i 40 mA per

LED se sono necessarie correnti maggiori

occorreragrave inserire buffer esterni

In ogni caso la corrente complessiva mas-

sima (tutti i LED accesi) non dovragrave supera-

re 330 mA

La luminositagrave del display puograve essere con-

trollata anche in modo digitale utilizzando

lrsquointensity register (per approfondimenti

vedi il Datasheet)

Il controllo viene effettuato mediante il re-

gistro il quale agisce su un circuito PWM

interno Il modulatore suddivide la corrente

media nelle matrici di LED in 16 passi da

un massimo di 3132 fino a un minimo di

132 della corrente di picco imposta al pie-

dino 18

IL CIRCUITO ELETTRICO

Esaminiamo ora in particolare lo schema

elettrico (figura 4) della scheda di controllo

Figura 1 Foto del progetto finito in funzione con indicazione scorrevole

del display Il circuito rende indispensabile

una tensione di alimentazione in corrente

continua di 5 V Prelevata attraverso il con-

nettore micro USB (X1) esso fornisce i 5

V necessari ad alimentare microcontrollore

IC1 il modulo Bluetooth J3 e il modulo di-

splay connesso sul connettore J4

Il circuito assorbe una corrente di circa

1500 mA dunque egrave necessario che la sor-

gente di alimentazione cioegrave lrsquoalimentatore

USB sia in grado di fornire tale intensitagrave di

corrente o una maggiore corrente

Ersquo possibile utilizzare anche un alimentato-

re diverso da uno USB che egrave eventualmen-

te collegabile con due fili al connettore X4

Il connettore J4 (connesso ad IC1) imple-

menta unrsquointerfaccia seriale sincrona che

controlla il modulo display dove sono con-

tenuti i driver MAX7219 (uno per display)

che pilotano le matrici di LED

Si conclude la trattazione e descrizione

dello schema elettrico

Nel prossimo paragrafo passiamo alla rea-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 23

per lrsquointegrato abbiamo utilizzato lrsquoapposi-

to zoccolo per evitare di surriscaldarli du-

rante gli interventi di saldatura

Prima drsquoiniziare a montare i componenti a

montaggio tradizionale occorre montare il

connettore (in SMD) micro USB X1 che va

saldato adoperando un saldatore con pun-

ta sottile e stagno dal diametro di 05 mm

Prima di posizionarlo sulle piazzuole oc-

corre applicare un sottile strato di pasta

saldante per SMD in seguito si puograve passa-

re alle saldature delle due alette laterali ed

infine alla saldatura dei quattro terminali

lizzazione pratica del nostro display a ma-

trice di LED

REALIZZAZIONE PRATICA E COLLAUDO

Per la realizzazione di questo dispositivo

(figura 7) abbiamo approntato un circuito

stampato a doppia faccia (vedi figura 6) le

cui dimensioni sono 935 per 605 millime-

tri Per la costruzione di questa scheda si

devono impiegare i master di figura 6 e i

componenti elencati nellrsquoldquo Elenco Compo-

nentirdquoLrsquooperazione di montaggio di questo

circuito non presenta particolari difficoltagrave

Figura 2 Schema di funzionamento elimina code vocale

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

34 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

LED DriverQuale Scegliere

Dalla sua prima apparizione commerciale negli anni 70 il LED o ldquoLight Emitting Dioderdquo ha fattomolta strada Dal ruolo iniziale di semplice indicatore a quello di componente essenziale per display alfanumerici egrave approdato allrsquoimpiego generalizzato nei pannelli luminosi fino a divenire il protagonista assoluto dellilluminazione globale soppiantando in tempi rapidissimi le fonti luminose tradizionaliIn questo articolo vedremo quali sono le caratteristiche di cui deve disporre un valido alimentatore per sistemi di LED lighting

a cura della Redazione

redazioneelettronicaemakerit

Fino a quando i LED disponibili sul merca-

to erano nientaltro che semplici indica-

tori o display alimentarli era estremamente

semplice e non erano richiesti accorgimenti

particolari se non quello di utilizzare delle

resistenze di limitazione di corrente Al con-

trario da quando si sono affacciati sul mer-

cato i primi componenti a media e alta po-

tenza destinati allilluminazione negli ambiti

piugrave disparati i requisiti sono notevolmente

cambiati Per garantire lefficienza e la lunga

durata di questi semiconduttori alimentan-

doli in modo corretto egrave necessario utilizzare

driver destinati espressamente allo scopo

Percheacute si definiscono ldquodriverrdquo e non piugrave

semplicemente ldquoalimentatorirdquo

Percheacute un driver destinato ai LED non egrave un

semplice alimentatore almeno nella con-

cezione tradizionale del termine Il proget-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 35

La gamma di driver LED di MEAN WELL

to su cui egrave basato tiene conto fin dallinizio

delle caratteristiche specifiche dei LED per

garantirne il funzionamento ottimale una

lunga durata offrire un elevato livello di effi-

cienza energetica e la protezione dai guasti

Un alimentatore classico non potrebbe ga-

rantire tutto questo e per poter svolgere le

stesse funzioni dovrebbe essere integrato

da ulteriore elettronica di controllo

I driver disponibili sul mercato presentano

tutti caratteristiche piugrave o meno simili

Assolutamente no Tra i diversi modelli esi-

stono differenze anche notevoli non trascu-

rabili principalmente dovute alle applica-

zioni di destinazione Tra queste potremmo

distinguere a titolo di esempio alcune ma-

cro-categorie di utilizzo cercando di sinte-

tizzare le caratteristiche di prodotto che di

caso in caso dovremo ricercare nei diversi

dispositivi

ILLUMINAZIONE DOMESTICA

In generale un driver destinato allrsquoillumi-

nazione di abitazioni dovrebbe disporre ri-

spondere ad alcuni requisiti quali

bull Dimensioni ridotte

bull Costo contenuto

bull Potenza medio-bassa

bull Elevato livello di efficienza e affidabilitagrave

36 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

ILLUMINAZIONE

STRADALE

Egrave probabilmente uno degli

impieghi piugrave critici in quan-

to i LED devono funzionare

stabilmente in un condizioni

critiche

Per questo i driver impiega-

ti devono possedere le mi-

gliori caratteristiche di con-

trollo affidabilitagrave e durata

bull Ampio intervallo di tem-

perature di funziona-

mento

bull Efficienza e stabilitagrave elevate

bull Funzionamento a potenza costante

bull Correzione attiva del fattore di potenza

(Active PFC)

bull Alto livello di protezione IP

bull Isolamento Classe 2

bull Possibilitagrave di controllo remoto per fun-

zioni Smart City

bull Ottimo rapporto costoprestazioni

I driver della Serie XLG di Figura 1 dalle di-

mensioni contenute oppure la Serie ELG

dallrsquoottimo rapporto costoprestazioni o la

Serie HLG ad alta efficienza rappresenta-

no una scelta adatta a questo tipo di appli-

cazione

Per un ulteriore risparmio energetico le ver-

sioni D2 delle Serie ELG (opzionale per il

modello HLG) dispongono anche della fun-

zione ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

bull Semplicitagrave di installazione

bull Controllo della luminositagrave semplice ed

immediato (dimming)

bull Lunga durata

Alcuni esempi di soluzione per questa cate-

goria di utilizzo sono rappresentati dai dri-

ver della Serie LDC con potenze da 35 a

80W che permettono il controllo CP (a po-

tenza costante) dei LED

Nel caso di applicazioni che prevedono ca-

ratteristiche di domotica oltre ai precedenti

si dovrebbero considerare

bull Disponibilitagrave di interfacce evolute come

DALI o KNX

bull Possibilitagrave di controllo wireless

La Serie LCM-BLE ad esempio integra la

funzionalitagrave Bluetooth con Mesh Networ-

king facilmente programmabile e controlla-

bile tramite apposita app

Figura 1 Il driver a potenza costante XLG-100-H-A

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 5: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

due canali con risoluzione a 10-bit MCP4812 Questo dispositivo contiene un riferimento di tensione interno a 2048 V che puograve essere raddoppiato a 4096 V con un comando SPI La tensione duscita egrave scalata da R17 e R18 e quella ai capi di R18 viene digitalizzata con un convertitore AD a 12-bit LTC1298 e inviata a sua volta al Raspberry Pi Per la regolazione della corrente la tensione su R14 viene moltiplicata per cinque con un op-amp Questa tensione che rappresenta la corrente in uscita viene inviata al Raspberry Pi tramite il secondo canale del convertitore AD Per isolare i segnali SPI MOSI MISO SCLK e LDAC e quelli di chip select per i convertitori AD e DA vengono utilizzati fotoaccop-piatori ad alta velocitagrave 6N137 Questultimi vengono pilotati da un 74HC04 Naturalmente ciascuna scheda di regola-zione richiede a sua volta una propria alimentazione interna galvanicamente isolata Un convertitore DCDC TMA0512 genera le tensioni di plusmn12 V richieste dagli op-amp ricavandole dalluscita a 5 V della scheda del Raspberry Pi Oltre a essere

tato tra 110 V 220 V e 330 V tramite i relegrave K1 e K2 Questi sono controllati via software usando i pin GPIO 20 e 21 del Raspberry Pi La Figura 2 illustra lo schema elettrico della scheda di distribuzione

Schede di regolazioneCiascuna scheda di regolazione contiene convertitori AD e DA per predisporre e misurare tensione e corrente in uscita Il Raspberry Pi comunica con questi conver-titori mediante linterfaccia SPI i cui segnali sono isolati galvanicamente dal Raspberry Pi

FunzionamentoLa Figura 3 illustra il principio di funziona-mento del circuito regolatore Il MOSFET T2 egrave configurato come regolatore serie Dato che abbiamo a che fare con tensioni elevate e T2 egrave controllato da un comune operazio-nale con alimentazione a plusmn12 V il terminale positivo della tensione duscita egrave collegato al riferimento di terra dellrsquoop-amp Per controllare i punti di regolazione di tensione e corrente viene utilizzato un DAC a

di utili funzioni supplementari E per rdquotecno-logia modernardquo intendiamo un Raspberry Pi La nostra applicazione non egrave particolar-mente esigente per cui non ci serviragrave il Pi nella versione piugrave recente (la 4) un modello della versione 2 o 3 saragrave piugrave che sufficiente Linterfaccia utente con display acquista una veste molto moderna con limpiego di un touchscreen da sette pollici Attraverso il software sono state anche implementate funzioni molto utili come la possibilitagrave di tracciare le curve caratteristiche di valvole e semiconduttori

Hardware dellalimentatore Naturalmente lalimentatore egrave in grado di generare piugrave di una semplice uscita ldquoad alta tensionerdquo (Nello scrivere abbiamo notato che di norma questa definizione si applica a valori superiori a 15 kV e il limite di questo alimentatore egrave molto piugrave basso) Per alimen-tare una valvola non basta lalta tensione anodica ma serve anche unalimentazione supplementare per il filamento Se per di piugrave vogliamo anche tracciare la sua curva ci servono ulteriori tensioni da applicare alle griglie di controllo e di schermo Nel nostro progetto tutte queste tensioni e i relativi limiti di corrente sono regolabili Lrsquohardware che regola tensioni e correnti delle singole uscite consiste di quattro alimentatori indipendenti galvanicamente isolati a vicenda Sono in grado di generare le uscite che seguono bull Anodo 0 - 400 V 0 - 300 mAbull Griglia di controllo 0 - 100 V 0 - 30 mAbull Griglia schermo 0 - 400 V 0 - 30 mAbull Filamento 0 - 14 V 0 - 3 A La Figura 1 illustra lo schema a blocchi dellalimentatore e i collegamenti tra i singoli moduli Le sue funzionalitagrave principali sono svolte dalla scheda di distribuzione e dai moduli di regolazione indipendenti

Scheda di Distribuzione La scheda di distribuzione ospita raddriz-zatori condensatori di filtro e fusibili per le diverse schede di regolazione SV2 egrave un connettore a 40-vie che collega le porte IO del Raspberry Pi e i segnali SPI che vengono inviati alle schede di regolazione con X9 - X12 Allo scopo di ridurre la potenza dissi-pata dai transistor di regolazione duscita lavvolgimento del trasformatore usato per generare la tensione anodica viene commu-

Figura 2 Schema elettrico della scheda di distribuzione

330V

220V

110V

0V

To Mains Transformer

X1-1

X1-2

X1-3

X1-4F3

063AT

D81N4007

D91N4007

K1K2

40524052

22

1 1

S2

O2

P2 P2S2

O2

R3105W

D1

D2

D3

D4

BY500

BY500

BY500

BY500 R4

R5

100k

100k

100k

100k

C1330micro

400V

C2330micro

400V

C3330micro400V

C4330micro400V

R6

R7

R8

150k

X2-2

X2-1

LED1

T1BS170

T2BS170

R20

10k

R19

10k

R11k

R21k

GPIO20

GPIO21

12V3A

X5-1

X5-2

4AT

F2

AC1

AC2

- +

4700micro25V

C6R15

1k

R10

12k

LED3

Anode RegulatorInput Voltage

Heater Regulator Input

X6-2

X6-1

50mATX3-1

X3-2

100V20mA

D5

D6

D7

D10

C5

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

1N4007

10micro350V

R9

100k

LED2

R11

150k

X4-2

X4-1

Grid1 Input Voltage

Grid2 Input Voltage

X8-2

X8-1

X7-1

X7-2

50mAT

F1

F4 D11

D12

D13

D14

330V20mA

C7

C8

R12

R13

R14

LED447

0k

100k

100k

100micro350V

100micro350V

+5V

180183-032 KD

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 5

Input voltage 500V max

X1-1

X1-2

X2-1

X2-2

X2-3

C11)

C22)

R11100

T23)

KK14)

T1BC547

R146)

C5 R15

100k

7)X3-2

X3-1Output

U_ACT

JP11

R410k

LT1079

IC1D 13

1214

R310k

IC4A

LT1078

12

3

R175)

C9

10n

IC1A

LT1079

3

21 R16

10k

D7

1N4148

IC1B

LT1079

5

67

C8

10nR24

47k

R18

10k

R5

4k

R6

1k

LT1078

IC4B

75

6

R110k

R210k R25

47k

IC1C

LT1079

10

98

JP2

JP3

JP4

JP5

1

1

1

1

V+

C1310micro25V

C1410micro25V

R26

10k

R27

10k

C17100n

C18100n

C3100n

C4100n

C6

C7100n

100n

1) 47n630V for Grid1 Grid2 Anode supply150n100V for Heater supply

2) 56micro450V for Grid1 supply47n630V for Grid 2 and Anode supply100micro63V for Heater supply

3) IRF830A for Grid supply with Heatsink SK129 (4) 5) 1M f Grid2 and Anode supply 270k for Grid1 supply

33k for Heater supply

6) 22 for Grid 1 and Grid 2 supply 22 for Anode supply 022 2W for Heater supply

7) 047micro630V for Grid1 Grid2 and Anode supply 47micro63V for Heater supply10mVV Anode and Grid2 supply35mVV Grid1 supply235mVV Heater supply

Ext MOSFET on external heatsinkIRFBE30 for Grid2 supplySPW32N50C3 for Anode supplyIRFP044N for Heater supply

D

G

S

LED1

LED2

U_DEST

I_DEST

I_ACT

+

-

180183-034 KD

Figura 3 Schema a blocchi del circuito dellalimentatore ad alta tensione

Figura 4a Schema elettrico della scheda di regolazione

7 Touchscreen

Raspberry Pi

2 Channel 10 bit DAC

D

A

D

A

Voltage Regulator

Current Regulator

actual current

actual voltage

+12V

-12V

T2MOSFET

T1BC547

R14 R17

R18

X1-1 X1-2

X2-2

X2-1

x11

Destination voltage

04096V

04096V

05V

05V

galvanic isolation

MOSISCK

CS_DAC

LDAC

CS_ADC

MISO

+5V

GND

2 Channel 12 bit ADC

Isolated DCDC converter

HVInput

voltage

180183-033 KD

HVOutput Voltage

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

6 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Le Pagine di

Partecipa alla Elektor C mmunity

wwwelektorcommember

Oppure puoi scegliere

Accesso allrsquoarchivio web Elektor dal 1974 6x Rivista Elektor (Su Carta) 9x Rivista Elektor (PDF) compresa

la rivista Elektor Industry (EN) Sconto del 10 nel nostro web shop e offerte esclusive

DVD-ROM annuale di Elektor

Un account online presso gli Elektor LAB con accesso a oltre 1000 file Gerber e una linea di comunicazione diretta con i nostri esperti Possibilitagrave di pubblicare un proprio progetto o anche di metterlo in vendita sul nostro shop

Sottoscrivi una membership

La Digital membership

GOLDGOLDmembe r s h i p

GREENGREENmembe r s h i p

Accesso allrsquoarchivio web di Elektor Sconto del 10 nel nostro web shop 6x Rivista Elektor (PDF) Offerte esclusive Accesso a piugrave di 1000 file Gerber

Pic Micro

14 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Il DIP switch egrave un insieme di piccoli inter-

ruttori in un DIP (Dual In-line Package) del

tutto simile a quello usato per i circuiti inte-

grati Esso viene utilizzato per configurare

lindirizzo delle periferiche del computer

per modificare la modalitagrave operativa di un

dispositivo o per impostare il codice di un

radiocomando

Normalmente i dip switch richiedono tanti

pin drsquoingresso digitale con resistori di pull-

up abilitati quanti sono i dip usati

Il circuito proposto richiede solo un ingres-

so analogico per quattro dip switch

Questo articolo egrave anche particolarmente

utile per applicazioni con ESP8266 che ha

pochi pin di IO ma ha un ingresso analogi-

co con 1V di fondo-scala

Dopo aver sviluppato un progetto per leg-

gere una tastierina 4x3 con tre ingressi

analogici [1] pensavo di applicare que-

I dip switch sono molto utili per immettere parametri od opzioni nei programmi delle MCU ma richiedono molti ingressi Questo progetto utilizza un solo ingresso analogico di Arduino per quattro dip

di Giovanni Carrera

gcarreraelettronicaemakerit

Dip Switchper Arduino

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 15 Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 15

Se misuriamo la resistenza tra Vo e Gnd si

ha un valore che egrave proporzionale al numero

binario impostato ma la tensione Vo saragrave

pari a

VO=VCCR14(R14+R5)

Dove con R14 ho indicato la somma dei re-

sistori da R1 a R4 non cortocircuitati dai

dip switch Come si vede ora la legge non

egrave lineare ma basta porre R5 abbastanza

grande da minimizzare la variazione di cor-

rente Questo ridurragrave la tensione in uscita

ma settando la tensione di riferimento di

Arduino come ldquoINTERNALrdquo si ottiene un

fondo-scala del convertitore ADC di Ardui-

no UNO pari a circa 11V

Indicando con ldquoONrdquo i singoli dip chiusi e

con ldquoOFFrdquo quelli aperti e ponendo Vcc = 5V

si ottengono i valori espressi nella Tabella 1

dove NADC egrave il numero in uscita del con-

vertitore a 10 bit

Con quattro dip si rappresentano 2^4 = 16

stati diversi che occorre identificare con

precisione

Figura 1 - Schema elettrico del Dip-Switch per Arduino

sta metodologia anche ai dip switch ma le

cose non sono affatto simili I pulsanti si

chiudono solo uno alla volta e sono mono-

stabili mentre i dip sono bistabili e si pos-

sono chiudere anche tutti insieme

Dopo diversi tentativi simulati su calcola-

tore sono arrivato alla sintesi del circuito

mostrato in Figura 1 In teoria i valori dei

resistori R1-R4 dovrebbero essere di 1

2 4 8 kΩ ma anche con i valori standard

che ho usato si ottengono buoni risultati

Pic Micro

16 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Il programma deve discriminare ciascun

stato con due soglie NADC_L (inferiore) e

NADC_H (superiore) Il numero di 10 bit in

uscita dal convertitore deve essere com-

preso tra questi due limiti che ho determi-

nato con plusmn20 unitagrave rispetto al valore NADC

Il diagramma di Figura 2 mostra chiara-

mente gli intervalli e la tensione in uscita

Vo in funzione del numero impostato sui

quattro dip

Come si vede lrsquoandamento egrave abbastanza

lineare e gli intervalli ∆N vanno da un mi-

nimo di 46 a un massimo di 71 per cui le

soglie di plusmn20 non si sovrappongono

Come si vede dalla tabella alimentando il

circuito con Vcc = 5V la tensione in usci-

ta massima egrave di 90844 mV inferiore alla

tensione massima (1100 mV) accettata dal

convertitore Se si avesse la necessitagrave di

un dip switch da 8 pin basta duplicare il

circuito e usare un secondo ingresso ana-

logico In Figura 3 egrave mostrato uno schema

di collegamento dei singoli componenti

Il circuito si realizza con poche saldatu-

re ed egrave anche facile disegnare il circuito

stampato

Tabella 1

D4 D3 D2 D1 N R14 I [mA] Vo [mV] ∆V [mV] NADC ∆N NADC_L NADC_H

ON ON ON ON 0 0 0073 000 0 0 0 0 30

ON ON ON OFF 1 1000 0072 7236 7236 67 67 47 87

ON ON OFF ON 2 2000 0071 14265 7029 133 66 113 153

ON ON OFF OFF 3 3000 0070 21097 6832 196 63 176 216

ON OFF ON ON 4 3920 0069 27215 6118 253 57 233 273

ON OFF ON OFF 5 4920 0068 33689 6475 313 60 293 333

ON OFF OFF ON 6 5920 0068 39989 6300 372 59 352 392

ON OFF OFF OFF 7 6920 0067 46121 6132 429 57 409 449

OFF ON ON ON 8 8200 0066 53735 7614 500 71 480 520

OFF ON ON OFF 9 9200 0065 59508 5773 553 53 533 573

OFF ON OFF ON 10 10200 0064 65134 5626 606 53 586 626

OFF ON OFF OFF 11 11200 0063 70618 5484 657 51 637 677

OFF OFF ON ON 12 12120 0062 75542 4924 703 46 683 723

OFF OFF ON OFF 13 13120 0062 80768 5226 751 48 731 771

OFF OFF OFF ON 14 14120 0061 85867 5099 799 48 779 819

OFF OFF OFF OFF 15 15120 0060 90844 4976 845 46 825 865

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Figura 2 - Intervalli e tensione duscita secondo la posizione dei Dip

Figura 3 - Schema di collegamento

La Figura 4 mostra lrsquoaspetto del mio proto-

tipo visto dal lato componenti e da quello

delle saldature In questo caso ho usato

una piccola scheda millefori da circa 40x30

mm Ho ottimizzato il circuito per Arduino

Genuino Uno e il programma va bene per

MCU tipo ATmega328168 Ma si puograve usa-

re con piccole modifiche anche con altre

MCU come SAMD21G18 montata sulle

schede Arduino Zero e Arduino MKR1000

e anche gli ESP8266 e 32

Per il collegamento con Arduino ho usato

un connettore strip a 3 pin I resistori devo-

no avere una bassa tolleranza io ho usato

quelli a strato metallico da 14W con tol-

leranza di plusmn1 molto comuni e di facile

reperibilitagrave In Figura 5 si vede il cablaggio

tra la scheda DIP e Arduino Uno

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Maker

20 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Giuseppe La Rosa

glarosaelettronicaemakerit

In un mondo dove le code aumentano

notevolmente per lrsquoacquisto di beni e

servizi occorre dotare la propria attivitagrave

commerciale di elimina code in maniera

da avere file di utenti sempre piugrave ordina-

te e tramite la chiamata vocale del turno

e la visualizzazione su display di attirare

lrsquoattenzione anche dellrsquoutente piugrave distratto

cosigrave da evitare perdite di tempo nella ricer-

ca del cliente disattento

Nella figura 2 riportiamo lo schema di fun-

zionamento dellrsquoelimina code vocale

Come potete osservare il tutto egrave gestito

da un applicazione Android che si connet-

te tramite Bluetooth al display a matrice di

LED e ad un altoparlante sempre Blueto-

oth o un altoparlante amplificato dotato di

jack da 35 mm (presa cuffie del telefono o

Tablet)

Lrsquoapplicazione si occupa di inviare il testo

alfanumerico al display mentre allrsquoalto-

Il sistema di gestione e smistamento code che viene proposto in questo articolo permette tramite unrsquoapposita applicazione Android un pannello a matrice di LED e un altoparlante Bluetooth di fare defluire le file con maggiore chiarezza grazie alla chiamata vocale dei turni in aggiunta alla visualizzazione del turno sullrsquoapposito Display

Elimina CodeVocale

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 21

LED (righe) Il MAX7219 in modalitagrave matri-

ce scandisce le 8 righe di 8 colonne LED

uno dopo lrsquoaltro

Accende sempre i LED di una riga per un

certo tempo per poi spegnerli e prosegui-

re con la riga successiva

Ha un oscillatore intero per temporizzare le

operazioni di multiplexing

La modalitagrave (pilotaggio display sette seg-

menti) Decode fa la stessa cosa solo che i

dati trasmessi non vengono interpretati bit

per bit (ogni bit per un LED acceso o spen-

to) ma come codice BCD e visualizzato la

combinazione di segmenti corrispondente

numero La luminositagrave dei display puograve es-

sere controllata con un resistore esterno

connesso tra il piedino 19 (V+) e il piedino

18 (ISET)

La corrente nei LED egrave circa 100 volte la

corrente nel pin 18 (ISET)

Modificando il valore del resistore al pin 18

egrave possibile cambiare questa corrente

La corrente di picco nelle matrici di LED

nominalmente puograve essere fissa o variabile

parlante egrave inviata la sintesi vocale cioegrave la

lettura vocale del testo alfanumerico gene-

rato dallrsquoApplicazione

Il progetto (figura 1) che ci rechiamo a re-

alizzare e a descrivere nelle prossime pa-

gine egrave di facile realizzazione percheacute usa

componenti agevolmente reperibili nel

web e anche percheacute egrave basato sulla piatta-

forma Arduino UNO che ormai egrave abbastan-

za conosciuta sia in abito hobbistico che

specialistico

Nel prossimo paragrafo descriveremo il

driver MAX7219 utilizzato per il controllo

IL DISPLAY DRIVER MAX7219

In questo progetto egrave stato utilizzato un mo-

dulo con abbordo quattro driver MAX7219

(vedi figura 12)

Il MAX7219 egrave stato progettato (vedi figura

3) per controllare display a LED a segmenti

o matrice di punti

In questo caso utilizzato in modalitagrave ma-

trice di LED ogni driver controlla una ma-

trice composta da otto (colonne) per otto

Maker

22 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

(tramite Trimmer) ma deve comunque es-

sere maggiore uguale 953 ohm

Si sconsiglia di non superare i 40 mA per

LED se sono necessarie correnti maggiori

occorreragrave inserire buffer esterni

In ogni caso la corrente complessiva mas-

sima (tutti i LED accesi) non dovragrave supera-

re 330 mA

La luminositagrave del display puograve essere con-

trollata anche in modo digitale utilizzando

lrsquointensity register (per approfondimenti

vedi il Datasheet)

Il controllo viene effettuato mediante il re-

gistro il quale agisce su un circuito PWM

interno Il modulatore suddivide la corrente

media nelle matrici di LED in 16 passi da

un massimo di 3132 fino a un minimo di

132 della corrente di picco imposta al pie-

dino 18

IL CIRCUITO ELETTRICO

Esaminiamo ora in particolare lo schema

elettrico (figura 4) della scheda di controllo

Figura 1 Foto del progetto finito in funzione con indicazione scorrevole

del display Il circuito rende indispensabile

una tensione di alimentazione in corrente

continua di 5 V Prelevata attraverso il con-

nettore micro USB (X1) esso fornisce i 5

V necessari ad alimentare microcontrollore

IC1 il modulo Bluetooth J3 e il modulo di-

splay connesso sul connettore J4

Il circuito assorbe una corrente di circa

1500 mA dunque egrave necessario che la sor-

gente di alimentazione cioegrave lrsquoalimentatore

USB sia in grado di fornire tale intensitagrave di

corrente o una maggiore corrente

Ersquo possibile utilizzare anche un alimentato-

re diverso da uno USB che egrave eventualmen-

te collegabile con due fili al connettore X4

Il connettore J4 (connesso ad IC1) imple-

menta unrsquointerfaccia seriale sincrona che

controlla il modulo display dove sono con-

tenuti i driver MAX7219 (uno per display)

che pilotano le matrici di LED

Si conclude la trattazione e descrizione

dello schema elettrico

Nel prossimo paragrafo passiamo alla rea-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 23

per lrsquointegrato abbiamo utilizzato lrsquoapposi-

to zoccolo per evitare di surriscaldarli du-

rante gli interventi di saldatura

Prima drsquoiniziare a montare i componenti a

montaggio tradizionale occorre montare il

connettore (in SMD) micro USB X1 che va

saldato adoperando un saldatore con pun-

ta sottile e stagno dal diametro di 05 mm

Prima di posizionarlo sulle piazzuole oc-

corre applicare un sottile strato di pasta

saldante per SMD in seguito si puograve passa-

re alle saldature delle due alette laterali ed

infine alla saldatura dei quattro terminali

lizzazione pratica del nostro display a ma-

trice di LED

REALIZZAZIONE PRATICA E COLLAUDO

Per la realizzazione di questo dispositivo

(figura 7) abbiamo approntato un circuito

stampato a doppia faccia (vedi figura 6) le

cui dimensioni sono 935 per 605 millime-

tri Per la costruzione di questa scheda si

devono impiegare i master di figura 6 e i

componenti elencati nellrsquoldquo Elenco Compo-

nentirdquoLrsquooperazione di montaggio di questo

circuito non presenta particolari difficoltagrave

Figura 2 Schema di funzionamento elimina code vocale

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

34 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

LED DriverQuale Scegliere

Dalla sua prima apparizione commerciale negli anni 70 il LED o ldquoLight Emitting Dioderdquo ha fattomolta strada Dal ruolo iniziale di semplice indicatore a quello di componente essenziale per display alfanumerici egrave approdato allrsquoimpiego generalizzato nei pannelli luminosi fino a divenire il protagonista assoluto dellilluminazione globale soppiantando in tempi rapidissimi le fonti luminose tradizionaliIn questo articolo vedremo quali sono le caratteristiche di cui deve disporre un valido alimentatore per sistemi di LED lighting

a cura della Redazione

redazioneelettronicaemakerit

Fino a quando i LED disponibili sul merca-

to erano nientaltro che semplici indica-

tori o display alimentarli era estremamente

semplice e non erano richiesti accorgimenti

particolari se non quello di utilizzare delle

resistenze di limitazione di corrente Al con-

trario da quando si sono affacciati sul mer-

cato i primi componenti a media e alta po-

tenza destinati allilluminazione negli ambiti

piugrave disparati i requisiti sono notevolmente

cambiati Per garantire lefficienza e la lunga

durata di questi semiconduttori alimentan-

doli in modo corretto egrave necessario utilizzare

driver destinati espressamente allo scopo

Percheacute si definiscono ldquodriverrdquo e non piugrave

semplicemente ldquoalimentatorirdquo

Percheacute un driver destinato ai LED non egrave un

semplice alimentatore almeno nella con-

cezione tradizionale del termine Il proget-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 35

La gamma di driver LED di MEAN WELL

to su cui egrave basato tiene conto fin dallinizio

delle caratteristiche specifiche dei LED per

garantirne il funzionamento ottimale una

lunga durata offrire un elevato livello di effi-

cienza energetica e la protezione dai guasti

Un alimentatore classico non potrebbe ga-

rantire tutto questo e per poter svolgere le

stesse funzioni dovrebbe essere integrato

da ulteriore elettronica di controllo

I driver disponibili sul mercato presentano

tutti caratteristiche piugrave o meno simili

Assolutamente no Tra i diversi modelli esi-

stono differenze anche notevoli non trascu-

rabili principalmente dovute alle applica-

zioni di destinazione Tra queste potremmo

distinguere a titolo di esempio alcune ma-

cro-categorie di utilizzo cercando di sinte-

tizzare le caratteristiche di prodotto che di

caso in caso dovremo ricercare nei diversi

dispositivi

ILLUMINAZIONE DOMESTICA

In generale un driver destinato allrsquoillumi-

nazione di abitazioni dovrebbe disporre ri-

spondere ad alcuni requisiti quali

bull Dimensioni ridotte

bull Costo contenuto

bull Potenza medio-bassa

bull Elevato livello di efficienza e affidabilitagrave

36 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

ILLUMINAZIONE

STRADALE

Egrave probabilmente uno degli

impieghi piugrave critici in quan-

to i LED devono funzionare

stabilmente in un condizioni

critiche

Per questo i driver impiega-

ti devono possedere le mi-

gliori caratteristiche di con-

trollo affidabilitagrave e durata

bull Ampio intervallo di tem-

perature di funziona-

mento

bull Efficienza e stabilitagrave elevate

bull Funzionamento a potenza costante

bull Correzione attiva del fattore di potenza

(Active PFC)

bull Alto livello di protezione IP

bull Isolamento Classe 2

bull Possibilitagrave di controllo remoto per fun-

zioni Smart City

bull Ottimo rapporto costoprestazioni

I driver della Serie XLG di Figura 1 dalle di-

mensioni contenute oppure la Serie ELG

dallrsquoottimo rapporto costoprestazioni o la

Serie HLG ad alta efficienza rappresenta-

no una scelta adatta a questo tipo di appli-

cazione

Per un ulteriore risparmio energetico le ver-

sioni D2 delle Serie ELG (opzionale per il

modello HLG) dispongono anche della fun-

zione ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

bull Semplicitagrave di installazione

bull Controllo della luminositagrave semplice ed

immediato (dimming)

bull Lunga durata

Alcuni esempi di soluzione per questa cate-

goria di utilizzo sono rappresentati dai dri-

ver della Serie LDC con potenze da 35 a

80W che permettono il controllo CP (a po-

tenza costante) dei LED

Nel caso di applicazioni che prevedono ca-

ratteristiche di domotica oltre ai precedenti

si dovrebbero considerare

bull Disponibilitagrave di interfacce evolute come

DALI o KNX

bull Possibilitagrave di controllo wireless

La Serie LCM-BLE ad esempio integra la

funzionalitagrave Bluetooth con Mesh Networ-

king facilmente programmabile e controlla-

bile tramite apposita app

Figura 1 Il driver a potenza costante XLG-100-H-A

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 6: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Input voltage 500V max

X1-1

X1-2

X2-1

X2-2

X2-3

C11)

C22)

R11100

T23)

KK14)

T1BC547

R146)

C5 R15

100k

7)X3-2

X3-1Output

U_ACT

JP11

R410k

LT1079

IC1D 13

1214

R310k

IC4A

LT1078

12

3

R175)

C9

10n

IC1A

LT1079

3

21 R16

10k

D7

1N4148

IC1B

LT1079

5

67

C8

10nR24

47k

R18

10k

R5

4k

R6

1k

LT1078

IC4B

75

6

R110k

R210k R25

47k

IC1C

LT1079

10

98

JP2

JP3

JP4

JP5

1

1

1

1

V+

C1310micro25V

C1410micro25V

R26

10k

R27

10k

C17100n

C18100n

C3100n

C4100n

C6

C7100n

100n

1) 47n630V for Grid1 Grid2 Anode supply150n100V for Heater supply

2) 56micro450V for Grid1 supply47n630V for Grid 2 and Anode supply100micro63V for Heater supply

3) IRF830A for Grid supply with Heatsink SK129 (4) 5) 1M f Grid2 and Anode supply 270k for Grid1 supply

33k for Heater supply

6) 22 for Grid 1 and Grid 2 supply 22 for Anode supply 022 2W for Heater supply

7) 047micro630V for Grid1 Grid2 and Anode supply 47micro63V for Heater supply10mVV Anode and Grid2 supply35mVV Grid1 supply235mVV Heater supply

Ext MOSFET on external heatsinkIRFBE30 for Grid2 supplySPW32N50C3 for Anode supplyIRFP044N for Heater supply

D

G

S

LED1

LED2

U_DEST

I_DEST

I_ACT

+

-

180183-034 KD

Figura 3 Schema a blocchi del circuito dellalimentatore ad alta tensione

Figura 4a Schema elettrico della scheda di regolazione

7 Touchscreen

Raspberry Pi

2 Channel 10 bit DAC

D

A

D

A

Voltage Regulator

Current Regulator

actual current

actual voltage

+12V

-12V

T2MOSFET

T1BC547

R14 R17

R18

X1-1 X1-2

X2-2

X2-1

x11

Destination voltage

04096V

04096V

05V

05V

galvanic isolation

MOSISCK

CS_DAC

LDAC

CS_ADC

MISO

+5V

GND

2 Channel 12 bit ADC

Isolated DCDC converter

HVInput

voltage

180183-033 KD

HVOutput Voltage

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

6 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Le Pagine di

Partecipa alla Elektor C mmunity

wwwelektorcommember

Oppure puoi scegliere

Accesso allrsquoarchivio web Elektor dal 1974 6x Rivista Elektor (Su Carta) 9x Rivista Elektor (PDF) compresa

la rivista Elektor Industry (EN) Sconto del 10 nel nostro web shop e offerte esclusive

DVD-ROM annuale di Elektor

Un account online presso gli Elektor LAB con accesso a oltre 1000 file Gerber e una linea di comunicazione diretta con i nostri esperti Possibilitagrave di pubblicare un proprio progetto o anche di metterlo in vendita sul nostro shop

Sottoscrivi una membership

La Digital membership

GOLDGOLDmembe r s h i p

GREENGREENmembe r s h i p

Accesso allrsquoarchivio web di Elektor Sconto del 10 nel nostro web shop 6x Rivista Elektor (PDF) Offerte esclusive Accesso a piugrave di 1000 file Gerber

Pic Micro

14 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Il DIP switch egrave un insieme di piccoli inter-

ruttori in un DIP (Dual In-line Package) del

tutto simile a quello usato per i circuiti inte-

grati Esso viene utilizzato per configurare

lindirizzo delle periferiche del computer

per modificare la modalitagrave operativa di un

dispositivo o per impostare il codice di un

radiocomando

Normalmente i dip switch richiedono tanti

pin drsquoingresso digitale con resistori di pull-

up abilitati quanti sono i dip usati

Il circuito proposto richiede solo un ingres-

so analogico per quattro dip switch

Questo articolo egrave anche particolarmente

utile per applicazioni con ESP8266 che ha

pochi pin di IO ma ha un ingresso analogi-

co con 1V di fondo-scala

Dopo aver sviluppato un progetto per leg-

gere una tastierina 4x3 con tre ingressi

analogici [1] pensavo di applicare que-

I dip switch sono molto utili per immettere parametri od opzioni nei programmi delle MCU ma richiedono molti ingressi Questo progetto utilizza un solo ingresso analogico di Arduino per quattro dip

di Giovanni Carrera

gcarreraelettronicaemakerit

Dip Switchper Arduino

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 15 Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 15

Se misuriamo la resistenza tra Vo e Gnd si

ha un valore che egrave proporzionale al numero

binario impostato ma la tensione Vo saragrave

pari a

VO=VCCR14(R14+R5)

Dove con R14 ho indicato la somma dei re-

sistori da R1 a R4 non cortocircuitati dai

dip switch Come si vede ora la legge non

egrave lineare ma basta porre R5 abbastanza

grande da minimizzare la variazione di cor-

rente Questo ridurragrave la tensione in uscita

ma settando la tensione di riferimento di

Arduino come ldquoINTERNALrdquo si ottiene un

fondo-scala del convertitore ADC di Ardui-

no UNO pari a circa 11V

Indicando con ldquoONrdquo i singoli dip chiusi e

con ldquoOFFrdquo quelli aperti e ponendo Vcc = 5V

si ottengono i valori espressi nella Tabella 1

dove NADC egrave il numero in uscita del con-

vertitore a 10 bit

Con quattro dip si rappresentano 2^4 = 16

stati diversi che occorre identificare con

precisione

Figura 1 - Schema elettrico del Dip-Switch per Arduino

sta metodologia anche ai dip switch ma le

cose non sono affatto simili I pulsanti si

chiudono solo uno alla volta e sono mono-

stabili mentre i dip sono bistabili e si pos-

sono chiudere anche tutti insieme

Dopo diversi tentativi simulati su calcola-

tore sono arrivato alla sintesi del circuito

mostrato in Figura 1 In teoria i valori dei

resistori R1-R4 dovrebbero essere di 1

2 4 8 kΩ ma anche con i valori standard

che ho usato si ottengono buoni risultati

Pic Micro

16 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Il programma deve discriminare ciascun

stato con due soglie NADC_L (inferiore) e

NADC_H (superiore) Il numero di 10 bit in

uscita dal convertitore deve essere com-

preso tra questi due limiti che ho determi-

nato con plusmn20 unitagrave rispetto al valore NADC

Il diagramma di Figura 2 mostra chiara-

mente gli intervalli e la tensione in uscita

Vo in funzione del numero impostato sui

quattro dip

Come si vede lrsquoandamento egrave abbastanza

lineare e gli intervalli ∆N vanno da un mi-

nimo di 46 a un massimo di 71 per cui le

soglie di plusmn20 non si sovrappongono

Come si vede dalla tabella alimentando il

circuito con Vcc = 5V la tensione in usci-

ta massima egrave di 90844 mV inferiore alla

tensione massima (1100 mV) accettata dal

convertitore Se si avesse la necessitagrave di

un dip switch da 8 pin basta duplicare il

circuito e usare un secondo ingresso ana-

logico In Figura 3 egrave mostrato uno schema

di collegamento dei singoli componenti

Il circuito si realizza con poche saldatu-

re ed egrave anche facile disegnare il circuito

stampato

Tabella 1

D4 D3 D2 D1 N R14 I [mA] Vo [mV] ∆V [mV] NADC ∆N NADC_L NADC_H

ON ON ON ON 0 0 0073 000 0 0 0 0 30

ON ON ON OFF 1 1000 0072 7236 7236 67 67 47 87

ON ON OFF ON 2 2000 0071 14265 7029 133 66 113 153

ON ON OFF OFF 3 3000 0070 21097 6832 196 63 176 216

ON OFF ON ON 4 3920 0069 27215 6118 253 57 233 273

ON OFF ON OFF 5 4920 0068 33689 6475 313 60 293 333

ON OFF OFF ON 6 5920 0068 39989 6300 372 59 352 392

ON OFF OFF OFF 7 6920 0067 46121 6132 429 57 409 449

OFF ON ON ON 8 8200 0066 53735 7614 500 71 480 520

OFF ON ON OFF 9 9200 0065 59508 5773 553 53 533 573

OFF ON OFF ON 10 10200 0064 65134 5626 606 53 586 626

OFF ON OFF OFF 11 11200 0063 70618 5484 657 51 637 677

OFF OFF ON ON 12 12120 0062 75542 4924 703 46 683 723

OFF OFF ON OFF 13 13120 0062 80768 5226 751 48 731 771

OFF OFF OFF ON 14 14120 0061 85867 5099 799 48 779 819

OFF OFF OFF OFF 15 15120 0060 90844 4976 845 46 825 865

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Figura 2 - Intervalli e tensione duscita secondo la posizione dei Dip

Figura 3 - Schema di collegamento

La Figura 4 mostra lrsquoaspetto del mio proto-

tipo visto dal lato componenti e da quello

delle saldature In questo caso ho usato

una piccola scheda millefori da circa 40x30

mm Ho ottimizzato il circuito per Arduino

Genuino Uno e il programma va bene per

MCU tipo ATmega328168 Ma si puograve usa-

re con piccole modifiche anche con altre

MCU come SAMD21G18 montata sulle

schede Arduino Zero e Arduino MKR1000

e anche gli ESP8266 e 32

Per il collegamento con Arduino ho usato

un connettore strip a 3 pin I resistori devo-

no avere una bassa tolleranza io ho usato

quelli a strato metallico da 14W con tol-

leranza di plusmn1 molto comuni e di facile

reperibilitagrave In Figura 5 si vede il cablaggio

tra la scheda DIP e Arduino Uno

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Maker

20 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Giuseppe La Rosa

glarosaelettronicaemakerit

In un mondo dove le code aumentano

notevolmente per lrsquoacquisto di beni e

servizi occorre dotare la propria attivitagrave

commerciale di elimina code in maniera

da avere file di utenti sempre piugrave ordina-

te e tramite la chiamata vocale del turno

e la visualizzazione su display di attirare

lrsquoattenzione anche dellrsquoutente piugrave distratto

cosigrave da evitare perdite di tempo nella ricer-

ca del cliente disattento

Nella figura 2 riportiamo lo schema di fun-

zionamento dellrsquoelimina code vocale

Come potete osservare il tutto egrave gestito

da un applicazione Android che si connet-

te tramite Bluetooth al display a matrice di

LED e ad un altoparlante sempre Blueto-

oth o un altoparlante amplificato dotato di

jack da 35 mm (presa cuffie del telefono o

Tablet)

Lrsquoapplicazione si occupa di inviare il testo

alfanumerico al display mentre allrsquoalto-

Il sistema di gestione e smistamento code che viene proposto in questo articolo permette tramite unrsquoapposita applicazione Android un pannello a matrice di LED e un altoparlante Bluetooth di fare defluire le file con maggiore chiarezza grazie alla chiamata vocale dei turni in aggiunta alla visualizzazione del turno sullrsquoapposito Display

Elimina CodeVocale

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 21

LED (righe) Il MAX7219 in modalitagrave matri-

ce scandisce le 8 righe di 8 colonne LED

uno dopo lrsquoaltro

Accende sempre i LED di una riga per un

certo tempo per poi spegnerli e prosegui-

re con la riga successiva

Ha un oscillatore intero per temporizzare le

operazioni di multiplexing

La modalitagrave (pilotaggio display sette seg-

menti) Decode fa la stessa cosa solo che i

dati trasmessi non vengono interpretati bit

per bit (ogni bit per un LED acceso o spen-

to) ma come codice BCD e visualizzato la

combinazione di segmenti corrispondente

numero La luminositagrave dei display puograve es-

sere controllata con un resistore esterno

connesso tra il piedino 19 (V+) e il piedino

18 (ISET)

La corrente nei LED egrave circa 100 volte la

corrente nel pin 18 (ISET)

Modificando il valore del resistore al pin 18

egrave possibile cambiare questa corrente

La corrente di picco nelle matrici di LED

nominalmente puograve essere fissa o variabile

parlante egrave inviata la sintesi vocale cioegrave la

lettura vocale del testo alfanumerico gene-

rato dallrsquoApplicazione

Il progetto (figura 1) che ci rechiamo a re-

alizzare e a descrivere nelle prossime pa-

gine egrave di facile realizzazione percheacute usa

componenti agevolmente reperibili nel

web e anche percheacute egrave basato sulla piatta-

forma Arduino UNO che ormai egrave abbastan-

za conosciuta sia in abito hobbistico che

specialistico

Nel prossimo paragrafo descriveremo il

driver MAX7219 utilizzato per il controllo

IL DISPLAY DRIVER MAX7219

In questo progetto egrave stato utilizzato un mo-

dulo con abbordo quattro driver MAX7219

(vedi figura 12)

Il MAX7219 egrave stato progettato (vedi figura

3) per controllare display a LED a segmenti

o matrice di punti

In questo caso utilizzato in modalitagrave ma-

trice di LED ogni driver controlla una ma-

trice composta da otto (colonne) per otto

Maker

22 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

(tramite Trimmer) ma deve comunque es-

sere maggiore uguale 953 ohm

Si sconsiglia di non superare i 40 mA per

LED se sono necessarie correnti maggiori

occorreragrave inserire buffer esterni

In ogni caso la corrente complessiva mas-

sima (tutti i LED accesi) non dovragrave supera-

re 330 mA

La luminositagrave del display puograve essere con-

trollata anche in modo digitale utilizzando

lrsquointensity register (per approfondimenti

vedi il Datasheet)

Il controllo viene effettuato mediante il re-

gistro il quale agisce su un circuito PWM

interno Il modulatore suddivide la corrente

media nelle matrici di LED in 16 passi da

un massimo di 3132 fino a un minimo di

132 della corrente di picco imposta al pie-

dino 18

IL CIRCUITO ELETTRICO

Esaminiamo ora in particolare lo schema

elettrico (figura 4) della scheda di controllo

Figura 1 Foto del progetto finito in funzione con indicazione scorrevole

del display Il circuito rende indispensabile

una tensione di alimentazione in corrente

continua di 5 V Prelevata attraverso il con-

nettore micro USB (X1) esso fornisce i 5

V necessari ad alimentare microcontrollore

IC1 il modulo Bluetooth J3 e il modulo di-

splay connesso sul connettore J4

Il circuito assorbe una corrente di circa

1500 mA dunque egrave necessario che la sor-

gente di alimentazione cioegrave lrsquoalimentatore

USB sia in grado di fornire tale intensitagrave di

corrente o una maggiore corrente

Ersquo possibile utilizzare anche un alimentato-

re diverso da uno USB che egrave eventualmen-

te collegabile con due fili al connettore X4

Il connettore J4 (connesso ad IC1) imple-

menta unrsquointerfaccia seriale sincrona che

controlla il modulo display dove sono con-

tenuti i driver MAX7219 (uno per display)

che pilotano le matrici di LED

Si conclude la trattazione e descrizione

dello schema elettrico

Nel prossimo paragrafo passiamo alla rea-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 23

per lrsquointegrato abbiamo utilizzato lrsquoapposi-

to zoccolo per evitare di surriscaldarli du-

rante gli interventi di saldatura

Prima drsquoiniziare a montare i componenti a

montaggio tradizionale occorre montare il

connettore (in SMD) micro USB X1 che va

saldato adoperando un saldatore con pun-

ta sottile e stagno dal diametro di 05 mm

Prima di posizionarlo sulle piazzuole oc-

corre applicare un sottile strato di pasta

saldante per SMD in seguito si puograve passa-

re alle saldature delle due alette laterali ed

infine alla saldatura dei quattro terminali

lizzazione pratica del nostro display a ma-

trice di LED

REALIZZAZIONE PRATICA E COLLAUDO

Per la realizzazione di questo dispositivo

(figura 7) abbiamo approntato un circuito

stampato a doppia faccia (vedi figura 6) le

cui dimensioni sono 935 per 605 millime-

tri Per la costruzione di questa scheda si

devono impiegare i master di figura 6 e i

componenti elencati nellrsquoldquo Elenco Compo-

nentirdquoLrsquooperazione di montaggio di questo

circuito non presenta particolari difficoltagrave

Figura 2 Schema di funzionamento elimina code vocale

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

34 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

LED DriverQuale Scegliere

Dalla sua prima apparizione commerciale negli anni 70 il LED o ldquoLight Emitting Dioderdquo ha fattomolta strada Dal ruolo iniziale di semplice indicatore a quello di componente essenziale per display alfanumerici egrave approdato allrsquoimpiego generalizzato nei pannelli luminosi fino a divenire il protagonista assoluto dellilluminazione globale soppiantando in tempi rapidissimi le fonti luminose tradizionaliIn questo articolo vedremo quali sono le caratteristiche di cui deve disporre un valido alimentatore per sistemi di LED lighting

a cura della Redazione

redazioneelettronicaemakerit

Fino a quando i LED disponibili sul merca-

to erano nientaltro che semplici indica-

tori o display alimentarli era estremamente

semplice e non erano richiesti accorgimenti

particolari se non quello di utilizzare delle

resistenze di limitazione di corrente Al con-

trario da quando si sono affacciati sul mer-

cato i primi componenti a media e alta po-

tenza destinati allilluminazione negli ambiti

piugrave disparati i requisiti sono notevolmente

cambiati Per garantire lefficienza e la lunga

durata di questi semiconduttori alimentan-

doli in modo corretto egrave necessario utilizzare

driver destinati espressamente allo scopo

Percheacute si definiscono ldquodriverrdquo e non piugrave

semplicemente ldquoalimentatorirdquo

Percheacute un driver destinato ai LED non egrave un

semplice alimentatore almeno nella con-

cezione tradizionale del termine Il proget-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 35

La gamma di driver LED di MEAN WELL

to su cui egrave basato tiene conto fin dallinizio

delle caratteristiche specifiche dei LED per

garantirne il funzionamento ottimale una

lunga durata offrire un elevato livello di effi-

cienza energetica e la protezione dai guasti

Un alimentatore classico non potrebbe ga-

rantire tutto questo e per poter svolgere le

stesse funzioni dovrebbe essere integrato

da ulteriore elettronica di controllo

I driver disponibili sul mercato presentano

tutti caratteristiche piugrave o meno simili

Assolutamente no Tra i diversi modelli esi-

stono differenze anche notevoli non trascu-

rabili principalmente dovute alle applica-

zioni di destinazione Tra queste potremmo

distinguere a titolo di esempio alcune ma-

cro-categorie di utilizzo cercando di sinte-

tizzare le caratteristiche di prodotto che di

caso in caso dovremo ricercare nei diversi

dispositivi

ILLUMINAZIONE DOMESTICA

In generale un driver destinato allrsquoillumi-

nazione di abitazioni dovrebbe disporre ri-

spondere ad alcuni requisiti quali

bull Dimensioni ridotte

bull Costo contenuto

bull Potenza medio-bassa

bull Elevato livello di efficienza e affidabilitagrave

36 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

ILLUMINAZIONE

STRADALE

Egrave probabilmente uno degli

impieghi piugrave critici in quan-

to i LED devono funzionare

stabilmente in un condizioni

critiche

Per questo i driver impiega-

ti devono possedere le mi-

gliori caratteristiche di con-

trollo affidabilitagrave e durata

bull Ampio intervallo di tem-

perature di funziona-

mento

bull Efficienza e stabilitagrave elevate

bull Funzionamento a potenza costante

bull Correzione attiva del fattore di potenza

(Active PFC)

bull Alto livello di protezione IP

bull Isolamento Classe 2

bull Possibilitagrave di controllo remoto per fun-

zioni Smart City

bull Ottimo rapporto costoprestazioni

I driver della Serie XLG di Figura 1 dalle di-

mensioni contenute oppure la Serie ELG

dallrsquoottimo rapporto costoprestazioni o la

Serie HLG ad alta efficienza rappresenta-

no una scelta adatta a questo tipo di appli-

cazione

Per un ulteriore risparmio energetico le ver-

sioni D2 delle Serie ELG (opzionale per il

modello HLG) dispongono anche della fun-

zione ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

bull Semplicitagrave di installazione

bull Controllo della luminositagrave semplice ed

immediato (dimming)

bull Lunga durata

Alcuni esempi di soluzione per questa cate-

goria di utilizzo sono rappresentati dai dri-

ver della Serie LDC con potenze da 35 a

80W che permettono il controllo CP (a po-

tenza costante) dei LED

Nel caso di applicazioni che prevedono ca-

ratteristiche di domotica oltre ai precedenti

si dovrebbero considerare

bull Disponibilitagrave di interfacce evolute come

DALI o KNX

bull Possibilitagrave di controllo wireless

La Serie LCM-BLE ad esempio integra la

funzionalitagrave Bluetooth con Mesh Networ-

king facilmente programmabile e controlla-

bile tramite apposita app

Figura 1 Il driver a potenza costante XLG-100-H-A

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 7: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Partecipa alla Elektor C mmunity

wwwelektorcommember

Oppure puoi scegliere

Accesso allrsquoarchivio web Elektor dal 1974 6x Rivista Elektor (Su Carta) 9x Rivista Elektor (PDF) compresa

la rivista Elektor Industry (EN) Sconto del 10 nel nostro web shop e offerte esclusive

DVD-ROM annuale di Elektor

Un account online presso gli Elektor LAB con accesso a oltre 1000 file Gerber e una linea di comunicazione diretta con i nostri esperti Possibilitagrave di pubblicare un proprio progetto o anche di metterlo in vendita sul nostro shop

Sottoscrivi una membership

La Digital membership

GOLDGOLDmembe r s h i p

GREENGREENmembe r s h i p

Accesso allrsquoarchivio web di Elektor Sconto del 10 nel nostro web shop 6x Rivista Elektor (PDF) Offerte esclusive Accesso a piugrave di 1000 file Gerber

Pic Micro

14 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Il DIP switch egrave un insieme di piccoli inter-

ruttori in un DIP (Dual In-line Package) del

tutto simile a quello usato per i circuiti inte-

grati Esso viene utilizzato per configurare

lindirizzo delle periferiche del computer

per modificare la modalitagrave operativa di un

dispositivo o per impostare il codice di un

radiocomando

Normalmente i dip switch richiedono tanti

pin drsquoingresso digitale con resistori di pull-

up abilitati quanti sono i dip usati

Il circuito proposto richiede solo un ingres-

so analogico per quattro dip switch

Questo articolo egrave anche particolarmente

utile per applicazioni con ESP8266 che ha

pochi pin di IO ma ha un ingresso analogi-

co con 1V di fondo-scala

Dopo aver sviluppato un progetto per leg-

gere una tastierina 4x3 con tre ingressi

analogici [1] pensavo di applicare que-

I dip switch sono molto utili per immettere parametri od opzioni nei programmi delle MCU ma richiedono molti ingressi Questo progetto utilizza un solo ingresso analogico di Arduino per quattro dip

di Giovanni Carrera

gcarreraelettronicaemakerit

Dip Switchper Arduino

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 15 Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 15

Se misuriamo la resistenza tra Vo e Gnd si

ha un valore che egrave proporzionale al numero

binario impostato ma la tensione Vo saragrave

pari a

VO=VCCR14(R14+R5)

Dove con R14 ho indicato la somma dei re-

sistori da R1 a R4 non cortocircuitati dai

dip switch Come si vede ora la legge non

egrave lineare ma basta porre R5 abbastanza

grande da minimizzare la variazione di cor-

rente Questo ridurragrave la tensione in uscita

ma settando la tensione di riferimento di

Arduino come ldquoINTERNALrdquo si ottiene un

fondo-scala del convertitore ADC di Ardui-

no UNO pari a circa 11V

Indicando con ldquoONrdquo i singoli dip chiusi e

con ldquoOFFrdquo quelli aperti e ponendo Vcc = 5V

si ottengono i valori espressi nella Tabella 1

dove NADC egrave il numero in uscita del con-

vertitore a 10 bit

Con quattro dip si rappresentano 2^4 = 16

stati diversi che occorre identificare con

precisione

Figura 1 - Schema elettrico del Dip-Switch per Arduino

sta metodologia anche ai dip switch ma le

cose non sono affatto simili I pulsanti si

chiudono solo uno alla volta e sono mono-

stabili mentre i dip sono bistabili e si pos-

sono chiudere anche tutti insieme

Dopo diversi tentativi simulati su calcola-

tore sono arrivato alla sintesi del circuito

mostrato in Figura 1 In teoria i valori dei

resistori R1-R4 dovrebbero essere di 1

2 4 8 kΩ ma anche con i valori standard

che ho usato si ottengono buoni risultati

Pic Micro

16 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Il programma deve discriminare ciascun

stato con due soglie NADC_L (inferiore) e

NADC_H (superiore) Il numero di 10 bit in

uscita dal convertitore deve essere com-

preso tra questi due limiti che ho determi-

nato con plusmn20 unitagrave rispetto al valore NADC

Il diagramma di Figura 2 mostra chiara-

mente gli intervalli e la tensione in uscita

Vo in funzione del numero impostato sui

quattro dip

Come si vede lrsquoandamento egrave abbastanza

lineare e gli intervalli ∆N vanno da un mi-

nimo di 46 a un massimo di 71 per cui le

soglie di plusmn20 non si sovrappongono

Come si vede dalla tabella alimentando il

circuito con Vcc = 5V la tensione in usci-

ta massima egrave di 90844 mV inferiore alla

tensione massima (1100 mV) accettata dal

convertitore Se si avesse la necessitagrave di

un dip switch da 8 pin basta duplicare il

circuito e usare un secondo ingresso ana-

logico In Figura 3 egrave mostrato uno schema

di collegamento dei singoli componenti

Il circuito si realizza con poche saldatu-

re ed egrave anche facile disegnare il circuito

stampato

Tabella 1

D4 D3 D2 D1 N R14 I [mA] Vo [mV] ∆V [mV] NADC ∆N NADC_L NADC_H

ON ON ON ON 0 0 0073 000 0 0 0 0 30

ON ON ON OFF 1 1000 0072 7236 7236 67 67 47 87

ON ON OFF ON 2 2000 0071 14265 7029 133 66 113 153

ON ON OFF OFF 3 3000 0070 21097 6832 196 63 176 216

ON OFF ON ON 4 3920 0069 27215 6118 253 57 233 273

ON OFF ON OFF 5 4920 0068 33689 6475 313 60 293 333

ON OFF OFF ON 6 5920 0068 39989 6300 372 59 352 392

ON OFF OFF OFF 7 6920 0067 46121 6132 429 57 409 449

OFF ON ON ON 8 8200 0066 53735 7614 500 71 480 520

OFF ON ON OFF 9 9200 0065 59508 5773 553 53 533 573

OFF ON OFF ON 10 10200 0064 65134 5626 606 53 586 626

OFF ON OFF OFF 11 11200 0063 70618 5484 657 51 637 677

OFF OFF ON ON 12 12120 0062 75542 4924 703 46 683 723

OFF OFF ON OFF 13 13120 0062 80768 5226 751 48 731 771

OFF OFF OFF ON 14 14120 0061 85867 5099 799 48 779 819

OFF OFF OFF OFF 15 15120 0060 90844 4976 845 46 825 865

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Figura 2 - Intervalli e tensione duscita secondo la posizione dei Dip

Figura 3 - Schema di collegamento

La Figura 4 mostra lrsquoaspetto del mio proto-

tipo visto dal lato componenti e da quello

delle saldature In questo caso ho usato

una piccola scheda millefori da circa 40x30

mm Ho ottimizzato il circuito per Arduino

Genuino Uno e il programma va bene per

MCU tipo ATmega328168 Ma si puograve usa-

re con piccole modifiche anche con altre

MCU come SAMD21G18 montata sulle

schede Arduino Zero e Arduino MKR1000

e anche gli ESP8266 e 32

Per il collegamento con Arduino ho usato

un connettore strip a 3 pin I resistori devo-

no avere una bassa tolleranza io ho usato

quelli a strato metallico da 14W con tol-

leranza di plusmn1 molto comuni e di facile

reperibilitagrave In Figura 5 si vede il cablaggio

tra la scheda DIP e Arduino Uno

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Maker

20 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Giuseppe La Rosa

glarosaelettronicaemakerit

In un mondo dove le code aumentano

notevolmente per lrsquoacquisto di beni e

servizi occorre dotare la propria attivitagrave

commerciale di elimina code in maniera

da avere file di utenti sempre piugrave ordina-

te e tramite la chiamata vocale del turno

e la visualizzazione su display di attirare

lrsquoattenzione anche dellrsquoutente piugrave distratto

cosigrave da evitare perdite di tempo nella ricer-

ca del cliente disattento

Nella figura 2 riportiamo lo schema di fun-

zionamento dellrsquoelimina code vocale

Come potete osservare il tutto egrave gestito

da un applicazione Android che si connet-

te tramite Bluetooth al display a matrice di

LED e ad un altoparlante sempre Blueto-

oth o un altoparlante amplificato dotato di

jack da 35 mm (presa cuffie del telefono o

Tablet)

Lrsquoapplicazione si occupa di inviare il testo

alfanumerico al display mentre allrsquoalto-

Il sistema di gestione e smistamento code che viene proposto in questo articolo permette tramite unrsquoapposita applicazione Android un pannello a matrice di LED e un altoparlante Bluetooth di fare defluire le file con maggiore chiarezza grazie alla chiamata vocale dei turni in aggiunta alla visualizzazione del turno sullrsquoapposito Display

Elimina CodeVocale

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 21

LED (righe) Il MAX7219 in modalitagrave matri-

ce scandisce le 8 righe di 8 colonne LED

uno dopo lrsquoaltro

Accende sempre i LED di una riga per un

certo tempo per poi spegnerli e prosegui-

re con la riga successiva

Ha un oscillatore intero per temporizzare le

operazioni di multiplexing

La modalitagrave (pilotaggio display sette seg-

menti) Decode fa la stessa cosa solo che i

dati trasmessi non vengono interpretati bit

per bit (ogni bit per un LED acceso o spen-

to) ma come codice BCD e visualizzato la

combinazione di segmenti corrispondente

numero La luminositagrave dei display puograve es-

sere controllata con un resistore esterno

connesso tra il piedino 19 (V+) e il piedino

18 (ISET)

La corrente nei LED egrave circa 100 volte la

corrente nel pin 18 (ISET)

Modificando il valore del resistore al pin 18

egrave possibile cambiare questa corrente

La corrente di picco nelle matrici di LED

nominalmente puograve essere fissa o variabile

parlante egrave inviata la sintesi vocale cioegrave la

lettura vocale del testo alfanumerico gene-

rato dallrsquoApplicazione

Il progetto (figura 1) che ci rechiamo a re-

alizzare e a descrivere nelle prossime pa-

gine egrave di facile realizzazione percheacute usa

componenti agevolmente reperibili nel

web e anche percheacute egrave basato sulla piatta-

forma Arduino UNO che ormai egrave abbastan-

za conosciuta sia in abito hobbistico che

specialistico

Nel prossimo paragrafo descriveremo il

driver MAX7219 utilizzato per il controllo

IL DISPLAY DRIVER MAX7219

In questo progetto egrave stato utilizzato un mo-

dulo con abbordo quattro driver MAX7219

(vedi figura 12)

Il MAX7219 egrave stato progettato (vedi figura

3) per controllare display a LED a segmenti

o matrice di punti

In questo caso utilizzato in modalitagrave ma-

trice di LED ogni driver controlla una ma-

trice composta da otto (colonne) per otto

Maker

22 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

(tramite Trimmer) ma deve comunque es-

sere maggiore uguale 953 ohm

Si sconsiglia di non superare i 40 mA per

LED se sono necessarie correnti maggiori

occorreragrave inserire buffer esterni

In ogni caso la corrente complessiva mas-

sima (tutti i LED accesi) non dovragrave supera-

re 330 mA

La luminositagrave del display puograve essere con-

trollata anche in modo digitale utilizzando

lrsquointensity register (per approfondimenti

vedi il Datasheet)

Il controllo viene effettuato mediante il re-

gistro il quale agisce su un circuito PWM

interno Il modulatore suddivide la corrente

media nelle matrici di LED in 16 passi da

un massimo di 3132 fino a un minimo di

132 della corrente di picco imposta al pie-

dino 18

IL CIRCUITO ELETTRICO

Esaminiamo ora in particolare lo schema

elettrico (figura 4) della scheda di controllo

Figura 1 Foto del progetto finito in funzione con indicazione scorrevole

del display Il circuito rende indispensabile

una tensione di alimentazione in corrente

continua di 5 V Prelevata attraverso il con-

nettore micro USB (X1) esso fornisce i 5

V necessari ad alimentare microcontrollore

IC1 il modulo Bluetooth J3 e il modulo di-

splay connesso sul connettore J4

Il circuito assorbe una corrente di circa

1500 mA dunque egrave necessario che la sor-

gente di alimentazione cioegrave lrsquoalimentatore

USB sia in grado di fornire tale intensitagrave di

corrente o una maggiore corrente

Ersquo possibile utilizzare anche un alimentato-

re diverso da uno USB che egrave eventualmen-

te collegabile con due fili al connettore X4

Il connettore J4 (connesso ad IC1) imple-

menta unrsquointerfaccia seriale sincrona che

controlla il modulo display dove sono con-

tenuti i driver MAX7219 (uno per display)

che pilotano le matrici di LED

Si conclude la trattazione e descrizione

dello schema elettrico

Nel prossimo paragrafo passiamo alla rea-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 23

per lrsquointegrato abbiamo utilizzato lrsquoapposi-

to zoccolo per evitare di surriscaldarli du-

rante gli interventi di saldatura

Prima drsquoiniziare a montare i componenti a

montaggio tradizionale occorre montare il

connettore (in SMD) micro USB X1 che va

saldato adoperando un saldatore con pun-

ta sottile e stagno dal diametro di 05 mm

Prima di posizionarlo sulle piazzuole oc-

corre applicare un sottile strato di pasta

saldante per SMD in seguito si puograve passa-

re alle saldature delle due alette laterali ed

infine alla saldatura dei quattro terminali

lizzazione pratica del nostro display a ma-

trice di LED

REALIZZAZIONE PRATICA E COLLAUDO

Per la realizzazione di questo dispositivo

(figura 7) abbiamo approntato un circuito

stampato a doppia faccia (vedi figura 6) le

cui dimensioni sono 935 per 605 millime-

tri Per la costruzione di questa scheda si

devono impiegare i master di figura 6 e i

componenti elencati nellrsquoldquo Elenco Compo-

nentirdquoLrsquooperazione di montaggio di questo

circuito non presenta particolari difficoltagrave

Figura 2 Schema di funzionamento elimina code vocale

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

34 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

LED DriverQuale Scegliere

Dalla sua prima apparizione commerciale negli anni 70 il LED o ldquoLight Emitting Dioderdquo ha fattomolta strada Dal ruolo iniziale di semplice indicatore a quello di componente essenziale per display alfanumerici egrave approdato allrsquoimpiego generalizzato nei pannelli luminosi fino a divenire il protagonista assoluto dellilluminazione globale soppiantando in tempi rapidissimi le fonti luminose tradizionaliIn questo articolo vedremo quali sono le caratteristiche di cui deve disporre un valido alimentatore per sistemi di LED lighting

a cura della Redazione

redazioneelettronicaemakerit

Fino a quando i LED disponibili sul merca-

to erano nientaltro che semplici indica-

tori o display alimentarli era estremamente

semplice e non erano richiesti accorgimenti

particolari se non quello di utilizzare delle

resistenze di limitazione di corrente Al con-

trario da quando si sono affacciati sul mer-

cato i primi componenti a media e alta po-

tenza destinati allilluminazione negli ambiti

piugrave disparati i requisiti sono notevolmente

cambiati Per garantire lefficienza e la lunga

durata di questi semiconduttori alimentan-

doli in modo corretto egrave necessario utilizzare

driver destinati espressamente allo scopo

Percheacute si definiscono ldquodriverrdquo e non piugrave

semplicemente ldquoalimentatorirdquo

Percheacute un driver destinato ai LED non egrave un

semplice alimentatore almeno nella con-

cezione tradizionale del termine Il proget-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 35

La gamma di driver LED di MEAN WELL

to su cui egrave basato tiene conto fin dallinizio

delle caratteristiche specifiche dei LED per

garantirne il funzionamento ottimale una

lunga durata offrire un elevato livello di effi-

cienza energetica e la protezione dai guasti

Un alimentatore classico non potrebbe ga-

rantire tutto questo e per poter svolgere le

stesse funzioni dovrebbe essere integrato

da ulteriore elettronica di controllo

I driver disponibili sul mercato presentano

tutti caratteristiche piugrave o meno simili

Assolutamente no Tra i diversi modelli esi-

stono differenze anche notevoli non trascu-

rabili principalmente dovute alle applica-

zioni di destinazione Tra queste potremmo

distinguere a titolo di esempio alcune ma-

cro-categorie di utilizzo cercando di sinte-

tizzare le caratteristiche di prodotto che di

caso in caso dovremo ricercare nei diversi

dispositivi

ILLUMINAZIONE DOMESTICA

In generale un driver destinato allrsquoillumi-

nazione di abitazioni dovrebbe disporre ri-

spondere ad alcuni requisiti quali

bull Dimensioni ridotte

bull Costo contenuto

bull Potenza medio-bassa

bull Elevato livello di efficienza e affidabilitagrave

36 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

ILLUMINAZIONE

STRADALE

Egrave probabilmente uno degli

impieghi piugrave critici in quan-

to i LED devono funzionare

stabilmente in un condizioni

critiche

Per questo i driver impiega-

ti devono possedere le mi-

gliori caratteristiche di con-

trollo affidabilitagrave e durata

bull Ampio intervallo di tem-

perature di funziona-

mento

bull Efficienza e stabilitagrave elevate

bull Funzionamento a potenza costante

bull Correzione attiva del fattore di potenza

(Active PFC)

bull Alto livello di protezione IP

bull Isolamento Classe 2

bull Possibilitagrave di controllo remoto per fun-

zioni Smart City

bull Ottimo rapporto costoprestazioni

I driver della Serie XLG di Figura 1 dalle di-

mensioni contenute oppure la Serie ELG

dallrsquoottimo rapporto costoprestazioni o la

Serie HLG ad alta efficienza rappresenta-

no una scelta adatta a questo tipo di appli-

cazione

Per un ulteriore risparmio energetico le ver-

sioni D2 delle Serie ELG (opzionale per il

modello HLG) dispongono anche della fun-

zione ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

bull Semplicitagrave di installazione

bull Controllo della luminositagrave semplice ed

immediato (dimming)

bull Lunga durata

Alcuni esempi di soluzione per questa cate-

goria di utilizzo sono rappresentati dai dri-

ver della Serie LDC con potenze da 35 a

80W che permettono il controllo CP (a po-

tenza costante) dei LED

Nel caso di applicazioni che prevedono ca-

ratteristiche di domotica oltre ai precedenti

si dovrebbero considerare

bull Disponibilitagrave di interfacce evolute come

DALI o KNX

bull Possibilitagrave di controllo wireless

La Serie LCM-BLE ad esempio integra la

funzionalitagrave Bluetooth con Mesh Networ-

king facilmente programmabile e controlla-

bile tramite apposita app

Figura 1 Il driver a potenza costante XLG-100-H-A

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 8: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Pic Micro

14 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Il DIP switch egrave un insieme di piccoli inter-

ruttori in un DIP (Dual In-line Package) del

tutto simile a quello usato per i circuiti inte-

grati Esso viene utilizzato per configurare

lindirizzo delle periferiche del computer

per modificare la modalitagrave operativa di un

dispositivo o per impostare il codice di un

radiocomando

Normalmente i dip switch richiedono tanti

pin drsquoingresso digitale con resistori di pull-

up abilitati quanti sono i dip usati

Il circuito proposto richiede solo un ingres-

so analogico per quattro dip switch

Questo articolo egrave anche particolarmente

utile per applicazioni con ESP8266 che ha

pochi pin di IO ma ha un ingresso analogi-

co con 1V di fondo-scala

Dopo aver sviluppato un progetto per leg-

gere una tastierina 4x3 con tre ingressi

analogici [1] pensavo di applicare que-

I dip switch sono molto utili per immettere parametri od opzioni nei programmi delle MCU ma richiedono molti ingressi Questo progetto utilizza un solo ingresso analogico di Arduino per quattro dip

di Giovanni Carrera

gcarreraelettronicaemakerit

Dip Switchper Arduino

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 15 Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 15

Se misuriamo la resistenza tra Vo e Gnd si

ha un valore che egrave proporzionale al numero

binario impostato ma la tensione Vo saragrave

pari a

VO=VCCR14(R14+R5)

Dove con R14 ho indicato la somma dei re-

sistori da R1 a R4 non cortocircuitati dai

dip switch Come si vede ora la legge non

egrave lineare ma basta porre R5 abbastanza

grande da minimizzare la variazione di cor-

rente Questo ridurragrave la tensione in uscita

ma settando la tensione di riferimento di

Arduino come ldquoINTERNALrdquo si ottiene un

fondo-scala del convertitore ADC di Ardui-

no UNO pari a circa 11V

Indicando con ldquoONrdquo i singoli dip chiusi e

con ldquoOFFrdquo quelli aperti e ponendo Vcc = 5V

si ottengono i valori espressi nella Tabella 1

dove NADC egrave il numero in uscita del con-

vertitore a 10 bit

Con quattro dip si rappresentano 2^4 = 16

stati diversi che occorre identificare con

precisione

Figura 1 - Schema elettrico del Dip-Switch per Arduino

sta metodologia anche ai dip switch ma le

cose non sono affatto simili I pulsanti si

chiudono solo uno alla volta e sono mono-

stabili mentre i dip sono bistabili e si pos-

sono chiudere anche tutti insieme

Dopo diversi tentativi simulati su calcola-

tore sono arrivato alla sintesi del circuito

mostrato in Figura 1 In teoria i valori dei

resistori R1-R4 dovrebbero essere di 1

2 4 8 kΩ ma anche con i valori standard

che ho usato si ottengono buoni risultati

Pic Micro

16 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Il programma deve discriminare ciascun

stato con due soglie NADC_L (inferiore) e

NADC_H (superiore) Il numero di 10 bit in

uscita dal convertitore deve essere com-

preso tra questi due limiti che ho determi-

nato con plusmn20 unitagrave rispetto al valore NADC

Il diagramma di Figura 2 mostra chiara-

mente gli intervalli e la tensione in uscita

Vo in funzione del numero impostato sui

quattro dip

Come si vede lrsquoandamento egrave abbastanza

lineare e gli intervalli ∆N vanno da un mi-

nimo di 46 a un massimo di 71 per cui le

soglie di plusmn20 non si sovrappongono

Come si vede dalla tabella alimentando il

circuito con Vcc = 5V la tensione in usci-

ta massima egrave di 90844 mV inferiore alla

tensione massima (1100 mV) accettata dal

convertitore Se si avesse la necessitagrave di

un dip switch da 8 pin basta duplicare il

circuito e usare un secondo ingresso ana-

logico In Figura 3 egrave mostrato uno schema

di collegamento dei singoli componenti

Il circuito si realizza con poche saldatu-

re ed egrave anche facile disegnare il circuito

stampato

Tabella 1

D4 D3 D2 D1 N R14 I [mA] Vo [mV] ∆V [mV] NADC ∆N NADC_L NADC_H

ON ON ON ON 0 0 0073 000 0 0 0 0 30

ON ON ON OFF 1 1000 0072 7236 7236 67 67 47 87

ON ON OFF ON 2 2000 0071 14265 7029 133 66 113 153

ON ON OFF OFF 3 3000 0070 21097 6832 196 63 176 216

ON OFF ON ON 4 3920 0069 27215 6118 253 57 233 273

ON OFF ON OFF 5 4920 0068 33689 6475 313 60 293 333

ON OFF OFF ON 6 5920 0068 39989 6300 372 59 352 392

ON OFF OFF OFF 7 6920 0067 46121 6132 429 57 409 449

OFF ON ON ON 8 8200 0066 53735 7614 500 71 480 520

OFF ON ON OFF 9 9200 0065 59508 5773 553 53 533 573

OFF ON OFF ON 10 10200 0064 65134 5626 606 53 586 626

OFF ON OFF OFF 11 11200 0063 70618 5484 657 51 637 677

OFF OFF ON ON 12 12120 0062 75542 4924 703 46 683 723

OFF OFF ON OFF 13 13120 0062 80768 5226 751 48 731 771

OFF OFF OFF ON 14 14120 0061 85867 5099 799 48 779 819

OFF OFF OFF OFF 15 15120 0060 90844 4976 845 46 825 865

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Figura 2 - Intervalli e tensione duscita secondo la posizione dei Dip

Figura 3 - Schema di collegamento

La Figura 4 mostra lrsquoaspetto del mio proto-

tipo visto dal lato componenti e da quello

delle saldature In questo caso ho usato

una piccola scheda millefori da circa 40x30

mm Ho ottimizzato il circuito per Arduino

Genuino Uno e il programma va bene per

MCU tipo ATmega328168 Ma si puograve usa-

re con piccole modifiche anche con altre

MCU come SAMD21G18 montata sulle

schede Arduino Zero e Arduino MKR1000

e anche gli ESP8266 e 32

Per il collegamento con Arduino ho usato

un connettore strip a 3 pin I resistori devo-

no avere una bassa tolleranza io ho usato

quelli a strato metallico da 14W con tol-

leranza di plusmn1 molto comuni e di facile

reperibilitagrave In Figura 5 si vede il cablaggio

tra la scheda DIP e Arduino Uno

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Maker

20 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Giuseppe La Rosa

glarosaelettronicaemakerit

In un mondo dove le code aumentano

notevolmente per lrsquoacquisto di beni e

servizi occorre dotare la propria attivitagrave

commerciale di elimina code in maniera

da avere file di utenti sempre piugrave ordina-

te e tramite la chiamata vocale del turno

e la visualizzazione su display di attirare

lrsquoattenzione anche dellrsquoutente piugrave distratto

cosigrave da evitare perdite di tempo nella ricer-

ca del cliente disattento

Nella figura 2 riportiamo lo schema di fun-

zionamento dellrsquoelimina code vocale

Come potete osservare il tutto egrave gestito

da un applicazione Android che si connet-

te tramite Bluetooth al display a matrice di

LED e ad un altoparlante sempre Blueto-

oth o un altoparlante amplificato dotato di

jack da 35 mm (presa cuffie del telefono o

Tablet)

Lrsquoapplicazione si occupa di inviare il testo

alfanumerico al display mentre allrsquoalto-

Il sistema di gestione e smistamento code che viene proposto in questo articolo permette tramite unrsquoapposita applicazione Android un pannello a matrice di LED e un altoparlante Bluetooth di fare defluire le file con maggiore chiarezza grazie alla chiamata vocale dei turni in aggiunta alla visualizzazione del turno sullrsquoapposito Display

Elimina CodeVocale

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 21

LED (righe) Il MAX7219 in modalitagrave matri-

ce scandisce le 8 righe di 8 colonne LED

uno dopo lrsquoaltro

Accende sempre i LED di una riga per un

certo tempo per poi spegnerli e prosegui-

re con la riga successiva

Ha un oscillatore intero per temporizzare le

operazioni di multiplexing

La modalitagrave (pilotaggio display sette seg-

menti) Decode fa la stessa cosa solo che i

dati trasmessi non vengono interpretati bit

per bit (ogni bit per un LED acceso o spen-

to) ma come codice BCD e visualizzato la

combinazione di segmenti corrispondente

numero La luminositagrave dei display puograve es-

sere controllata con un resistore esterno

connesso tra il piedino 19 (V+) e il piedino

18 (ISET)

La corrente nei LED egrave circa 100 volte la

corrente nel pin 18 (ISET)

Modificando il valore del resistore al pin 18

egrave possibile cambiare questa corrente

La corrente di picco nelle matrici di LED

nominalmente puograve essere fissa o variabile

parlante egrave inviata la sintesi vocale cioegrave la

lettura vocale del testo alfanumerico gene-

rato dallrsquoApplicazione

Il progetto (figura 1) che ci rechiamo a re-

alizzare e a descrivere nelle prossime pa-

gine egrave di facile realizzazione percheacute usa

componenti agevolmente reperibili nel

web e anche percheacute egrave basato sulla piatta-

forma Arduino UNO che ormai egrave abbastan-

za conosciuta sia in abito hobbistico che

specialistico

Nel prossimo paragrafo descriveremo il

driver MAX7219 utilizzato per il controllo

IL DISPLAY DRIVER MAX7219

In questo progetto egrave stato utilizzato un mo-

dulo con abbordo quattro driver MAX7219

(vedi figura 12)

Il MAX7219 egrave stato progettato (vedi figura

3) per controllare display a LED a segmenti

o matrice di punti

In questo caso utilizzato in modalitagrave ma-

trice di LED ogni driver controlla una ma-

trice composta da otto (colonne) per otto

Maker

22 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

(tramite Trimmer) ma deve comunque es-

sere maggiore uguale 953 ohm

Si sconsiglia di non superare i 40 mA per

LED se sono necessarie correnti maggiori

occorreragrave inserire buffer esterni

In ogni caso la corrente complessiva mas-

sima (tutti i LED accesi) non dovragrave supera-

re 330 mA

La luminositagrave del display puograve essere con-

trollata anche in modo digitale utilizzando

lrsquointensity register (per approfondimenti

vedi il Datasheet)

Il controllo viene effettuato mediante il re-

gistro il quale agisce su un circuito PWM

interno Il modulatore suddivide la corrente

media nelle matrici di LED in 16 passi da

un massimo di 3132 fino a un minimo di

132 della corrente di picco imposta al pie-

dino 18

IL CIRCUITO ELETTRICO

Esaminiamo ora in particolare lo schema

elettrico (figura 4) della scheda di controllo

Figura 1 Foto del progetto finito in funzione con indicazione scorrevole

del display Il circuito rende indispensabile

una tensione di alimentazione in corrente

continua di 5 V Prelevata attraverso il con-

nettore micro USB (X1) esso fornisce i 5

V necessari ad alimentare microcontrollore

IC1 il modulo Bluetooth J3 e il modulo di-

splay connesso sul connettore J4

Il circuito assorbe una corrente di circa

1500 mA dunque egrave necessario che la sor-

gente di alimentazione cioegrave lrsquoalimentatore

USB sia in grado di fornire tale intensitagrave di

corrente o una maggiore corrente

Ersquo possibile utilizzare anche un alimentato-

re diverso da uno USB che egrave eventualmen-

te collegabile con due fili al connettore X4

Il connettore J4 (connesso ad IC1) imple-

menta unrsquointerfaccia seriale sincrona che

controlla il modulo display dove sono con-

tenuti i driver MAX7219 (uno per display)

che pilotano le matrici di LED

Si conclude la trattazione e descrizione

dello schema elettrico

Nel prossimo paragrafo passiamo alla rea-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 23

per lrsquointegrato abbiamo utilizzato lrsquoapposi-

to zoccolo per evitare di surriscaldarli du-

rante gli interventi di saldatura

Prima drsquoiniziare a montare i componenti a

montaggio tradizionale occorre montare il

connettore (in SMD) micro USB X1 che va

saldato adoperando un saldatore con pun-

ta sottile e stagno dal diametro di 05 mm

Prima di posizionarlo sulle piazzuole oc-

corre applicare un sottile strato di pasta

saldante per SMD in seguito si puograve passa-

re alle saldature delle due alette laterali ed

infine alla saldatura dei quattro terminali

lizzazione pratica del nostro display a ma-

trice di LED

REALIZZAZIONE PRATICA E COLLAUDO

Per la realizzazione di questo dispositivo

(figura 7) abbiamo approntato un circuito

stampato a doppia faccia (vedi figura 6) le

cui dimensioni sono 935 per 605 millime-

tri Per la costruzione di questa scheda si

devono impiegare i master di figura 6 e i

componenti elencati nellrsquoldquo Elenco Compo-

nentirdquoLrsquooperazione di montaggio di questo

circuito non presenta particolari difficoltagrave

Figura 2 Schema di funzionamento elimina code vocale

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

34 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

LED DriverQuale Scegliere

Dalla sua prima apparizione commerciale negli anni 70 il LED o ldquoLight Emitting Dioderdquo ha fattomolta strada Dal ruolo iniziale di semplice indicatore a quello di componente essenziale per display alfanumerici egrave approdato allrsquoimpiego generalizzato nei pannelli luminosi fino a divenire il protagonista assoluto dellilluminazione globale soppiantando in tempi rapidissimi le fonti luminose tradizionaliIn questo articolo vedremo quali sono le caratteristiche di cui deve disporre un valido alimentatore per sistemi di LED lighting

a cura della Redazione

redazioneelettronicaemakerit

Fino a quando i LED disponibili sul merca-

to erano nientaltro che semplici indica-

tori o display alimentarli era estremamente

semplice e non erano richiesti accorgimenti

particolari se non quello di utilizzare delle

resistenze di limitazione di corrente Al con-

trario da quando si sono affacciati sul mer-

cato i primi componenti a media e alta po-

tenza destinati allilluminazione negli ambiti

piugrave disparati i requisiti sono notevolmente

cambiati Per garantire lefficienza e la lunga

durata di questi semiconduttori alimentan-

doli in modo corretto egrave necessario utilizzare

driver destinati espressamente allo scopo

Percheacute si definiscono ldquodriverrdquo e non piugrave

semplicemente ldquoalimentatorirdquo

Percheacute un driver destinato ai LED non egrave un

semplice alimentatore almeno nella con-

cezione tradizionale del termine Il proget-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 35

La gamma di driver LED di MEAN WELL

to su cui egrave basato tiene conto fin dallinizio

delle caratteristiche specifiche dei LED per

garantirne il funzionamento ottimale una

lunga durata offrire un elevato livello di effi-

cienza energetica e la protezione dai guasti

Un alimentatore classico non potrebbe ga-

rantire tutto questo e per poter svolgere le

stesse funzioni dovrebbe essere integrato

da ulteriore elettronica di controllo

I driver disponibili sul mercato presentano

tutti caratteristiche piugrave o meno simili

Assolutamente no Tra i diversi modelli esi-

stono differenze anche notevoli non trascu-

rabili principalmente dovute alle applica-

zioni di destinazione Tra queste potremmo

distinguere a titolo di esempio alcune ma-

cro-categorie di utilizzo cercando di sinte-

tizzare le caratteristiche di prodotto che di

caso in caso dovremo ricercare nei diversi

dispositivi

ILLUMINAZIONE DOMESTICA

In generale un driver destinato allrsquoillumi-

nazione di abitazioni dovrebbe disporre ri-

spondere ad alcuni requisiti quali

bull Dimensioni ridotte

bull Costo contenuto

bull Potenza medio-bassa

bull Elevato livello di efficienza e affidabilitagrave

36 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

ILLUMINAZIONE

STRADALE

Egrave probabilmente uno degli

impieghi piugrave critici in quan-

to i LED devono funzionare

stabilmente in un condizioni

critiche

Per questo i driver impiega-

ti devono possedere le mi-

gliori caratteristiche di con-

trollo affidabilitagrave e durata

bull Ampio intervallo di tem-

perature di funziona-

mento

bull Efficienza e stabilitagrave elevate

bull Funzionamento a potenza costante

bull Correzione attiva del fattore di potenza

(Active PFC)

bull Alto livello di protezione IP

bull Isolamento Classe 2

bull Possibilitagrave di controllo remoto per fun-

zioni Smart City

bull Ottimo rapporto costoprestazioni

I driver della Serie XLG di Figura 1 dalle di-

mensioni contenute oppure la Serie ELG

dallrsquoottimo rapporto costoprestazioni o la

Serie HLG ad alta efficienza rappresenta-

no una scelta adatta a questo tipo di appli-

cazione

Per un ulteriore risparmio energetico le ver-

sioni D2 delle Serie ELG (opzionale per il

modello HLG) dispongono anche della fun-

zione ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

bull Semplicitagrave di installazione

bull Controllo della luminositagrave semplice ed

immediato (dimming)

bull Lunga durata

Alcuni esempi di soluzione per questa cate-

goria di utilizzo sono rappresentati dai dri-

ver della Serie LDC con potenze da 35 a

80W che permettono il controllo CP (a po-

tenza costante) dei LED

Nel caso di applicazioni che prevedono ca-

ratteristiche di domotica oltre ai precedenti

si dovrebbero considerare

bull Disponibilitagrave di interfacce evolute come

DALI o KNX

bull Possibilitagrave di controllo wireless

La Serie LCM-BLE ad esempio integra la

funzionalitagrave Bluetooth con Mesh Networ-

king facilmente programmabile e controlla-

bile tramite apposita app

Figura 1 Il driver a potenza costante XLG-100-H-A

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 9: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 15 Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 15

Se misuriamo la resistenza tra Vo e Gnd si

ha un valore che egrave proporzionale al numero

binario impostato ma la tensione Vo saragrave

pari a

VO=VCCR14(R14+R5)

Dove con R14 ho indicato la somma dei re-

sistori da R1 a R4 non cortocircuitati dai

dip switch Come si vede ora la legge non

egrave lineare ma basta porre R5 abbastanza

grande da minimizzare la variazione di cor-

rente Questo ridurragrave la tensione in uscita

ma settando la tensione di riferimento di

Arduino come ldquoINTERNALrdquo si ottiene un

fondo-scala del convertitore ADC di Ardui-

no UNO pari a circa 11V

Indicando con ldquoONrdquo i singoli dip chiusi e

con ldquoOFFrdquo quelli aperti e ponendo Vcc = 5V

si ottengono i valori espressi nella Tabella 1

dove NADC egrave il numero in uscita del con-

vertitore a 10 bit

Con quattro dip si rappresentano 2^4 = 16

stati diversi che occorre identificare con

precisione

Figura 1 - Schema elettrico del Dip-Switch per Arduino

sta metodologia anche ai dip switch ma le

cose non sono affatto simili I pulsanti si

chiudono solo uno alla volta e sono mono-

stabili mentre i dip sono bistabili e si pos-

sono chiudere anche tutti insieme

Dopo diversi tentativi simulati su calcola-

tore sono arrivato alla sintesi del circuito

mostrato in Figura 1 In teoria i valori dei

resistori R1-R4 dovrebbero essere di 1

2 4 8 kΩ ma anche con i valori standard

che ho usato si ottengono buoni risultati

Pic Micro

16 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Il programma deve discriminare ciascun

stato con due soglie NADC_L (inferiore) e

NADC_H (superiore) Il numero di 10 bit in

uscita dal convertitore deve essere com-

preso tra questi due limiti che ho determi-

nato con plusmn20 unitagrave rispetto al valore NADC

Il diagramma di Figura 2 mostra chiara-

mente gli intervalli e la tensione in uscita

Vo in funzione del numero impostato sui

quattro dip

Come si vede lrsquoandamento egrave abbastanza

lineare e gli intervalli ∆N vanno da un mi-

nimo di 46 a un massimo di 71 per cui le

soglie di plusmn20 non si sovrappongono

Come si vede dalla tabella alimentando il

circuito con Vcc = 5V la tensione in usci-

ta massima egrave di 90844 mV inferiore alla

tensione massima (1100 mV) accettata dal

convertitore Se si avesse la necessitagrave di

un dip switch da 8 pin basta duplicare il

circuito e usare un secondo ingresso ana-

logico In Figura 3 egrave mostrato uno schema

di collegamento dei singoli componenti

Il circuito si realizza con poche saldatu-

re ed egrave anche facile disegnare il circuito

stampato

Tabella 1

D4 D3 D2 D1 N R14 I [mA] Vo [mV] ∆V [mV] NADC ∆N NADC_L NADC_H

ON ON ON ON 0 0 0073 000 0 0 0 0 30

ON ON ON OFF 1 1000 0072 7236 7236 67 67 47 87

ON ON OFF ON 2 2000 0071 14265 7029 133 66 113 153

ON ON OFF OFF 3 3000 0070 21097 6832 196 63 176 216

ON OFF ON ON 4 3920 0069 27215 6118 253 57 233 273

ON OFF ON OFF 5 4920 0068 33689 6475 313 60 293 333

ON OFF OFF ON 6 5920 0068 39989 6300 372 59 352 392

ON OFF OFF OFF 7 6920 0067 46121 6132 429 57 409 449

OFF ON ON ON 8 8200 0066 53735 7614 500 71 480 520

OFF ON ON OFF 9 9200 0065 59508 5773 553 53 533 573

OFF ON OFF ON 10 10200 0064 65134 5626 606 53 586 626

OFF ON OFF OFF 11 11200 0063 70618 5484 657 51 637 677

OFF OFF ON ON 12 12120 0062 75542 4924 703 46 683 723

OFF OFF ON OFF 13 13120 0062 80768 5226 751 48 731 771

OFF OFF OFF ON 14 14120 0061 85867 5099 799 48 779 819

OFF OFF OFF OFF 15 15120 0060 90844 4976 845 46 825 865

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Figura 2 - Intervalli e tensione duscita secondo la posizione dei Dip

Figura 3 - Schema di collegamento

La Figura 4 mostra lrsquoaspetto del mio proto-

tipo visto dal lato componenti e da quello

delle saldature In questo caso ho usato

una piccola scheda millefori da circa 40x30

mm Ho ottimizzato il circuito per Arduino

Genuino Uno e il programma va bene per

MCU tipo ATmega328168 Ma si puograve usa-

re con piccole modifiche anche con altre

MCU come SAMD21G18 montata sulle

schede Arduino Zero e Arduino MKR1000

e anche gli ESP8266 e 32

Per il collegamento con Arduino ho usato

un connettore strip a 3 pin I resistori devo-

no avere una bassa tolleranza io ho usato

quelli a strato metallico da 14W con tol-

leranza di plusmn1 molto comuni e di facile

reperibilitagrave In Figura 5 si vede il cablaggio

tra la scheda DIP e Arduino Uno

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Maker

20 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Giuseppe La Rosa

glarosaelettronicaemakerit

In un mondo dove le code aumentano

notevolmente per lrsquoacquisto di beni e

servizi occorre dotare la propria attivitagrave

commerciale di elimina code in maniera

da avere file di utenti sempre piugrave ordina-

te e tramite la chiamata vocale del turno

e la visualizzazione su display di attirare

lrsquoattenzione anche dellrsquoutente piugrave distratto

cosigrave da evitare perdite di tempo nella ricer-

ca del cliente disattento

Nella figura 2 riportiamo lo schema di fun-

zionamento dellrsquoelimina code vocale

Come potete osservare il tutto egrave gestito

da un applicazione Android che si connet-

te tramite Bluetooth al display a matrice di

LED e ad un altoparlante sempre Blueto-

oth o un altoparlante amplificato dotato di

jack da 35 mm (presa cuffie del telefono o

Tablet)

Lrsquoapplicazione si occupa di inviare il testo

alfanumerico al display mentre allrsquoalto-

Il sistema di gestione e smistamento code che viene proposto in questo articolo permette tramite unrsquoapposita applicazione Android un pannello a matrice di LED e un altoparlante Bluetooth di fare defluire le file con maggiore chiarezza grazie alla chiamata vocale dei turni in aggiunta alla visualizzazione del turno sullrsquoapposito Display

Elimina CodeVocale

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 21

LED (righe) Il MAX7219 in modalitagrave matri-

ce scandisce le 8 righe di 8 colonne LED

uno dopo lrsquoaltro

Accende sempre i LED di una riga per un

certo tempo per poi spegnerli e prosegui-

re con la riga successiva

Ha un oscillatore intero per temporizzare le

operazioni di multiplexing

La modalitagrave (pilotaggio display sette seg-

menti) Decode fa la stessa cosa solo che i

dati trasmessi non vengono interpretati bit

per bit (ogni bit per un LED acceso o spen-

to) ma come codice BCD e visualizzato la

combinazione di segmenti corrispondente

numero La luminositagrave dei display puograve es-

sere controllata con un resistore esterno

connesso tra il piedino 19 (V+) e il piedino

18 (ISET)

La corrente nei LED egrave circa 100 volte la

corrente nel pin 18 (ISET)

Modificando il valore del resistore al pin 18

egrave possibile cambiare questa corrente

La corrente di picco nelle matrici di LED

nominalmente puograve essere fissa o variabile

parlante egrave inviata la sintesi vocale cioegrave la

lettura vocale del testo alfanumerico gene-

rato dallrsquoApplicazione

Il progetto (figura 1) che ci rechiamo a re-

alizzare e a descrivere nelle prossime pa-

gine egrave di facile realizzazione percheacute usa

componenti agevolmente reperibili nel

web e anche percheacute egrave basato sulla piatta-

forma Arduino UNO che ormai egrave abbastan-

za conosciuta sia in abito hobbistico che

specialistico

Nel prossimo paragrafo descriveremo il

driver MAX7219 utilizzato per il controllo

IL DISPLAY DRIVER MAX7219

In questo progetto egrave stato utilizzato un mo-

dulo con abbordo quattro driver MAX7219

(vedi figura 12)

Il MAX7219 egrave stato progettato (vedi figura

3) per controllare display a LED a segmenti

o matrice di punti

In questo caso utilizzato in modalitagrave ma-

trice di LED ogni driver controlla una ma-

trice composta da otto (colonne) per otto

Maker

22 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

(tramite Trimmer) ma deve comunque es-

sere maggiore uguale 953 ohm

Si sconsiglia di non superare i 40 mA per

LED se sono necessarie correnti maggiori

occorreragrave inserire buffer esterni

In ogni caso la corrente complessiva mas-

sima (tutti i LED accesi) non dovragrave supera-

re 330 mA

La luminositagrave del display puograve essere con-

trollata anche in modo digitale utilizzando

lrsquointensity register (per approfondimenti

vedi il Datasheet)

Il controllo viene effettuato mediante il re-

gistro il quale agisce su un circuito PWM

interno Il modulatore suddivide la corrente

media nelle matrici di LED in 16 passi da

un massimo di 3132 fino a un minimo di

132 della corrente di picco imposta al pie-

dino 18

IL CIRCUITO ELETTRICO

Esaminiamo ora in particolare lo schema

elettrico (figura 4) della scheda di controllo

Figura 1 Foto del progetto finito in funzione con indicazione scorrevole

del display Il circuito rende indispensabile

una tensione di alimentazione in corrente

continua di 5 V Prelevata attraverso il con-

nettore micro USB (X1) esso fornisce i 5

V necessari ad alimentare microcontrollore

IC1 il modulo Bluetooth J3 e il modulo di-

splay connesso sul connettore J4

Il circuito assorbe una corrente di circa

1500 mA dunque egrave necessario che la sor-

gente di alimentazione cioegrave lrsquoalimentatore

USB sia in grado di fornire tale intensitagrave di

corrente o una maggiore corrente

Ersquo possibile utilizzare anche un alimentato-

re diverso da uno USB che egrave eventualmen-

te collegabile con due fili al connettore X4

Il connettore J4 (connesso ad IC1) imple-

menta unrsquointerfaccia seriale sincrona che

controlla il modulo display dove sono con-

tenuti i driver MAX7219 (uno per display)

che pilotano le matrici di LED

Si conclude la trattazione e descrizione

dello schema elettrico

Nel prossimo paragrafo passiamo alla rea-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 23

per lrsquointegrato abbiamo utilizzato lrsquoapposi-

to zoccolo per evitare di surriscaldarli du-

rante gli interventi di saldatura

Prima drsquoiniziare a montare i componenti a

montaggio tradizionale occorre montare il

connettore (in SMD) micro USB X1 che va

saldato adoperando un saldatore con pun-

ta sottile e stagno dal diametro di 05 mm

Prima di posizionarlo sulle piazzuole oc-

corre applicare un sottile strato di pasta

saldante per SMD in seguito si puograve passa-

re alle saldature delle due alette laterali ed

infine alla saldatura dei quattro terminali

lizzazione pratica del nostro display a ma-

trice di LED

REALIZZAZIONE PRATICA E COLLAUDO

Per la realizzazione di questo dispositivo

(figura 7) abbiamo approntato un circuito

stampato a doppia faccia (vedi figura 6) le

cui dimensioni sono 935 per 605 millime-

tri Per la costruzione di questa scheda si

devono impiegare i master di figura 6 e i

componenti elencati nellrsquoldquo Elenco Compo-

nentirdquoLrsquooperazione di montaggio di questo

circuito non presenta particolari difficoltagrave

Figura 2 Schema di funzionamento elimina code vocale

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

34 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

LED DriverQuale Scegliere

Dalla sua prima apparizione commerciale negli anni 70 il LED o ldquoLight Emitting Dioderdquo ha fattomolta strada Dal ruolo iniziale di semplice indicatore a quello di componente essenziale per display alfanumerici egrave approdato allrsquoimpiego generalizzato nei pannelli luminosi fino a divenire il protagonista assoluto dellilluminazione globale soppiantando in tempi rapidissimi le fonti luminose tradizionaliIn questo articolo vedremo quali sono le caratteristiche di cui deve disporre un valido alimentatore per sistemi di LED lighting

a cura della Redazione

redazioneelettronicaemakerit

Fino a quando i LED disponibili sul merca-

to erano nientaltro che semplici indica-

tori o display alimentarli era estremamente

semplice e non erano richiesti accorgimenti

particolari se non quello di utilizzare delle

resistenze di limitazione di corrente Al con-

trario da quando si sono affacciati sul mer-

cato i primi componenti a media e alta po-

tenza destinati allilluminazione negli ambiti

piugrave disparati i requisiti sono notevolmente

cambiati Per garantire lefficienza e la lunga

durata di questi semiconduttori alimentan-

doli in modo corretto egrave necessario utilizzare

driver destinati espressamente allo scopo

Percheacute si definiscono ldquodriverrdquo e non piugrave

semplicemente ldquoalimentatorirdquo

Percheacute un driver destinato ai LED non egrave un

semplice alimentatore almeno nella con-

cezione tradizionale del termine Il proget-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 35

La gamma di driver LED di MEAN WELL

to su cui egrave basato tiene conto fin dallinizio

delle caratteristiche specifiche dei LED per

garantirne il funzionamento ottimale una

lunga durata offrire un elevato livello di effi-

cienza energetica e la protezione dai guasti

Un alimentatore classico non potrebbe ga-

rantire tutto questo e per poter svolgere le

stesse funzioni dovrebbe essere integrato

da ulteriore elettronica di controllo

I driver disponibili sul mercato presentano

tutti caratteristiche piugrave o meno simili

Assolutamente no Tra i diversi modelli esi-

stono differenze anche notevoli non trascu-

rabili principalmente dovute alle applica-

zioni di destinazione Tra queste potremmo

distinguere a titolo di esempio alcune ma-

cro-categorie di utilizzo cercando di sinte-

tizzare le caratteristiche di prodotto che di

caso in caso dovremo ricercare nei diversi

dispositivi

ILLUMINAZIONE DOMESTICA

In generale un driver destinato allrsquoillumi-

nazione di abitazioni dovrebbe disporre ri-

spondere ad alcuni requisiti quali

bull Dimensioni ridotte

bull Costo contenuto

bull Potenza medio-bassa

bull Elevato livello di efficienza e affidabilitagrave

36 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

ILLUMINAZIONE

STRADALE

Egrave probabilmente uno degli

impieghi piugrave critici in quan-

to i LED devono funzionare

stabilmente in un condizioni

critiche

Per questo i driver impiega-

ti devono possedere le mi-

gliori caratteristiche di con-

trollo affidabilitagrave e durata

bull Ampio intervallo di tem-

perature di funziona-

mento

bull Efficienza e stabilitagrave elevate

bull Funzionamento a potenza costante

bull Correzione attiva del fattore di potenza

(Active PFC)

bull Alto livello di protezione IP

bull Isolamento Classe 2

bull Possibilitagrave di controllo remoto per fun-

zioni Smart City

bull Ottimo rapporto costoprestazioni

I driver della Serie XLG di Figura 1 dalle di-

mensioni contenute oppure la Serie ELG

dallrsquoottimo rapporto costoprestazioni o la

Serie HLG ad alta efficienza rappresenta-

no una scelta adatta a questo tipo di appli-

cazione

Per un ulteriore risparmio energetico le ver-

sioni D2 delle Serie ELG (opzionale per il

modello HLG) dispongono anche della fun-

zione ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

bull Semplicitagrave di installazione

bull Controllo della luminositagrave semplice ed

immediato (dimming)

bull Lunga durata

Alcuni esempi di soluzione per questa cate-

goria di utilizzo sono rappresentati dai dri-

ver della Serie LDC con potenze da 35 a

80W che permettono il controllo CP (a po-

tenza costante) dei LED

Nel caso di applicazioni che prevedono ca-

ratteristiche di domotica oltre ai precedenti

si dovrebbero considerare

bull Disponibilitagrave di interfacce evolute come

DALI o KNX

bull Possibilitagrave di controllo wireless

La Serie LCM-BLE ad esempio integra la

funzionalitagrave Bluetooth con Mesh Networ-

king facilmente programmabile e controlla-

bile tramite apposita app

Figura 1 Il driver a potenza costante XLG-100-H-A

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 10: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Pic Micro

16 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

Il programma deve discriminare ciascun

stato con due soglie NADC_L (inferiore) e

NADC_H (superiore) Il numero di 10 bit in

uscita dal convertitore deve essere com-

preso tra questi due limiti che ho determi-

nato con plusmn20 unitagrave rispetto al valore NADC

Il diagramma di Figura 2 mostra chiara-

mente gli intervalli e la tensione in uscita

Vo in funzione del numero impostato sui

quattro dip

Come si vede lrsquoandamento egrave abbastanza

lineare e gli intervalli ∆N vanno da un mi-

nimo di 46 a un massimo di 71 per cui le

soglie di plusmn20 non si sovrappongono

Come si vede dalla tabella alimentando il

circuito con Vcc = 5V la tensione in usci-

ta massima egrave di 90844 mV inferiore alla

tensione massima (1100 mV) accettata dal

convertitore Se si avesse la necessitagrave di

un dip switch da 8 pin basta duplicare il

circuito e usare un secondo ingresso ana-

logico In Figura 3 egrave mostrato uno schema

di collegamento dei singoli componenti

Il circuito si realizza con poche saldatu-

re ed egrave anche facile disegnare il circuito

stampato

Tabella 1

D4 D3 D2 D1 N R14 I [mA] Vo [mV] ∆V [mV] NADC ∆N NADC_L NADC_H

ON ON ON ON 0 0 0073 000 0 0 0 0 30

ON ON ON OFF 1 1000 0072 7236 7236 67 67 47 87

ON ON OFF ON 2 2000 0071 14265 7029 133 66 113 153

ON ON OFF OFF 3 3000 0070 21097 6832 196 63 176 216

ON OFF ON ON 4 3920 0069 27215 6118 253 57 233 273

ON OFF ON OFF 5 4920 0068 33689 6475 313 60 293 333

ON OFF OFF ON 6 5920 0068 39989 6300 372 59 352 392

ON OFF OFF OFF 7 6920 0067 46121 6132 429 57 409 449

OFF ON ON ON 8 8200 0066 53735 7614 500 71 480 520

OFF ON ON OFF 9 9200 0065 59508 5773 553 53 533 573

OFF ON OFF ON 10 10200 0064 65134 5626 606 53 586 626

OFF ON OFF OFF 11 11200 0063 70618 5484 657 51 637 677

OFF OFF ON ON 12 12120 0062 75542 4924 703 46 683 723

OFF OFF ON OFF 13 13120 0062 80768 5226 751 48 731 771

OFF OFF OFF ON 14 14120 0061 85867 5099 799 48 779 819

OFF OFF OFF OFF 15 15120 0060 90844 4976 845 46 825 865

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Figura 2 - Intervalli e tensione duscita secondo la posizione dei Dip

Figura 3 - Schema di collegamento

La Figura 4 mostra lrsquoaspetto del mio proto-

tipo visto dal lato componenti e da quello

delle saldature In questo caso ho usato

una piccola scheda millefori da circa 40x30

mm Ho ottimizzato il circuito per Arduino

Genuino Uno e il programma va bene per

MCU tipo ATmega328168 Ma si puograve usa-

re con piccole modifiche anche con altre

MCU come SAMD21G18 montata sulle

schede Arduino Zero e Arduino MKR1000

e anche gli ESP8266 e 32

Per il collegamento con Arduino ho usato

un connettore strip a 3 pin I resistori devo-

no avere una bassa tolleranza io ho usato

quelli a strato metallico da 14W con tol-

leranza di plusmn1 molto comuni e di facile

reperibilitagrave In Figura 5 si vede il cablaggio

tra la scheda DIP e Arduino Uno

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Maker

20 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Giuseppe La Rosa

glarosaelettronicaemakerit

In un mondo dove le code aumentano

notevolmente per lrsquoacquisto di beni e

servizi occorre dotare la propria attivitagrave

commerciale di elimina code in maniera

da avere file di utenti sempre piugrave ordina-

te e tramite la chiamata vocale del turno

e la visualizzazione su display di attirare

lrsquoattenzione anche dellrsquoutente piugrave distratto

cosigrave da evitare perdite di tempo nella ricer-

ca del cliente disattento

Nella figura 2 riportiamo lo schema di fun-

zionamento dellrsquoelimina code vocale

Come potete osservare il tutto egrave gestito

da un applicazione Android che si connet-

te tramite Bluetooth al display a matrice di

LED e ad un altoparlante sempre Blueto-

oth o un altoparlante amplificato dotato di

jack da 35 mm (presa cuffie del telefono o

Tablet)

Lrsquoapplicazione si occupa di inviare il testo

alfanumerico al display mentre allrsquoalto-

Il sistema di gestione e smistamento code che viene proposto in questo articolo permette tramite unrsquoapposita applicazione Android un pannello a matrice di LED e un altoparlante Bluetooth di fare defluire le file con maggiore chiarezza grazie alla chiamata vocale dei turni in aggiunta alla visualizzazione del turno sullrsquoapposito Display

Elimina CodeVocale

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 21

LED (righe) Il MAX7219 in modalitagrave matri-

ce scandisce le 8 righe di 8 colonne LED

uno dopo lrsquoaltro

Accende sempre i LED di una riga per un

certo tempo per poi spegnerli e prosegui-

re con la riga successiva

Ha un oscillatore intero per temporizzare le

operazioni di multiplexing

La modalitagrave (pilotaggio display sette seg-

menti) Decode fa la stessa cosa solo che i

dati trasmessi non vengono interpretati bit

per bit (ogni bit per un LED acceso o spen-

to) ma come codice BCD e visualizzato la

combinazione di segmenti corrispondente

numero La luminositagrave dei display puograve es-

sere controllata con un resistore esterno

connesso tra il piedino 19 (V+) e il piedino

18 (ISET)

La corrente nei LED egrave circa 100 volte la

corrente nel pin 18 (ISET)

Modificando il valore del resistore al pin 18

egrave possibile cambiare questa corrente

La corrente di picco nelle matrici di LED

nominalmente puograve essere fissa o variabile

parlante egrave inviata la sintesi vocale cioegrave la

lettura vocale del testo alfanumerico gene-

rato dallrsquoApplicazione

Il progetto (figura 1) che ci rechiamo a re-

alizzare e a descrivere nelle prossime pa-

gine egrave di facile realizzazione percheacute usa

componenti agevolmente reperibili nel

web e anche percheacute egrave basato sulla piatta-

forma Arduino UNO che ormai egrave abbastan-

za conosciuta sia in abito hobbistico che

specialistico

Nel prossimo paragrafo descriveremo il

driver MAX7219 utilizzato per il controllo

IL DISPLAY DRIVER MAX7219

In questo progetto egrave stato utilizzato un mo-

dulo con abbordo quattro driver MAX7219

(vedi figura 12)

Il MAX7219 egrave stato progettato (vedi figura

3) per controllare display a LED a segmenti

o matrice di punti

In questo caso utilizzato in modalitagrave ma-

trice di LED ogni driver controlla una ma-

trice composta da otto (colonne) per otto

Maker

22 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

(tramite Trimmer) ma deve comunque es-

sere maggiore uguale 953 ohm

Si sconsiglia di non superare i 40 mA per

LED se sono necessarie correnti maggiori

occorreragrave inserire buffer esterni

In ogni caso la corrente complessiva mas-

sima (tutti i LED accesi) non dovragrave supera-

re 330 mA

La luminositagrave del display puograve essere con-

trollata anche in modo digitale utilizzando

lrsquointensity register (per approfondimenti

vedi il Datasheet)

Il controllo viene effettuato mediante il re-

gistro il quale agisce su un circuito PWM

interno Il modulatore suddivide la corrente

media nelle matrici di LED in 16 passi da

un massimo di 3132 fino a un minimo di

132 della corrente di picco imposta al pie-

dino 18

IL CIRCUITO ELETTRICO

Esaminiamo ora in particolare lo schema

elettrico (figura 4) della scheda di controllo

Figura 1 Foto del progetto finito in funzione con indicazione scorrevole

del display Il circuito rende indispensabile

una tensione di alimentazione in corrente

continua di 5 V Prelevata attraverso il con-

nettore micro USB (X1) esso fornisce i 5

V necessari ad alimentare microcontrollore

IC1 il modulo Bluetooth J3 e il modulo di-

splay connesso sul connettore J4

Il circuito assorbe una corrente di circa

1500 mA dunque egrave necessario che la sor-

gente di alimentazione cioegrave lrsquoalimentatore

USB sia in grado di fornire tale intensitagrave di

corrente o una maggiore corrente

Ersquo possibile utilizzare anche un alimentato-

re diverso da uno USB che egrave eventualmen-

te collegabile con due fili al connettore X4

Il connettore J4 (connesso ad IC1) imple-

menta unrsquointerfaccia seriale sincrona che

controlla il modulo display dove sono con-

tenuti i driver MAX7219 (uno per display)

che pilotano le matrici di LED

Si conclude la trattazione e descrizione

dello schema elettrico

Nel prossimo paragrafo passiamo alla rea-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 23

per lrsquointegrato abbiamo utilizzato lrsquoapposi-

to zoccolo per evitare di surriscaldarli du-

rante gli interventi di saldatura

Prima drsquoiniziare a montare i componenti a

montaggio tradizionale occorre montare il

connettore (in SMD) micro USB X1 che va

saldato adoperando un saldatore con pun-

ta sottile e stagno dal diametro di 05 mm

Prima di posizionarlo sulle piazzuole oc-

corre applicare un sottile strato di pasta

saldante per SMD in seguito si puograve passa-

re alle saldature delle due alette laterali ed

infine alla saldatura dei quattro terminali

lizzazione pratica del nostro display a ma-

trice di LED

REALIZZAZIONE PRATICA E COLLAUDO

Per la realizzazione di questo dispositivo

(figura 7) abbiamo approntato un circuito

stampato a doppia faccia (vedi figura 6) le

cui dimensioni sono 935 per 605 millime-

tri Per la costruzione di questa scheda si

devono impiegare i master di figura 6 e i

componenti elencati nellrsquoldquo Elenco Compo-

nentirdquoLrsquooperazione di montaggio di questo

circuito non presenta particolari difficoltagrave

Figura 2 Schema di funzionamento elimina code vocale

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

34 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

LED DriverQuale Scegliere

Dalla sua prima apparizione commerciale negli anni 70 il LED o ldquoLight Emitting Dioderdquo ha fattomolta strada Dal ruolo iniziale di semplice indicatore a quello di componente essenziale per display alfanumerici egrave approdato allrsquoimpiego generalizzato nei pannelli luminosi fino a divenire il protagonista assoluto dellilluminazione globale soppiantando in tempi rapidissimi le fonti luminose tradizionaliIn questo articolo vedremo quali sono le caratteristiche di cui deve disporre un valido alimentatore per sistemi di LED lighting

a cura della Redazione

redazioneelettronicaemakerit

Fino a quando i LED disponibili sul merca-

to erano nientaltro che semplici indica-

tori o display alimentarli era estremamente

semplice e non erano richiesti accorgimenti

particolari se non quello di utilizzare delle

resistenze di limitazione di corrente Al con-

trario da quando si sono affacciati sul mer-

cato i primi componenti a media e alta po-

tenza destinati allilluminazione negli ambiti

piugrave disparati i requisiti sono notevolmente

cambiati Per garantire lefficienza e la lunga

durata di questi semiconduttori alimentan-

doli in modo corretto egrave necessario utilizzare

driver destinati espressamente allo scopo

Percheacute si definiscono ldquodriverrdquo e non piugrave

semplicemente ldquoalimentatorirdquo

Percheacute un driver destinato ai LED non egrave un

semplice alimentatore almeno nella con-

cezione tradizionale del termine Il proget-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 35

La gamma di driver LED di MEAN WELL

to su cui egrave basato tiene conto fin dallinizio

delle caratteristiche specifiche dei LED per

garantirne il funzionamento ottimale una

lunga durata offrire un elevato livello di effi-

cienza energetica e la protezione dai guasti

Un alimentatore classico non potrebbe ga-

rantire tutto questo e per poter svolgere le

stesse funzioni dovrebbe essere integrato

da ulteriore elettronica di controllo

I driver disponibili sul mercato presentano

tutti caratteristiche piugrave o meno simili

Assolutamente no Tra i diversi modelli esi-

stono differenze anche notevoli non trascu-

rabili principalmente dovute alle applica-

zioni di destinazione Tra queste potremmo

distinguere a titolo di esempio alcune ma-

cro-categorie di utilizzo cercando di sinte-

tizzare le caratteristiche di prodotto che di

caso in caso dovremo ricercare nei diversi

dispositivi

ILLUMINAZIONE DOMESTICA

In generale un driver destinato allrsquoillumi-

nazione di abitazioni dovrebbe disporre ri-

spondere ad alcuni requisiti quali

bull Dimensioni ridotte

bull Costo contenuto

bull Potenza medio-bassa

bull Elevato livello di efficienza e affidabilitagrave

36 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

ILLUMINAZIONE

STRADALE

Egrave probabilmente uno degli

impieghi piugrave critici in quan-

to i LED devono funzionare

stabilmente in un condizioni

critiche

Per questo i driver impiega-

ti devono possedere le mi-

gliori caratteristiche di con-

trollo affidabilitagrave e durata

bull Ampio intervallo di tem-

perature di funziona-

mento

bull Efficienza e stabilitagrave elevate

bull Funzionamento a potenza costante

bull Correzione attiva del fattore di potenza

(Active PFC)

bull Alto livello di protezione IP

bull Isolamento Classe 2

bull Possibilitagrave di controllo remoto per fun-

zioni Smart City

bull Ottimo rapporto costoprestazioni

I driver della Serie XLG di Figura 1 dalle di-

mensioni contenute oppure la Serie ELG

dallrsquoottimo rapporto costoprestazioni o la

Serie HLG ad alta efficienza rappresenta-

no una scelta adatta a questo tipo di appli-

cazione

Per un ulteriore risparmio energetico le ver-

sioni D2 delle Serie ELG (opzionale per il

modello HLG) dispongono anche della fun-

zione ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

bull Semplicitagrave di installazione

bull Controllo della luminositagrave semplice ed

immediato (dimming)

bull Lunga durata

Alcuni esempi di soluzione per questa cate-

goria di utilizzo sono rappresentati dai dri-

ver della Serie LDC con potenze da 35 a

80W che permettono il controllo CP (a po-

tenza costante) dei LED

Nel caso di applicazioni che prevedono ca-

ratteristiche di domotica oltre ai precedenti

si dovrebbero considerare

bull Disponibilitagrave di interfacce evolute come

DALI o KNX

bull Possibilitagrave di controllo wireless

La Serie LCM-BLE ad esempio integra la

funzionalitagrave Bluetooth con Mesh Networ-

king facilmente programmabile e controlla-

bile tramite apposita app

Figura 1 Il driver a potenza costante XLG-100-H-A

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 11: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Figura 2 - Intervalli e tensione duscita secondo la posizione dei Dip

Figura 3 - Schema di collegamento

La Figura 4 mostra lrsquoaspetto del mio proto-

tipo visto dal lato componenti e da quello

delle saldature In questo caso ho usato

una piccola scheda millefori da circa 40x30

mm Ho ottimizzato il circuito per Arduino

Genuino Uno e il programma va bene per

MCU tipo ATmega328168 Ma si puograve usa-

re con piccole modifiche anche con altre

MCU come SAMD21G18 montata sulle

schede Arduino Zero e Arduino MKR1000

e anche gli ESP8266 e 32

Per il collegamento con Arduino ho usato

un connettore strip a 3 pin I resistori devo-

no avere una bassa tolleranza io ho usato

quelli a strato metallico da 14W con tol-

leranza di plusmn1 molto comuni e di facile

reperibilitagrave In Figura 5 si vede il cablaggio

tra la scheda DIP e Arduino Uno

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 17

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Maker

20 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Giuseppe La Rosa

glarosaelettronicaemakerit

In un mondo dove le code aumentano

notevolmente per lrsquoacquisto di beni e

servizi occorre dotare la propria attivitagrave

commerciale di elimina code in maniera

da avere file di utenti sempre piugrave ordina-

te e tramite la chiamata vocale del turno

e la visualizzazione su display di attirare

lrsquoattenzione anche dellrsquoutente piugrave distratto

cosigrave da evitare perdite di tempo nella ricer-

ca del cliente disattento

Nella figura 2 riportiamo lo schema di fun-

zionamento dellrsquoelimina code vocale

Come potete osservare il tutto egrave gestito

da un applicazione Android che si connet-

te tramite Bluetooth al display a matrice di

LED e ad un altoparlante sempre Blueto-

oth o un altoparlante amplificato dotato di

jack da 35 mm (presa cuffie del telefono o

Tablet)

Lrsquoapplicazione si occupa di inviare il testo

alfanumerico al display mentre allrsquoalto-

Il sistema di gestione e smistamento code che viene proposto in questo articolo permette tramite unrsquoapposita applicazione Android un pannello a matrice di LED e un altoparlante Bluetooth di fare defluire le file con maggiore chiarezza grazie alla chiamata vocale dei turni in aggiunta alla visualizzazione del turno sullrsquoapposito Display

Elimina CodeVocale

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 21

LED (righe) Il MAX7219 in modalitagrave matri-

ce scandisce le 8 righe di 8 colonne LED

uno dopo lrsquoaltro

Accende sempre i LED di una riga per un

certo tempo per poi spegnerli e prosegui-

re con la riga successiva

Ha un oscillatore intero per temporizzare le

operazioni di multiplexing

La modalitagrave (pilotaggio display sette seg-

menti) Decode fa la stessa cosa solo che i

dati trasmessi non vengono interpretati bit

per bit (ogni bit per un LED acceso o spen-

to) ma come codice BCD e visualizzato la

combinazione di segmenti corrispondente

numero La luminositagrave dei display puograve es-

sere controllata con un resistore esterno

connesso tra il piedino 19 (V+) e il piedino

18 (ISET)

La corrente nei LED egrave circa 100 volte la

corrente nel pin 18 (ISET)

Modificando il valore del resistore al pin 18

egrave possibile cambiare questa corrente

La corrente di picco nelle matrici di LED

nominalmente puograve essere fissa o variabile

parlante egrave inviata la sintesi vocale cioegrave la

lettura vocale del testo alfanumerico gene-

rato dallrsquoApplicazione

Il progetto (figura 1) che ci rechiamo a re-

alizzare e a descrivere nelle prossime pa-

gine egrave di facile realizzazione percheacute usa

componenti agevolmente reperibili nel

web e anche percheacute egrave basato sulla piatta-

forma Arduino UNO che ormai egrave abbastan-

za conosciuta sia in abito hobbistico che

specialistico

Nel prossimo paragrafo descriveremo il

driver MAX7219 utilizzato per il controllo

IL DISPLAY DRIVER MAX7219

In questo progetto egrave stato utilizzato un mo-

dulo con abbordo quattro driver MAX7219

(vedi figura 12)

Il MAX7219 egrave stato progettato (vedi figura

3) per controllare display a LED a segmenti

o matrice di punti

In questo caso utilizzato in modalitagrave ma-

trice di LED ogni driver controlla una ma-

trice composta da otto (colonne) per otto

Maker

22 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

(tramite Trimmer) ma deve comunque es-

sere maggiore uguale 953 ohm

Si sconsiglia di non superare i 40 mA per

LED se sono necessarie correnti maggiori

occorreragrave inserire buffer esterni

In ogni caso la corrente complessiva mas-

sima (tutti i LED accesi) non dovragrave supera-

re 330 mA

La luminositagrave del display puograve essere con-

trollata anche in modo digitale utilizzando

lrsquointensity register (per approfondimenti

vedi il Datasheet)

Il controllo viene effettuato mediante il re-

gistro il quale agisce su un circuito PWM

interno Il modulatore suddivide la corrente

media nelle matrici di LED in 16 passi da

un massimo di 3132 fino a un minimo di

132 della corrente di picco imposta al pie-

dino 18

IL CIRCUITO ELETTRICO

Esaminiamo ora in particolare lo schema

elettrico (figura 4) della scheda di controllo

Figura 1 Foto del progetto finito in funzione con indicazione scorrevole

del display Il circuito rende indispensabile

una tensione di alimentazione in corrente

continua di 5 V Prelevata attraverso il con-

nettore micro USB (X1) esso fornisce i 5

V necessari ad alimentare microcontrollore

IC1 il modulo Bluetooth J3 e il modulo di-

splay connesso sul connettore J4

Il circuito assorbe una corrente di circa

1500 mA dunque egrave necessario che la sor-

gente di alimentazione cioegrave lrsquoalimentatore

USB sia in grado di fornire tale intensitagrave di

corrente o una maggiore corrente

Ersquo possibile utilizzare anche un alimentato-

re diverso da uno USB che egrave eventualmen-

te collegabile con due fili al connettore X4

Il connettore J4 (connesso ad IC1) imple-

menta unrsquointerfaccia seriale sincrona che

controlla il modulo display dove sono con-

tenuti i driver MAX7219 (uno per display)

che pilotano le matrici di LED

Si conclude la trattazione e descrizione

dello schema elettrico

Nel prossimo paragrafo passiamo alla rea-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 23

per lrsquointegrato abbiamo utilizzato lrsquoapposi-

to zoccolo per evitare di surriscaldarli du-

rante gli interventi di saldatura

Prima drsquoiniziare a montare i componenti a

montaggio tradizionale occorre montare il

connettore (in SMD) micro USB X1 che va

saldato adoperando un saldatore con pun-

ta sottile e stagno dal diametro di 05 mm

Prima di posizionarlo sulle piazzuole oc-

corre applicare un sottile strato di pasta

saldante per SMD in seguito si puograve passa-

re alle saldature delle due alette laterali ed

infine alla saldatura dei quattro terminali

lizzazione pratica del nostro display a ma-

trice di LED

REALIZZAZIONE PRATICA E COLLAUDO

Per la realizzazione di questo dispositivo

(figura 7) abbiamo approntato un circuito

stampato a doppia faccia (vedi figura 6) le

cui dimensioni sono 935 per 605 millime-

tri Per la costruzione di questa scheda si

devono impiegare i master di figura 6 e i

componenti elencati nellrsquoldquo Elenco Compo-

nentirdquoLrsquooperazione di montaggio di questo

circuito non presenta particolari difficoltagrave

Figura 2 Schema di funzionamento elimina code vocale

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

34 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

LED DriverQuale Scegliere

Dalla sua prima apparizione commerciale negli anni 70 il LED o ldquoLight Emitting Dioderdquo ha fattomolta strada Dal ruolo iniziale di semplice indicatore a quello di componente essenziale per display alfanumerici egrave approdato allrsquoimpiego generalizzato nei pannelli luminosi fino a divenire il protagonista assoluto dellilluminazione globale soppiantando in tempi rapidissimi le fonti luminose tradizionaliIn questo articolo vedremo quali sono le caratteristiche di cui deve disporre un valido alimentatore per sistemi di LED lighting

a cura della Redazione

redazioneelettronicaemakerit

Fino a quando i LED disponibili sul merca-

to erano nientaltro che semplici indica-

tori o display alimentarli era estremamente

semplice e non erano richiesti accorgimenti

particolari se non quello di utilizzare delle

resistenze di limitazione di corrente Al con-

trario da quando si sono affacciati sul mer-

cato i primi componenti a media e alta po-

tenza destinati allilluminazione negli ambiti

piugrave disparati i requisiti sono notevolmente

cambiati Per garantire lefficienza e la lunga

durata di questi semiconduttori alimentan-

doli in modo corretto egrave necessario utilizzare

driver destinati espressamente allo scopo

Percheacute si definiscono ldquodriverrdquo e non piugrave

semplicemente ldquoalimentatorirdquo

Percheacute un driver destinato ai LED non egrave un

semplice alimentatore almeno nella con-

cezione tradizionale del termine Il proget-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 35

La gamma di driver LED di MEAN WELL

to su cui egrave basato tiene conto fin dallinizio

delle caratteristiche specifiche dei LED per

garantirne il funzionamento ottimale una

lunga durata offrire un elevato livello di effi-

cienza energetica e la protezione dai guasti

Un alimentatore classico non potrebbe ga-

rantire tutto questo e per poter svolgere le

stesse funzioni dovrebbe essere integrato

da ulteriore elettronica di controllo

I driver disponibili sul mercato presentano

tutti caratteristiche piugrave o meno simili

Assolutamente no Tra i diversi modelli esi-

stono differenze anche notevoli non trascu-

rabili principalmente dovute alle applica-

zioni di destinazione Tra queste potremmo

distinguere a titolo di esempio alcune ma-

cro-categorie di utilizzo cercando di sinte-

tizzare le caratteristiche di prodotto che di

caso in caso dovremo ricercare nei diversi

dispositivi

ILLUMINAZIONE DOMESTICA

In generale un driver destinato allrsquoillumi-

nazione di abitazioni dovrebbe disporre ri-

spondere ad alcuni requisiti quali

bull Dimensioni ridotte

bull Costo contenuto

bull Potenza medio-bassa

bull Elevato livello di efficienza e affidabilitagrave

36 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

ILLUMINAZIONE

STRADALE

Egrave probabilmente uno degli

impieghi piugrave critici in quan-

to i LED devono funzionare

stabilmente in un condizioni

critiche

Per questo i driver impiega-

ti devono possedere le mi-

gliori caratteristiche di con-

trollo affidabilitagrave e durata

bull Ampio intervallo di tem-

perature di funziona-

mento

bull Efficienza e stabilitagrave elevate

bull Funzionamento a potenza costante

bull Correzione attiva del fattore di potenza

(Active PFC)

bull Alto livello di protezione IP

bull Isolamento Classe 2

bull Possibilitagrave di controllo remoto per fun-

zioni Smart City

bull Ottimo rapporto costoprestazioni

I driver della Serie XLG di Figura 1 dalle di-

mensioni contenute oppure la Serie ELG

dallrsquoottimo rapporto costoprestazioni o la

Serie HLG ad alta efficienza rappresenta-

no una scelta adatta a questo tipo di appli-

cazione

Per un ulteriore risparmio energetico le ver-

sioni D2 delle Serie ELG (opzionale per il

modello HLG) dispongono anche della fun-

zione ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

bull Semplicitagrave di installazione

bull Controllo della luminositagrave semplice ed

immediato (dimming)

bull Lunga durata

Alcuni esempi di soluzione per questa cate-

goria di utilizzo sono rappresentati dai dri-

ver della Serie LDC con potenze da 35 a

80W che permettono il controllo CP (a po-

tenza costante) dei LED

Nel caso di applicazioni che prevedono ca-

ratteristiche di domotica oltre ai precedenti

si dovrebbero considerare

bull Disponibilitagrave di interfacce evolute come

DALI o KNX

bull Possibilitagrave di controllo wireless

La Serie LCM-BLE ad esempio integra la

funzionalitagrave Bluetooth con Mesh Networ-

king facilmente programmabile e controlla-

bile tramite apposita app

Figura 1 Il driver a potenza costante XLG-100-H-A

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 12: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Maker

20 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Giuseppe La Rosa

glarosaelettronicaemakerit

In un mondo dove le code aumentano

notevolmente per lrsquoacquisto di beni e

servizi occorre dotare la propria attivitagrave

commerciale di elimina code in maniera

da avere file di utenti sempre piugrave ordina-

te e tramite la chiamata vocale del turno

e la visualizzazione su display di attirare

lrsquoattenzione anche dellrsquoutente piugrave distratto

cosigrave da evitare perdite di tempo nella ricer-

ca del cliente disattento

Nella figura 2 riportiamo lo schema di fun-

zionamento dellrsquoelimina code vocale

Come potete osservare il tutto egrave gestito

da un applicazione Android che si connet-

te tramite Bluetooth al display a matrice di

LED e ad un altoparlante sempre Blueto-

oth o un altoparlante amplificato dotato di

jack da 35 mm (presa cuffie del telefono o

Tablet)

Lrsquoapplicazione si occupa di inviare il testo

alfanumerico al display mentre allrsquoalto-

Il sistema di gestione e smistamento code che viene proposto in questo articolo permette tramite unrsquoapposita applicazione Android un pannello a matrice di LED e un altoparlante Bluetooth di fare defluire le file con maggiore chiarezza grazie alla chiamata vocale dei turni in aggiunta alla visualizzazione del turno sullrsquoapposito Display

Elimina CodeVocale

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 21

LED (righe) Il MAX7219 in modalitagrave matri-

ce scandisce le 8 righe di 8 colonne LED

uno dopo lrsquoaltro

Accende sempre i LED di una riga per un

certo tempo per poi spegnerli e prosegui-

re con la riga successiva

Ha un oscillatore intero per temporizzare le

operazioni di multiplexing

La modalitagrave (pilotaggio display sette seg-

menti) Decode fa la stessa cosa solo che i

dati trasmessi non vengono interpretati bit

per bit (ogni bit per un LED acceso o spen-

to) ma come codice BCD e visualizzato la

combinazione di segmenti corrispondente

numero La luminositagrave dei display puograve es-

sere controllata con un resistore esterno

connesso tra il piedino 19 (V+) e il piedino

18 (ISET)

La corrente nei LED egrave circa 100 volte la

corrente nel pin 18 (ISET)

Modificando il valore del resistore al pin 18

egrave possibile cambiare questa corrente

La corrente di picco nelle matrici di LED

nominalmente puograve essere fissa o variabile

parlante egrave inviata la sintesi vocale cioegrave la

lettura vocale del testo alfanumerico gene-

rato dallrsquoApplicazione

Il progetto (figura 1) che ci rechiamo a re-

alizzare e a descrivere nelle prossime pa-

gine egrave di facile realizzazione percheacute usa

componenti agevolmente reperibili nel

web e anche percheacute egrave basato sulla piatta-

forma Arduino UNO che ormai egrave abbastan-

za conosciuta sia in abito hobbistico che

specialistico

Nel prossimo paragrafo descriveremo il

driver MAX7219 utilizzato per il controllo

IL DISPLAY DRIVER MAX7219

In questo progetto egrave stato utilizzato un mo-

dulo con abbordo quattro driver MAX7219

(vedi figura 12)

Il MAX7219 egrave stato progettato (vedi figura

3) per controllare display a LED a segmenti

o matrice di punti

In questo caso utilizzato in modalitagrave ma-

trice di LED ogni driver controlla una ma-

trice composta da otto (colonne) per otto

Maker

22 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

(tramite Trimmer) ma deve comunque es-

sere maggiore uguale 953 ohm

Si sconsiglia di non superare i 40 mA per

LED se sono necessarie correnti maggiori

occorreragrave inserire buffer esterni

In ogni caso la corrente complessiva mas-

sima (tutti i LED accesi) non dovragrave supera-

re 330 mA

La luminositagrave del display puograve essere con-

trollata anche in modo digitale utilizzando

lrsquointensity register (per approfondimenti

vedi il Datasheet)

Il controllo viene effettuato mediante il re-

gistro il quale agisce su un circuito PWM

interno Il modulatore suddivide la corrente

media nelle matrici di LED in 16 passi da

un massimo di 3132 fino a un minimo di

132 della corrente di picco imposta al pie-

dino 18

IL CIRCUITO ELETTRICO

Esaminiamo ora in particolare lo schema

elettrico (figura 4) della scheda di controllo

Figura 1 Foto del progetto finito in funzione con indicazione scorrevole

del display Il circuito rende indispensabile

una tensione di alimentazione in corrente

continua di 5 V Prelevata attraverso il con-

nettore micro USB (X1) esso fornisce i 5

V necessari ad alimentare microcontrollore

IC1 il modulo Bluetooth J3 e il modulo di-

splay connesso sul connettore J4

Il circuito assorbe una corrente di circa

1500 mA dunque egrave necessario che la sor-

gente di alimentazione cioegrave lrsquoalimentatore

USB sia in grado di fornire tale intensitagrave di

corrente o una maggiore corrente

Ersquo possibile utilizzare anche un alimentato-

re diverso da uno USB che egrave eventualmen-

te collegabile con due fili al connettore X4

Il connettore J4 (connesso ad IC1) imple-

menta unrsquointerfaccia seriale sincrona che

controlla il modulo display dove sono con-

tenuti i driver MAX7219 (uno per display)

che pilotano le matrici di LED

Si conclude la trattazione e descrizione

dello schema elettrico

Nel prossimo paragrafo passiamo alla rea-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 23

per lrsquointegrato abbiamo utilizzato lrsquoapposi-

to zoccolo per evitare di surriscaldarli du-

rante gli interventi di saldatura

Prima drsquoiniziare a montare i componenti a

montaggio tradizionale occorre montare il

connettore (in SMD) micro USB X1 che va

saldato adoperando un saldatore con pun-

ta sottile e stagno dal diametro di 05 mm

Prima di posizionarlo sulle piazzuole oc-

corre applicare un sottile strato di pasta

saldante per SMD in seguito si puograve passa-

re alle saldature delle due alette laterali ed

infine alla saldatura dei quattro terminali

lizzazione pratica del nostro display a ma-

trice di LED

REALIZZAZIONE PRATICA E COLLAUDO

Per la realizzazione di questo dispositivo

(figura 7) abbiamo approntato un circuito

stampato a doppia faccia (vedi figura 6) le

cui dimensioni sono 935 per 605 millime-

tri Per la costruzione di questa scheda si

devono impiegare i master di figura 6 e i

componenti elencati nellrsquoldquo Elenco Compo-

nentirdquoLrsquooperazione di montaggio di questo

circuito non presenta particolari difficoltagrave

Figura 2 Schema di funzionamento elimina code vocale

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

34 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

LED DriverQuale Scegliere

Dalla sua prima apparizione commerciale negli anni 70 il LED o ldquoLight Emitting Dioderdquo ha fattomolta strada Dal ruolo iniziale di semplice indicatore a quello di componente essenziale per display alfanumerici egrave approdato allrsquoimpiego generalizzato nei pannelli luminosi fino a divenire il protagonista assoluto dellilluminazione globale soppiantando in tempi rapidissimi le fonti luminose tradizionaliIn questo articolo vedremo quali sono le caratteristiche di cui deve disporre un valido alimentatore per sistemi di LED lighting

a cura della Redazione

redazioneelettronicaemakerit

Fino a quando i LED disponibili sul merca-

to erano nientaltro che semplici indica-

tori o display alimentarli era estremamente

semplice e non erano richiesti accorgimenti

particolari se non quello di utilizzare delle

resistenze di limitazione di corrente Al con-

trario da quando si sono affacciati sul mer-

cato i primi componenti a media e alta po-

tenza destinati allilluminazione negli ambiti

piugrave disparati i requisiti sono notevolmente

cambiati Per garantire lefficienza e la lunga

durata di questi semiconduttori alimentan-

doli in modo corretto egrave necessario utilizzare

driver destinati espressamente allo scopo

Percheacute si definiscono ldquodriverrdquo e non piugrave

semplicemente ldquoalimentatorirdquo

Percheacute un driver destinato ai LED non egrave un

semplice alimentatore almeno nella con-

cezione tradizionale del termine Il proget-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 35

La gamma di driver LED di MEAN WELL

to su cui egrave basato tiene conto fin dallinizio

delle caratteristiche specifiche dei LED per

garantirne il funzionamento ottimale una

lunga durata offrire un elevato livello di effi-

cienza energetica e la protezione dai guasti

Un alimentatore classico non potrebbe ga-

rantire tutto questo e per poter svolgere le

stesse funzioni dovrebbe essere integrato

da ulteriore elettronica di controllo

I driver disponibili sul mercato presentano

tutti caratteristiche piugrave o meno simili

Assolutamente no Tra i diversi modelli esi-

stono differenze anche notevoli non trascu-

rabili principalmente dovute alle applica-

zioni di destinazione Tra queste potremmo

distinguere a titolo di esempio alcune ma-

cro-categorie di utilizzo cercando di sinte-

tizzare le caratteristiche di prodotto che di

caso in caso dovremo ricercare nei diversi

dispositivi

ILLUMINAZIONE DOMESTICA

In generale un driver destinato allrsquoillumi-

nazione di abitazioni dovrebbe disporre ri-

spondere ad alcuni requisiti quali

bull Dimensioni ridotte

bull Costo contenuto

bull Potenza medio-bassa

bull Elevato livello di efficienza e affidabilitagrave

36 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

ILLUMINAZIONE

STRADALE

Egrave probabilmente uno degli

impieghi piugrave critici in quan-

to i LED devono funzionare

stabilmente in un condizioni

critiche

Per questo i driver impiega-

ti devono possedere le mi-

gliori caratteristiche di con-

trollo affidabilitagrave e durata

bull Ampio intervallo di tem-

perature di funziona-

mento

bull Efficienza e stabilitagrave elevate

bull Funzionamento a potenza costante

bull Correzione attiva del fattore di potenza

(Active PFC)

bull Alto livello di protezione IP

bull Isolamento Classe 2

bull Possibilitagrave di controllo remoto per fun-

zioni Smart City

bull Ottimo rapporto costoprestazioni

I driver della Serie XLG di Figura 1 dalle di-

mensioni contenute oppure la Serie ELG

dallrsquoottimo rapporto costoprestazioni o la

Serie HLG ad alta efficienza rappresenta-

no una scelta adatta a questo tipo di appli-

cazione

Per un ulteriore risparmio energetico le ver-

sioni D2 delle Serie ELG (opzionale per il

modello HLG) dispongono anche della fun-

zione ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

bull Semplicitagrave di installazione

bull Controllo della luminositagrave semplice ed

immediato (dimming)

bull Lunga durata

Alcuni esempi di soluzione per questa cate-

goria di utilizzo sono rappresentati dai dri-

ver della Serie LDC con potenze da 35 a

80W che permettono il controllo CP (a po-

tenza costante) dei LED

Nel caso di applicazioni che prevedono ca-

ratteristiche di domotica oltre ai precedenti

si dovrebbero considerare

bull Disponibilitagrave di interfacce evolute come

DALI o KNX

bull Possibilitagrave di controllo wireless

La Serie LCM-BLE ad esempio integra la

funzionalitagrave Bluetooth con Mesh Networ-

king facilmente programmabile e controlla-

bile tramite apposita app

Figura 1 Il driver a potenza costante XLG-100-H-A

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 13: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 21

LED (righe) Il MAX7219 in modalitagrave matri-

ce scandisce le 8 righe di 8 colonne LED

uno dopo lrsquoaltro

Accende sempre i LED di una riga per un

certo tempo per poi spegnerli e prosegui-

re con la riga successiva

Ha un oscillatore intero per temporizzare le

operazioni di multiplexing

La modalitagrave (pilotaggio display sette seg-

menti) Decode fa la stessa cosa solo che i

dati trasmessi non vengono interpretati bit

per bit (ogni bit per un LED acceso o spen-

to) ma come codice BCD e visualizzato la

combinazione di segmenti corrispondente

numero La luminositagrave dei display puograve es-

sere controllata con un resistore esterno

connesso tra il piedino 19 (V+) e il piedino

18 (ISET)

La corrente nei LED egrave circa 100 volte la

corrente nel pin 18 (ISET)

Modificando il valore del resistore al pin 18

egrave possibile cambiare questa corrente

La corrente di picco nelle matrici di LED

nominalmente puograve essere fissa o variabile

parlante egrave inviata la sintesi vocale cioegrave la

lettura vocale del testo alfanumerico gene-

rato dallrsquoApplicazione

Il progetto (figura 1) che ci rechiamo a re-

alizzare e a descrivere nelle prossime pa-

gine egrave di facile realizzazione percheacute usa

componenti agevolmente reperibili nel

web e anche percheacute egrave basato sulla piatta-

forma Arduino UNO che ormai egrave abbastan-

za conosciuta sia in abito hobbistico che

specialistico

Nel prossimo paragrafo descriveremo il

driver MAX7219 utilizzato per il controllo

IL DISPLAY DRIVER MAX7219

In questo progetto egrave stato utilizzato un mo-

dulo con abbordo quattro driver MAX7219

(vedi figura 12)

Il MAX7219 egrave stato progettato (vedi figura

3) per controllare display a LED a segmenti

o matrice di punti

In questo caso utilizzato in modalitagrave ma-

trice di LED ogni driver controlla una ma-

trice composta da otto (colonne) per otto

Maker

22 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

(tramite Trimmer) ma deve comunque es-

sere maggiore uguale 953 ohm

Si sconsiglia di non superare i 40 mA per

LED se sono necessarie correnti maggiori

occorreragrave inserire buffer esterni

In ogni caso la corrente complessiva mas-

sima (tutti i LED accesi) non dovragrave supera-

re 330 mA

La luminositagrave del display puograve essere con-

trollata anche in modo digitale utilizzando

lrsquointensity register (per approfondimenti

vedi il Datasheet)

Il controllo viene effettuato mediante il re-

gistro il quale agisce su un circuito PWM

interno Il modulatore suddivide la corrente

media nelle matrici di LED in 16 passi da

un massimo di 3132 fino a un minimo di

132 della corrente di picco imposta al pie-

dino 18

IL CIRCUITO ELETTRICO

Esaminiamo ora in particolare lo schema

elettrico (figura 4) della scheda di controllo

Figura 1 Foto del progetto finito in funzione con indicazione scorrevole

del display Il circuito rende indispensabile

una tensione di alimentazione in corrente

continua di 5 V Prelevata attraverso il con-

nettore micro USB (X1) esso fornisce i 5

V necessari ad alimentare microcontrollore

IC1 il modulo Bluetooth J3 e il modulo di-

splay connesso sul connettore J4

Il circuito assorbe una corrente di circa

1500 mA dunque egrave necessario che la sor-

gente di alimentazione cioegrave lrsquoalimentatore

USB sia in grado di fornire tale intensitagrave di

corrente o una maggiore corrente

Ersquo possibile utilizzare anche un alimentato-

re diverso da uno USB che egrave eventualmen-

te collegabile con due fili al connettore X4

Il connettore J4 (connesso ad IC1) imple-

menta unrsquointerfaccia seriale sincrona che

controlla il modulo display dove sono con-

tenuti i driver MAX7219 (uno per display)

che pilotano le matrici di LED

Si conclude la trattazione e descrizione

dello schema elettrico

Nel prossimo paragrafo passiamo alla rea-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 23

per lrsquointegrato abbiamo utilizzato lrsquoapposi-

to zoccolo per evitare di surriscaldarli du-

rante gli interventi di saldatura

Prima drsquoiniziare a montare i componenti a

montaggio tradizionale occorre montare il

connettore (in SMD) micro USB X1 che va

saldato adoperando un saldatore con pun-

ta sottile e stagno dal diametro di 05 mm

Prima di posizionarlo sulle piazzuole oc-

corre applicare un sottile strato di pasta

saldante per SMD in seguito si puograve passa-

re alle saldature delle due alette laterali ed

infine alla saldatura dei quattro terminali

lizzazione pratica del nostro display a ma-

trice di LED

REALIZZAZIONE PRATICA E COLLAUDO

Per la realizzazione di questo dispositivo

(figura 7) abbiamo approntato un circuito

stampato a doppia faccia (vedi figura 6) le

cui dimensioni sono 935 per 605 millime-

tri Per la costruzione di questa scheda si

devono impiegare i master di figura 6 e i

componenti elencati nellrsquoldquo Elenco Compo-

nentirdquoLrsquooperazione di montaggio di questo

circuito non presenta particolari difficoltagrave

Figura 2 Schema di funzionamento elimina code vocale

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

34 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

LED DriverQuale Scegliere

Dalla sua prima apparizione commerciale negli anni 70 il LED o ldquoLight Emitting Dioderdquo ha fattomolta strada Dal ruolo iniziale di semplice indicatore a quello di componente essenziale per display alfanumerici egrave approdato allrsquoimpiego generalizzato nei pannelli luminosi fino a divenire il protagonista assoluto dellilluminazione globale soppiantando in tempi rapidissimi le fonti luminose tradizionaliIn questo articolo vedremo quali sono le caratteristiche di cui deve disporre un valido alimentatore per sistemi di LED lighting

a cura della Redazione

redazioneelettronicaemakerit

Fino a quando i LED disponibili sul merca-

to erano nientaltro che semplici indica-

tori o display alimentarli era estremamente

semplice e non erano richiesti accorgimenti

particolari se non quello di utilizzare delle

resistenze di limitazione di corrente Al con-

trario da quando si sono affacciati sul mer-

cato i primi componenti a media e alta po-

tenza destinati allilluminazione negli ambiti

piugrave disparati i requisiti sono notevolmente

cambiati Per garantire lefficienza e la lunga

durata di questi semiconduttori alimentan-

doli in modo corretto egrave necessario utilizzare

driver destinati espressamente allo scopo

Percheacute si definiscono ldquodriverrdquo e non piugrave

semplicemente ldquoalimentatorirdquo

Percheacute un driver destinato ai LED non egrave un

semplice alimentatore almeno nella con-

cezione tradizionale del termine Il proget-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 35

La gamma di driver LED di MEAN WELL

to su cui egrave basato tiene conto fin dallinizio

delle caratteristiche specifiche dei LED per

garantirne il funzionamento ottimale una

lunga durata offrire un elevato livello di effi-

cienza energetica e la protezione dai guasti

Un alimentatore classico non potrebbe ga-

rantire tutto questo e per poter svolgere le

stesse funzioni dovrebbe essere integrato

da ulteriore elettronica di controllo

I driver disponibili sul mercato presentano

tutti caratteristiche piugrave o meno simili

Assolutamente no Tra i diversi modelli esi-

stono differenze anche notevoli non trascu-

rabili principalmente dovute alle applica-

zioni di destinazione Tra queste potremmo

distinguere a titolo di esempio alcune ma-

cro-categorie di utilizzo cercando di sinte-

tizzare le caratteristiche di prodotto che di

caso in caso dovremo ricercare nei diversi

dispositivi

ILLUMINAZIONE DOMESTICA

In generale un driver destinato allrsquoillumi-

nazione di abitazioni dovrebbe disporre ri-

spondere ad alcuni requisiti quali

bull Dimensioni ridotte

bull Costo contenuto

bull Potenza medio-bassa

bull Elevato livello di efficienza e affidabilitagrave

36 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

ILLUMINAZIONE

STRADALE

Egrave probabilmente uno degli

impieghi piugrave critici in quan-

to i LED devono funzionare

stabilmente in un condizioni

critiche

Per questo i driver impiega-

ti devono possedere le mi-

gliori caratteristiche di con-

trollo affidabilitagrave e durata

bull Ampio intervallo di tem-

perature di funziona-

mento

bull Efficienza e stabilitagrave elevate

bull Funzionamento a potenza costante

bull Correzione attiva del fattore di potenza

(Active PFC)

bull Alto livello di protezione IP

bull Isolamento Classe 2

bull Possibilitagrave di controllo remoto per fun-

zioni Smart City

bull Ottimo rapporto costoprestazioni

I driver della Serie XLG di Figura 1 dalle di-

mensioni contenute oppure la Serie ELG

dallrsquoottimo rapporto costoprestazioni o la

Serie HLG ad alta efficienza rappresenta-

no una scelta adatta a questo tipo di appli-

cazione

Per un ulteriore risparmio energetico le ver-

sioni D2 delle Serie ELG (opzionale per il

modello HLG) dispongono anche della fun-

zione ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

bull Semplicitagrave di installazione

bull Controllo della luminositagrave semplice ed

immediato (dimming)

bull Lunga durata

Alcuni esempi di soluzione per questa cate-

goria di utilizzo sono rappresentati dai dri-

ver della Serie LDC con potenze da 35 a

80W che permettono il controllo CP (a po-

tenza costante) dei LED

Nel caso di applicazioni che prevedono ca-

ratteristiche di domotica oltre ai precedenti

si dovrebbero considerare

bull Disponibilitagrave di interfacce evolute come

DALI o KNX

bull Possibilitagrave di controllo wireless

La Serie LCM-BLE ad esempio integra la

funzionalitagrave Bluetooth con Mesh Networ-

king facilmente programmabile e controlla-

bile tramite apposita app

Figura 1 Il driver a potenza costante XLG-100-H-A

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 14: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Maker

22 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

(tramite Trimmer) ma deve comunque es-

sere maggiore uguale 953 ohm

Si sconsiglia di non superare i 40 mA per

LED se sono necessarie correnti maggiori

occorreragrave inserire buffer esterni

In ogni caso la corrente complessiva mas-

sima (tutti i LED accesi) non dovragrave supera-

re 330 mA

La luminositagrave del display puograve essere con-

trollata anche in modo digitale utilizzando

lrsquointensity register (per approfondimenti

vedi il Datasheet)

Il controllo viene effettuato mediante il re-

gistro il quale agisce su un circuito PWM

interno Il modulatore suddivide la corrente

media nelle matrici di LED in 16 passi da

un massimo di 3132 fino a un minimo di

132 della corrente di picco imposta al pie-

dino 18

IL CIRCUITO ELETTRICO

Esaminiamo ora in particolare lo schema

elettrico (figura 4) della scheda di controllo

Figura 1 Foto del progetto finito in funzione con indicazione scorrevole

del display Il circuito rende indispensabile

una tensione di alimentazione in corrente

continua di 5 V Prelevata attraverso il con-

nettore micro USB (X1) esso fornisce i 5

V necessari ad alimentare microcontrollore

IC1 il modulo Bluetooth J3 e il modulo di-

splay connesso sul connettore J4

Il circuito assorbe una corrente di circa

1500 mA dunque egrave necessario che la sor-

gente di alimentazione cioegrave lrsquoalimentatore

USB sia in grado di fornire tale intensitagrave di

corrente o una maggiore corrente

Ersquo possibile utilizzare anche un alimentato-

re diverso da uno USB che egrave eventualmen-

te collegabile con due fili al connettore X4

Il connettore J4 (connesso ad IC1) imple-

menta unrsquointerfaccia seriale sincrona che

controlla il modulo display dove sono con-

tenuti i driver MAX7219 (uno per display)

che pilotano le matrici di LED

Si conclude la trattazione e descrizione

dello schema elettrico

Nel prossimo paragrafo passiamo alla rea-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 23

per lrsquointegrato abbiamo utilizzato lrsquoapposi-

to zoccolo per evitare di surriscaldarli du-

rante gli interventi di saldatura

Prima drsquoiniziare a montare i componenti a

montaggio tradizionale occorre montare il

connettore (in SMD) micro USB X1 che va

saldato adoperando un saldatore con pun-

ta sottile e stagno dal diametro di 05 mm

Prima di posizionarlo sulle piazzuole oc-

corre applicare un sottile strato di pasta

saldante per SMD in seguito si puograve passa-

re alle saldature delle due alette laterali ed

infine alla saldatura dei quattro terminali

lizzazione pratica del nostro display a ma-

trice di LED

REALIZZAZIONE PRATICA E COLLAUDO

Per la realizzazione di questo dispositivo

(figura 7) abbiamo approntato un circuito

stampato a doppia faccia (vedi figura 6) le

cui dimensioni sono 935 per 605 millime-

tri Per la costruzione di questa scheda si

devono impiegare i master di figura 6 e i

componenti elencati nellrsquoldquo Elenco Compo-

nentirdquoLrsquooperazione di montaggio di questo

circuito non presenta particolari difficoltagrave

Figura 2 Schema di funzionamento elimina code vocale

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

34 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

LED DriverQuale Scegliere

Dalla sua prima apparizione commerciale negli anni 70 il LED o ldquoLight Emitting Dioderdquo ha fattomolta strada Dal ruolo iniziale di semplice indicatore a quello di componente essenziale per display alfanumerici egrave approdato allrsquoimpiego generalizzato nei pannelli luminosi fino a divenire il protagonista assoluto dellilluminazione globale soppiantando in tempi rapidissimi le fonti luminose tradizionaliIn questo articolo vedremo quali sono le caratteristiche di cui deve disporre un valido alimentatore per sistemi di LED lighting

a cura della Redazione

redazioneelettronicaemakerit

Fino a quando i LED disponibili sul merca-

to erano nientaltro che semplici indica-

tori o display alimentarli era estremamente

semplice e non erano richiesti accorgimenti

particolari se non quello di utilizzare delle

resistenze di limitazione di corrente Al con-

trario da quando si sono affacciati sul mer-

cato i primi componenti a media e alta po-

tenza destinati allilluminazione negli ambiti

piugrave disparati i requisiti sono notevolmente

cambiati Per garantire lefficienza e la lunga

durata di questi semiconduttori alimentan-

doli in modo corretto egrave necessario utilizzare

driver destinati espressamente allo scopo

Percheacute si definiscono ldquodriverrdquo e non piugrave

semplicemente ldquoalimentatorirdquo

Percheacute un driver destinato ai LED non egrave un

semplice alimentatore almeno nella con-

cezione tradizionale del termine Il proget-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 35

La gamma di driver LED di MEAN WELL

to su cui egrave basato tiene conto fin dallinizio

delle caratteristiche specifiche dei LED per

garantirne il funzionamento ottimale una

lunga durata offrire un elevato livello di effi-

cienza energetica e la protezione dai guasti

Un alimentatore classico non potrebbe ga-

rantire tutto questo e per poter svolgere le

stesse funzioni dovrebbe essere integrato

da ulteriore elettronica di controllo

I driver disponibili sul mercato presentano

tutti caratteristiche piugrave o meno simili

Assolutamente no Tra i diversi modelli esi-

stono differenze anche notevoli non trascu-

rabili principalmente dovute alle applica-

zioni di destinazione Tra queste potremmo

distinguere a titolo di esempio alcune ma-

cro-categorie di utilizzo cercando di sinte-

tizzare le caratteristiche di prodotto che di

caso in caso dovremo ricercare nei diversi

dispositivi

ILLUMINAZIONE DOMESTICA

In generale un driver destinato allrsquoillumi-

nazione di abitazioni dovrebbe disporre ri-

spondere ad alcuni requisiti quali

bull Dimensioni ridotte

bull Costo contenuto

bull Potenza medio-bassa

bull Elevato livello di efficienza e affidabilitagrave

36 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

ILLUMINAZIONE

STRADALE

Egrave probabilmente uno degli

impieghi piugrave critici in quan-

to i LED devono funzionare

stabilmente in un condizioni

critiche

Per questo i driver impiega-

ti devono possedere le mi-

gliori caratteristiche di con-

trollo affidabilitagrave e durata

bull Ampio intervallo di tem-

perature di funziona-

mento

bull Efficienza e stabilitagrave elevate

bull Funzionamento a potenza costante

bull Correzione attiva del fattore di potenza

(Active PFC)

bull Alto livello di protezione IP

bull Isolamento Classe 2

bull Possibilitagrave di controllo remoto per fun-

zioni Smart City

bull Ottimo rapporto costoprestazioni

I driver della Serie XLG di Figura 1 dalle di-

mensioni contenute oppure la Serie ELG

dallrsquoottimo rapporto costoprestazioni o la

Serie HLG ad alta efficienza rappresenta-

no una scelta adatta a questo tipo di appli-

cazione

Per un ulteriore risparmio energetico le ver-

sioni D2 delle Serie ELG (opzionale per il

modello HLG) dispongono anche della fun-

zione ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

bull Semplicitagrave di installazione

bull Controllo della luminositagrave semplice ed

immediato (dimming)

bull Lunga durata

Alcuni esempi di soluzione per questa cate-

goria di utilizzo sono rappresentati dai dri-

ver della Serie LDC con potenze da 35 a

80W che permettono il controllo CP (a po-

tenza costante) dei LED

Nel caso di applicazioni che prevedono ca-

ratteristiche di domotica oltre ai precedenti

si dovrebbero considerare

bull Disponibilitagrave di interfacce evolute come

DALI o KNX

bull Possibilitagrave di controllo wireless

La Serie LCM-BLE ad esempio integra la

funzionalitagrave Bluetooth con Mesh Networ-

king facilmente programmabile e controlla-

bile tramite apposita app

Figura 1 Il driver a potenza costante XLG-100-H-A

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 15: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 23

per lrsquointegrato abbiamo utilizzato lrsquoapposi-

to zoccolo per evitare di surriscaldarli du-

rante gli interventi di saldatura

Prima drsquoiniziare a montare i componenti a

montaggio tradizionale occorre montare il

connettore (in SMD) micro USB X1 che va

saldato adoperando un saldatore con pun-

ta sottile e stagno dal diametro di 05 mm

Prima di posizionarlo sulle piazzuole oc-

corre applicare un sottile strato di pasta

saldante per SMD in seguito si puograve passa-

re alle saldature delle due alette laterali ed

infine alla saldatura dei quattro terminali

lizzazione pratica del nostro display a ma-

trice di LED

REALIZZAZIONE PRATICA E COLLAUDO

Per la realizzazione di questo dispositivo

(figura 7) abbiamo approntato un circuito

stampato a doppia faccia (vedi figura 6) le

cui dimensioni sono 935 per 605 millime-

tri Per la costruzione di questa scheda si

devono impiegare i master di figura 6 e i

componenti elencati nellrsquoldquo Elenco Compo-

nentirdquoLrsquooperazione di montaggio di questo

circuito non presenta particolari difficoltagrave

Figura 2 Schema di funzionamento elimina code vocale

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

34 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

LED DriverQuale Scegliere

Dalla sua prima apparizione commerciale negli anni 70 il LED o ldquoLight Emitting Dioderdquo ha fattomolta strada Dal ruolo iniziale di semplice indicatore a quello di componente essenziale per display alfanumerici egrave approdato allrsquoimpiego generalizzato nei pannelli luminosi fino a divenire il protagonista assoluto dellilluminazione globale soppiantando in tempi rapidissimi le fonti luminose tradizionaliIn questo articolo vedremo quali sono le caratteristiche di cui deve disporre un valido alimentatore per sistemi di LED lighting

a cura della Redazione

redazioneelettronicaemakerit

Fino a quando i LED disponibili sul merca-

to erano nientaltro che semplici indica-

tori o display alimentarli era estremamente

semplice e non erano richiesti accorgimenti

particolari se non quello di utilizzare delle

resistenze di limitazione di corrente Al con-

trario da quando si sono affacciati sul mer-

cato i primi componenti a media e alta po-

tenza destinati allilluminazione negli ambiti

piugrave disparati i requisiti sono notevolmente

cambiati Per garantire lefficienza e la lunga

durata di questi semiconduttori alimentan-

doli in modo corretto egrave necessario utilizzare

driver destinati espressamente allo scopo

Percheacute si definiscono ldquodriverrdquo e non piugrave

semplicemente ldquoalimentatorirdquo

Percheacute un driver destinato ai LED non egrave un

semplice alimentatore almeno nella con-

cezione tradizionale del termine Il proget-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 35

La gamma di driver LED di MEAN WELL

to su cui egrave basato tiene conto fin dallinizio

delle caratteristiche specifiche dei LED per

garantirne il funzionamento ottimale una

lunga durata offrire un elevato livello di effi-

cienza energetica e la protezione dai guasti

Un alimentatore classico non potrebbe ga-

rantire tutto questo e per poter svolgere le

stesse funzioni dovrebbe essere integrato

da ulteriore elettronica di controllo

I driver disponibili sul mercato presentano

tutti caratteristiche piugrave o meno simili

Assolutamente no Tra i diversi modelli esi-

stono differenze anche notevoli non trascu-

rabili principalmente dovute alle applica-

zioni di destinazione Tra queste potremmo

distinguere a titolo di esempio alcune ma-

cro-categorie di utilizzo cercando di sinte-

tizzare le caratteristiche di prodotto che di

caso in caso dovremo ricercare nei diversi

dispositivi

ILLUMINAZIONE DOMESTICA

In generale un driver destinato allrsquoillumi-

nazione di abitazioni dovrebbe disporre ri-

spondere ad alcuni requisiti quali

bull Dimensioni ridotte

bull Costo contenuto

bull Potenza medio-bassa

bull Elevato livello di efficienza e affidabilitagrave

36 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

ILLUMINAZIONE

STRADALE

Egrave probabilmente uno degli

impieghi piugrave critici in quan-

to i LED devono funzionare

stabilmente in un condizioni

critiche

Per questo i driver impiega-

ti devono possedere le mi-

gliori caratteristiche di con-

trollo affidabilitagrave e durata

bull Ampio intervallo di tem-

perature di funziona-

mento

bull Efficienza e stabilitagrave elevate

bull Funzionamento a potenza costante

bull Correzione attiva del fattore di potenza

(Active PFC)

bull Alto livello di protezione IP

bull Isolamento Classe 2

bull Possibilitagrave di controllo remoto per fun-

zioni Smart City

bull Ottimo rapporto costoprestazioni

I driver della Serie XLG di Figura 1 dalle di-

mensioni contenute oppure la Serie ELG

dallrsquoottimo rapporto costoprestazioni o la

Serie HLG ad alta efficienza rappresenta-

no una scelta adatta a questo tipo di appli-

cazione

Per un ulteriore risparmio energetico le ver-

sioni D2 delle Serie ELG (opzionale per il

modello HLG) dispongono anche della fun-

zione ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

bull Semplicitagrave di installazione

bull Controllo della luminositagrave semplice ed

immediato (dimming)

bull Lunga durata

Alcuni esempi di soluzione per questa cate-

goria di utilizzo sono rappresentati dai dri-

ver della Serie LDC con potenze da 35 a

80W che permettono il controllo CP (a po-

tenza costante) dei LED

Nel caso di applicazioni che prevedono ca-

ratteristiche di domotica oltre ai precedenti

si dovrebbero considerare

bull Disponibilitagrave di interfacce evolute come

DALI o KNX

bull Possibilitagrave di controllo wireless

La Serie LCM-BLE ad esempio integra la

funzionalitagrave Bluetooth con Mesh Networ-

king facilmente programmabile e controlla-

bile tramite apposita app

Figura 1 Il driver a potenza costante XLG-100-H-A

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 16: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

34 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

LED DriverQuale Scegliere

Dalla sua prima apparizione commerciale negli anni 70 il LED o ldquoLight Emitting Dioderdquo ha fattomolta strada Dal ruolo iniziale di semplice indicatore a quello di componente essenziale per display alfanumerici egrave approdato allrsquoimpiego generalizzato nei pannelli luminosi fino a divenire il protagonista assoluto dellilluminazione globale soppiantando in tempi rapidissimi le fonti luminose tradizionaliIn questo articolo vedremo quali sono le caratteristiche di cui deve disporre un valido alimentatore per sistemi di LED lighting

a cura della Redazione

redazioneelettronicaemakerit

Fino a quando i LED disponibili sul merca-

to erano nientaltro che semplici indica-

tori o display alimentarli era estremamente

semplice e non erano richiesti accorgimenti

particolari se non quello di utilizzare delle

resistenze di limitazione di corrente Al con-

trario da quando si sono affacciati sul mer-

cato i primi componenti a media e alta po-

tenza destinati allilluminazione negli ambiti

piugrave disparati i requisiti sono notevolmente

cambiati Per garantire lefficienza e la lunga

durata di questi semiconduttori alimentan-

doli in modo corretto egrave necessario utilizzare

driver destinati espressamente allo scopo

Percheacute si definiscono ldquodriverrdquo e non piugrave

semplicemente ldquoalimentatorirdquo

Percheacute un driver destinato ai LED non egrave un

semplice alimentatore almeno nella con-

cezione tradizionale del termine Il proget-

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 35

La gamma di driver LED di MEAN WELL

to su cui egrave basato tiene conto fin dallinizio

delle caratteristiche specifiche dei LED per

garantirne il funzionamento ottimale una

lunga durata offrire un elevato livello di effi-

cienza energetica e la protezione dai guasti

Un alimentatore classico non potrebbe ga-

rantire tutto questo e per poter svolgere le

stesse funzioni dovrebbe essere integrato

da ulteriore elettronica di controllo

I driver disponibili sul mercato presentano

tutti caratteristiche piugrave o meno simili

Assolutamente no Tra i diversi modelli esi-

stono differenze anche notevoli non trascu-

rabili principalmente dovute alle applica-

zioni di destinazione Tra queste potremmo

distinguere a titolo di esempio alcune ma-

cro-categorie di utilizzo cercando di sinte-

tizzare le caratteristiche di prodotto che di

caso in caso dovremo ricercare nei diversi

dispositivi

ILLUMINAZIONE DOMESTICA

In generale un driver destinato allrsquoillumi-

nazione di abitazioni dovrebbe disporre ri-

spondere ad alcuni requisiti quali

bull Dimensioni ridotte

bull Costo contenuto

bull Potenza medio-bassa

bull Elevato livello di efficienza e affidabilitagrave

36 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

ILLUMINAZIONE

STRADALE

Egrave probabilmente uno degli

impieghi piugrave critici in quan-

to i LED devono funzionare

stabilmente in un condizioni

critiche

Per questo i driver impiega-

ti devono possedere le mi-

gliori caratteristiche di con-

trollo affidabilitagrave e durata

bull Ampio intervallo di tem-

perature di funziona-

mento

bull Efficienza e stabilitagrave elevate

bull Funzionamento a potenza costante

bull Correzione attiva del fattore di potenza

(Active PFC)

bull Alto livello di protezione IP

bull Isolamento Classe 2

bull Possibilitagrave di controllo remoto per fun-

zioni Smart City

bull Ottimo rapporto costoprestazioni

I driver della Serie XLG di Figura 1 dalle di-

mensioni contenute oppure la Serie ELG

dallrsquoottimo rapporto costoprestazioni o la

Serie HLG ad alta efficienza rappresenta-

no una scelta adatta a questo tipo di appli-

cazione

Per un ulteriore risparmio energetico le ver-

sioni D2 delle Serie ELG (opzionale per il

modello HLG) dispongono anche della fun-

zione ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

bull Semplicitagrave di installazione

bull Controllo della luminositagrave semplice ed

immediato (dimming)

bull Lunga durata

Alcuni esempi di soluzione per questa cate-

goria di utilizzo sono rappresentati dai dri-

ver della Serie LDC con potenze da 35 a

80W che permettono il controllo CP (a po-

tenza costante) dei LED

Nel caso di applicazioni che prevedono ca-

ratteristiche di domotica oltre ai precedenti

si dovrebbero considerare

bull Disponibilitagrave di interfacce evolute come

DALI o KNX

bull Possibilitagrave di controllo wireless

La Serie LCM-BLE ad esempio integra la

funzionalitagrave Bluetooth con Mesh Networ-

king facilmente programmabile e controlla-

bile tramite apposita app

Figura 1 Il driver a potenza costante XLG-100-H-A

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 17: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 35

La gamma di driver LED di MEAN WELL

to su cui egrave basato tiene conto fin dallinizio

delle caratteristiche specifiche dei LED per

garantirne il funzionamento ottimale una

lunga durata offrire un elevato livello di effi-

cienza energetica e la protezione dai guasti

Un alimentatore classico non potrebbe ga-

rantire tutto questo e per poter svolgere le

stesse funzioni dovrebbe essere integrato

da ulteriore elettronica di controllo

I driver disponibili sul mercato presentano

tutti caratteristiche piugrave o meno simili

Assolutamente no Tra i diversi modelli esi-

stono differenze anche notevoli non trascu-

rabili principalmente dovute alle applica-

zioni di destinazione Tra queste potremmo

distinguere a titolo di esempio alcune ma-

cro-categorie di utilizzo cercando di sinte-

tizzare le caratteristiche di prodotto che di

caso in caso dovremo ricercare nei diversi

dispositivi

ILLUMINAZIONE DOMESTICA

In generale un driver destinato allrsquoillumi-

nazione di abitazioni dovrebbe disporre ri-

spondere ad alcuni requisiti quali

bull Dimensioni ridotte

bull Costo contenuto

bull Potenza medio-bassa

bull Elevato livello di efficienza e affidabilitagrave

36 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

ILLUMINAZIONE

STRADALE

Egrave probabilmente uno degli

impieghi piugrave critici in quan-

to i LED devono funzionare

stabilmente in un condizioni

critiche

Per questo i driver impiega-

ti devono possedere le mi-

gliori caratteristiche di con-

trollo affidabilitagrave e durata

bull Ampio intervallo di tem-

perature di funziona-

mento

bull Efficienza e stabilitagrave elevate

bull Funzionamento a potenza costante

bull Correzione attiva del fattore di potenza

(Active PFC)

bull Alto livello di protezione IP

bull Isolamento Classe 2

bull Possibilitagrave di controllo remoto per fun-

zioni Smart City

bull Ottimo rapporto costoprestazioni

I driver della Serie XLG di Figura 1 dalle di-

mensioni contenute oppure la Serie ELG

dallrsquoottimo rapporto costoprestazioni o la

Serie HLG ad alta efficienza rappresenta-

no una scelta adatta a questo tipo di appli-

cazione

Per un ulteriore risparmio energetico le ver-

sioni D2 delle Serie ELG (opzionale per il

modello HLG) dispongono anche della fun-

zione ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

bull Semplicitagrave di installazione

bull Controllo della luminositagrave semplice ed

immediato (dimming)

bull Lunga durata

Alcuni esempi di soluzione per questa cate-

goria di utilizzo sono rappresentati dai dri-

ver della Serie LDC con potenze da 35 a

80W che permettono il controllo CP (a po-

tenza costante) dei LED

Nel caso di applicazioni che prevedono ca-

ratteristiche di domotica oltre ai precedenti

si dovrebbero considerare

bull Disponibilitagrave di interfacce evolute come

DALI o KNX

bull Possibilitagrave di controllo wireless

La Serie LCM-BLE ad esempio integra la

funzionalitagrave Bluetooth con Mesh Networ-

king facilmente programmabile e controlla-

bile tramite apposita app

Figura 1 Il driver a potenza costante XLG-100-H-A

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 18: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

36 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

ILLUMINAZIONE

STRADALE

Egrave probabilmente uno degli

impieghi piugrave critici in quan-

to i LED devono funzionare

stabilmente in un condizioni

critiche

Per questo i driver impiega-

ti devono possedere le mi-

gliori caratteristiche di con-

trollo affidabilitagrave e durata

bull Ampio intervallo di tem-

perature di funziona-

mento

bull Efficienza e stabilitagrave elevate

bull Funzionamento a potenza costante

bull Correzione attiva del fattore di potenza

(Active PFC)

bull Alto livello di protezione IP

bull Isolamento Classe 2

bull Possibilitagrave di controllo remoto per fun-

zioni Smart City

bull Ottimo rapporto costoprestazioni

I driver della Serie XLG di Figura 1 dalle di-

mensioni contenute oppure la Serie ELG

dallrsquoottimo rapporto costoprestazioni o la

Serie HLG ad alta efficienza rappresenta-

no una scelta adatta a questo tipo di appli-

cazione

Per un ulteriore risparmio energetico le ver-

sioni D2 delle Serie ELG (opzionale per il

modello HLG) dispongono anche della fun-

zione ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

bull Semplicitagrave di installazione

bull Controllo della luminositagrave semplice ed

immediato (dimming)

bull Lunga durata

Alcuni esempi di soluzione per questa cate-

goria di utilizzo sono rappresentati dai dri-

ver della Serie LDC con potenze da 35 a

80W che permettono il controllo CP (a po-

tenza costante) dei LED

Nel caso di applicazioni che prevedono ca-

ratteristiche di domotica oltre ai precedenti

si dovrebbero considerare

bull Disponibilitagrave di interfacce evolute come

DALI o KNX

bull Possibilitagrave di controllo wireless

La Serie LCM-BLE ad esempio integra la

funzionalitagrave Bluetooth con Mesh Networ-

king facilmente programmabile e controlla-

bile tramite apposita app

Figura 1 Il driver a potenza costante XLG-100-H-A

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 19: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 37

ILLUMINAZIONE PER COLTURA INTENSI-

VA

Lilluminazione LED per la coltivazione in-

tensiva in serra ha sostituito e migliorato

quella ottenuta precedentemente dalle lam-

pade a vapori di sodio ad alta pressione Il

miglioramento consiste principalmente nel-

la possibilitagrave di utilizzare in combinazione

LED con colori diversi per ottenere le to-

nalitagrave di luce piugrave adatte alle diverse specie

vegetali o a fasi distinte della loro crescita

Oltre alle caratteristiche di efficienza affida-

bilitagrave isolamento e protezione previste nel-

la categoria precedente i driver destinati a

questi impieghi dovrebbero essere caratte-

rizzati anche da

bull Elevata potenza drsquouscita

bull Ampia regione di controllo anche a ten-

sioni elevate

In cosa consiste esattamente la funzio-

nalitagrave ldquoSmart Timer Dimmingrdquo

Questa funzione permette di variare la per-

centuale del dimming nellarco di 14 ore

dalle 0000 alle 14 00 secondo tre profili di

default (illuminazione residenziale stradale

o di gallerie) In alternativa egrave possibile uti-

lizzare linterfaccia di programmazione

SDP-001 che consente di programmare i

driver con profili definiti dallutente

ILLUMINAZIONE DI SCENA

Anche nel settore delle rappresentazioni ar-

tistiche negli spettacoli teatrali o musicali

sui palcoscenici moderni si fa ampio uso di

fonti di illuminazione LED

Per le soluzioni RGB egrave possibile utilizzare

i driver a controllo di tensione (CV) MEAN

WELL come alimentatori ad alta stabilitagrave

per pilotare LED Control-

ler di standard DMX usu-

fruendo della grandissima

scalabilitagrave e flessibilitagrave

drsquouso dei medesimi Per le

soluzioni monocromatiche

ad alta potenza (ad esem-

pio nel caso dei proiettori

spot indirizzabili a fascio

concentrato) egrave anche pos-

sibile utilizzare i driver del-

la

Serie HBG la cui forma ci-

lindrica si adatta perfetta-

mente allo scopo

Figura 2 LED Driver della Serie LCM di MEAN WELL

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 20: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

38 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

gono Nella Figura 3 sono illustrate le forme

donda relative a tensione (in verde) e cor-

rente (in rosso) relative allingresso AC di un

alimentatore di questo genere Nella parte

sinistra dellimmagine viene rappresentata

la forma donda della corrente assorbita da

un dispositivo privo di PFC attivo Entran-

do nei dettagli lrsquoandamento della curva di

corrente risulta non solo fuori fase rispetto

a quello della tensione ma anche notevol-

mente distorto Questo aspetto non puograve

essere sottovalutato in quanto riduce no-

tevolmente lrsquoefficienza dellimpianto elettri-

co (correnti elevate in rapporto alla potenza

attiva realmente trasmessa) Inoltre costitui-

sce un illecito sanzionato dalle stesse Com-

pagnie Energetiche mediante lrsquoapplicazione

di tariffe maggiorate ai clienti di fascia com-

merciale e industriale Il circuito PFC attivo

realizzato nei driver MEAN WELL permet-

te attraverso lrsquointervento continuo e auto

I dispositivi della Serie HVGC (vedi Figu-

ra 7) per lrsquoinsieme delle caratteristiche che

li distingue sono particolarmente indicati

per queste applicazioni nel settore agrico-

lo In questi casi drsquouso visto lrsquoimpiego di

potenze elevate risulta estremamente utile

la possibilitagrave di collegamento tra 2 fasi su

una linea trifase (ingresso a 400 V ac) a tut-

to vantaggio dellefficienza di alimentazione

e con una notevole riduzione della corrente

dingresso In questi casi anche il circuito

Active PFC di MEAN WELL gioca il pro-

prio ruolo importante

In cosa consiste un circuito PFC attivo

quali vantaggi offre

Il PFC ldquoPower Factor Controlrdquo o controllo

attivo del fattore di potenza egrave una caratte-

ristica assai utile che pone rimedio a uno

dei problemi tipici degli stadi drsquoingresso dei

driver meno avanzati che non ne dispon-

Figura 3 Forme donda di Tensione (in verde) e Corrente (in rosso) allingresso AC di un

driver senza controllo del fattore di potenza (sinistra) e con circuito Active PFC (destra)

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 21: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 39

Alimentazione a tensione costante (CV)

In questo caso il driver controlla e regola

con precisione la tensione destinata ai LED

che prevedono questa modalitagrave di funzio-

namento La corrente erogata dipenderagrave

dal numero di unitagrave collegate mentre la

protezione integrata nel driver impediragrave che

vengano superati i limiti di potenza previ-

sti dalle specifiche La Serie APV di MEAN

WELL costituisce un esempio di questa ap-

plicazione ldquoConstant Voltagerdquo in una gam-

ma di prodotti con tensioni di uscita da 5 V a

48 V regolabili o fisse e correnti che vanno

da 03 a 40 A

Un alimentatore per LED da 40 A in usci-

ta A cosa serve

Le norme relative alla sicurezza degli im-

pianti di illuminazione in ambienti critici

(HazLoc Hazardous Locations) prevedo-

no in generale lutilizzo di sorgenti a bassa

adattivo di ottenere una notevole riduzio-

ne della distorsione della curva di corrente

e dellerrore di fase tra i due segnali come

illustrato nella parte destra dellimmagine

di Figura 3 riportando il fattore di potenza

a valori uguali o superiori a 09 in qualsiasi

condizione di carico

Quali sono gli standard di alimentazione

dellilluminazione LED

Gli standard di alimentazione di un LED

sono di norma a corrente costante (CC) o a

tensione costante (CV) Il modo migliore per

comprendere quale dei due sia da applica-

re di caso in caso egrave consultare le specifi-

che tecniche dei componenti da utilizzare

fornite dai produttori stessi

Alimentazione a corrente costante (CC)

I LED (singoli o collegati in serie di piugrave ele-

menti) ricevono alimentazione da un driver

che controlla e regola costantemente lin-

tensitagrave di corrente che scorre attra-

verso le giunzioni dei semicondut-

tori Un esempio tipico di questo

tipo di dispositivo egrave rappresentato

dalla famiglia di driver a corrente

costante a basso ripple della Se-

rie HVGC di MEAN WELL disponi-

bile con correnti di uscita da 350

mA a 7 A e in grado di mantenerle

in un ampio intervallo di tensione

variabile secondo il numero di LED

che compone la serie controllata

dal driver

Figura 4 Rapporto tra temperatura e valore Vf

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 22: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

40 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

035 A e con una temperatura di giunzione

stabilizzata a 85degC avremo un valore Vf di

32 V per ciascun LED (trascurando even-

tuali tolleranze di componente) per una

tensione complessiva di 160 V in uscita dal

driver Tuttavia se dovessimo accendere la

serie di LED in presenza temperature estre-

mamente rigide la situazione che si presen-

terebbe alluscita dellrsquoalimentatore sarebbe

ben diversa

Dando uno sguardo alla Figura 4 che illu-

stra il rapporto tra temperatura di giunzione

e Vf (alla corrente specificata in preceden-

za) si nota che a 0 degC la tensione di fun-

zionamento del diodo egrave di 36 V che molti-

plicata per 50 porta il valore complessivo a

180 V valore che lrsquoalimentatore deve essere

in grado di erogare mantenendo costante

la corrente (nelle applicazioni a corrente co-

stante) o riducendola proporzionalmente

nelle applicazioni a potenza costante Una

delle caratteristiche piugrave importanti di un

buon driver egrave proprio quella di disporre di

unrsquoampia ldquoarea di lavorordquo per garantire un

tensione Anche il rischio di generazione di

scintille o archi elettrici devrsquoessere ridotto al

minimo Di conseguenza nella progettazio-

ne di questi impianti si predilige il collega-

mento in parallelo dei dispositivi di illumina-

zione con correnti piugrave elevate a discapito

dellefficienza ma a tutto vantaggio del livel-

lo di sicurezza di esercizio e manutenzione

degli impianti stessi

Il driver HLG-600H-12 ad esempio rappre-

senta un dispositivo adatto a questo tipo di

applicazioni CV ad alta corrente

Percheacute lrsquoalimentazione di un LED costitui-

sce un aspetto critico

I LED come tutti i semiconduttori presen-

tano caratteristiche di deriva termica Al

variare della temperatura varia la tensione

di giunzione Vf dei componenti per gestir-

li correttamente bisogna tenere sempre in

considerazione questo aspetto In un esem-

pio pratico supponiamo di dover alimenta-

re una serie di 50 LED controllando la cor-

rente di questa serie a un valore costante di

Figura 5 Specifiche principali del driver HLG-480H-C2100

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 23: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 41

funzionamento stabile dei LED in un esteso

intervallo di temperature e consentire lrsquoac-

censione della serie anche con i climi piugrave

rigidi (funzionalitagrave ldquoCold Startrdquo)

Cold start Di cosa si tratta

Nei driver MEAN WELL questa caratteristi-

ca consente di modificare temporaneamen-

te le condizioni di funzionamento del driver

durante la fase di accensione a freddo del

sistema di illuminazione Nellrsquoesempio pre-

cedente abbiamo constatato come un buon

driver reagisca alle variazioni di temperatu-

ra dei LED non solo mantenendo la corrente

prevista ma verificando nel contempo che

anche la tensione complessiva di serie resti

comunque entro i limiti previsti per il funzio-

namento del sistema Prendendo come rife-

rimento il modello HLG-480H-C2100 dalla

lettura delle specifiche di Figura 5 ricavia-

mo che puograve erogare una corrente massima

di 21 A una potenza massima di 481 W

ed egrave in grado di controllare efficacemente

la tensione in regime di corrente costante

nellrsquointervallo tra 114 e 229 V

La Figura 6 illustra invece un grafico che

descrive quanto abbiamo definito in prece-

denza ovvero lrsquoarea di lavoro di questo dri-

ver (indicata in grigio con lrsquointervallo ope-

rativo della tensione riportata sullrsquoasse X e

quello della corrente sullrsquoasse Y)

Nel funzionamento normale a sistema sta-

bilizzato termicamente la combinazione

V-I di lavoro ricade sempre in questrsquoarea In

condizioni di accensione con temperature

estremamente basse i driver MEAN WELL

ldquomodificanordquo temporaneamente questi in-

tervalli aumentando fino al 20 la tensione

di lavoro e riducendo nel contempo la cor-

rente erogabile

Questo compromesso temporaneo porta

lrsquoalimentatore a lavorare nellrsquoarea bianca

illustrata sempre in Figura 6 permettendo

lrsquoavvio regolare del sistema e una volta rag-

giunta la stabilizzazione termica dei LED

ripristinando i parametri standard previsti

dalle specifiche del dispositivo

Figura 6 Area di lavoro standard (in grigio) ed estesa (in bianco) per la funzione cold-start

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 24: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

42 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

illuminazione privo di questi effetti

La Serie LDC di MEAN WELL ad esempio

offre questa caratteristica molto apprezza-

ta negli impianti per lrsquoilluminazione domesti-

ca

Come posso alimentare il driver

In generale i driver sono in grado di accetta-

re in ingresso un ampio intervallo di tensioni

AC che dipendentemente dal modello va-

riano da 90 V a oltre 300 V A tutto vantaggio

della versatilitagrave alcune versioni accettano

in ingresso anche tensioni continue (DC) da

110 a 430 V sempre a seconda del modello

Quali collegamenti si trovano in generale

allingresso e alluscita dei driver

Nella condizione essenziale vi si trovano

Che cosrsquoegrave la funzione rdquoFlicker Freerdquo

Nel caso di driver LED di qualitagrave corrente

in condizioni di funzionamento a tensioni

prossime ai valori massimi di regolazione

lrsquoelevato livello di ripple a bassa frequenza

in uscita dal primo stadio dellrsquoalimentato-

re condiziona il funzionamento del con-

troller PWM e di conseguenza (nonostante

la frequenza di switch piuttosto elevata di

questrsquoultimo) si riescono a percepire visiva-

mente degli ldquosfarfalliirdquo dalla luce emessa dai

LED dovuti allrsquoelevata componente residua

a 100 Hz derivante dallo stadio primario

MEAN WELL con una progettazione che

garantisce un basso ripple sul primo stadio

e ampi margini di riserva tra la tensione di

cresta e quella massima regolata in uscita

garantisce un funzionamento del sistema di

Figura 7 La Serie HVGC di MEAN WELL di alta potenza e versatilitagrave di utilizzo

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 25: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 43

protocollo non legato ai produttori defini-

to nello standard IEC62386 che garantisce

linteroperabilitagrave dei dispositivi di controllo

utilizzati negli impianti di illuminazione

Il controllo digitale egrave molto piugrave versatile dello

standard analogico 0-10V permette di con-

trollare e indirizzare singolarmente fino a 64

dispositivi ulteriormente suddivisibili fino a

16 gruppi e 16 scene separate Inoltre con-

sentendo sia la topologia in linea (bus) sia

quella a stella permette di ridurre conside-

revolmente la complessitagrave dei cablaggi

Ho un impianto domotico in standard KNX

esistono driver LED interfacciabili

Sigrave ad esempio i modelli della Serie LCM-KN

di MEAN WELL Il KNX rappresenta il primo

standard aperto per impieghi domotici (buil-

ding automation) a riconoscimento Europeo

(EN50090 ndash EN13321-1) e Mondiale (ISO

IEC 14543) Per gestire potenze superiori a

quelle offerte dalla Serie LCM egrave possibile

utilizzare il gateway KNX-DALI KDA-64 pi-

ovviamente i collegamenti drsquoingresso ali-

mentazione AC o DC e lrsquouscita destinata

al (ai) LED Nei modelli piugrave evoluti oltre ai

semplici collegamenti di IO troviamo anche

gli ingressi di controllo per la regolazione

(dimming) dellrsquoemissione luminosa dei LED

In alcuni casi egrave presente anche lrsquoingresso

per il collegamento di un eventuale sensore

di temperatura ambiente(NTC) Gli standard

drsquointerfaccia presenti nella maggior parte

dei casi sono 0-10V e DALI

In cosa consiste lo standard ldquo0-10Vrdquo

Il controllo 0-10V esiste da oltre ventrsquoanni

egrave uno tra i piugrave semplici diffusi e collaudati

protocolli analogici di gestione della lumi-

nositagrave di driver LED e alimentatori per illu-

minazione Lrsquoingresso di controllo accetta

una tensione DC che puograve variare da 0V (ge-

nerando un livello di uscita = 0 luci spen-

te) e 10V (uscita = 100 piena luminositagrave)

Ha molti vantaggi tra cui

bull Linearitagrave della scala di regolazione tra 0

e 100

bull Sicurezza (in caso di interruzione

del segnale di controllo lrsquouscita del

driver si porta al 100)

bull Estrema semplicitagrave non richiede

elettronica complessa per il con-

trollo

e il DALI

Il DALI (Digital Addressable Lighting

Interface) rappresenta lrsquoevoluzione

digitale dello standard 0-10V Egrave un Figura 8 Esempi di Duty-Cycle del 50 75 e 25

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 26: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

44 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

altrettanti driver con ingressi PWM in logica

Active-High o Active-Low Una caratteristi-

ca che risulta particolarmente utile per lrsquoin-

terfacciamento di driver LED sprovvisti di

controllo digitale

I driver LED possono funzionare allaper-

to

Certamente anche se non in tutti i casi Il

modo migliore per verificare se il prodotto

che ci interessa sia compatibile o meno con

lutilizzo in spazi aperti o semi-coperti egrave

quello di cercare il suo livello di protezione

IP sulle specifiche tecniche fornite dal pro-

duttore Questi codici IP sono stabiliti dallo

Standard Internazionale IEC 60529 e indi-

cano nei dettagli il livello di impermeabilitagrave

dei dispositivi elettrici In linea di massima

egrave comunque sempre consigliabile ridurre al

minimo i casi in cui i driver vengono espo-

sti agli agenti atmosferici e alla luce sola-

re In caso di dubbi il consiglio egrave quello di

consultare il servizio di supporto clienti di

MEAN WELL che saragrave in grado di indicare il

prodotto piugrave consono alle necessitagrave dellu-

tente

Ho un quesito specifico a chi mi posso ri-

volgere

Il servizio tecnico di TME saragrave lieto di ri-

spondere alle tue domande su driver e

interfacciamenti aiutandoti a reperire il

dispositivo piugrave consono alle tue esigenze

di progetto

Grazie per la tua attenzione

lotando cosigrave altri driver DALI-compatibili

oppure gli attuatoriDimmer della Serie KAA

Egrave possibile utilizzare un segnale di con-

trollo PWM in ingresso

Certamente Sui modelli che lo prevedono

egrave possibile effettuare il controllo di luminosi-

tagrave anche in questo modo Il segnale di con-

trollo PWM o ldquoPulse Width Modulationrdquo di

solito utilizza una fonte di alimentazione a

tensione costante (10V) che viene poi inter-

rotta ciclicamente per un periodo definito

ldquoduty cyclerdquo che va da 0 al 100 dellrsquoin-

tervallo temporale utilizzato come si vede

nella Figura 8 (che mostra tre esempi con

valori del 50 75 e 25) Questrsquoultimi pro-

durranno in uscita dal driver valori propor-

zionali a quella del duty cycle del segnale

drsquoingresso Anche questo controllo di tipo

analogico presenta gli stessi vantaggi do-

vuti alla semplicitagrave di cablaggio e di utilizzo

dello standard 0-10 V ma al tempo stes-

so anche gli stessi limiti Per ottenere una

maggiore versatilitagrave di utilizzo con il control-

lo PWM egrave possibile utilizzare specifici con-

vertitori digitali drsquointerfaccia

Quali interfacce posso usare per ottenere

questo tipo di controllo

Il convertitore DALI-PWM DAP-04 di MEAN

WELL permette di superare i limiti di utilizzo

del controllo PWM accettando in ingresso

un segnale secondo lo standard DALI e ge-

nerando in uscita quattro segnali PWM indi-

rizzabili singolarmente in grado di pilotare

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 27: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

46 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Stefano Lovati

slovatielettronicaemakerit

I dispositivi elettronici di ultima genera-

zione sono in grado di offrire un numero

sempre maggiore di nuove funzionalitagrave in-

troducendo miglioramenti rispetto alle ver-

sioni precedenti attraverso un incremento

costante delle prestazioni Le dimensio-

ni dei componenti elettronici e dei circuiti

stampati sono sempre piugrave ridotte (si pensi

ad esempio a un dispositivo indossabile)

un aspetto che richiede unrsquoattenta gestione

termica del circuito al fine di evitare perico-

losi surriscaldamenti con conseguente fun-

zionamento degradato o danneggiamento

del sistema In numerose applicazioni si

rende pertanto necessario il monitoraggio

accurato della temperatura al fine di ga-

rantire gli standard di sicurezza previsti e

proteggere sia il dispositivo che lrsquoutilizza-

tore da potenziali danni Inoltre la misura

accurata della temperatura puograve migliorare

le prestazioni dellrsquoapplicazione riducendo

I sensori di temperatura rivestono un ruolo fondamentale in innumerevoli applicazioni nel campo dellrsquoelettronica come nel settore automotive industriale elettronica di consumo e elettromedicale Il monitoraggio della temperatura consente ad esempio di salvaguardare il funzionamento di unrsquoapparecchiatura o dispositivo elettronico consentendo al sistema di controllo di intraprendere le opportune contromisure In questo articolo verranno presentati i principali tipi di sensori di temperatura analizzando in dettaglio il progetto di unrsquoapplicazione in campo elettromedicale con cenni alle operazioni di calibrazione e compensazione della temperatura richieste in particolari tipi di applicazioni

Le Applicazioni deiSensori di Temperatura

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 28: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 47

i costi e rendendo spesse volte non neces-

sari i sistemi di raffreddamento classici

come radiatori o ventole

In un circuito elettronico la gestione della

temperatura include tre aspetti distinti

bull monitoraggio della temperatura oppor-

tuni sensori forniscono a un microcon-

trollore delle informazioni accurate sul

valore della temperatura in opportuni

punti del circuito (il sensore puograve anche

essere integrato nel componente stes-

so come avviene nella maggior parte

dei componenti logici programmabili ad

elevata integrazione) Le condizioni ter-

miche della scheda possono essere cosigrave

monitorate in modo continuo fornendo

in tempo reale gli opportuni segnali di

retroazione ai sistemi di controllo (i quali

possono ad esempio ridurre i valori di

corrente in uscita o azionare sistemi di

raffreddamento forzato) Le applicazioni

piugrave complesse e critiche come i dispo-

sitivi elettromedicali possono richiede-

re la misurazione contemporanea di piugrave

sorgenti di temperatura temperatura

ambiente temperatura dei componen-

ti o del PCB temperatura corporea del

paziente

bull protezione dalla temperatura in mol-

te applicazioni occorre intraprendere

particolari azioni quando la temperatu-

ra supera una determinata soglia sia

essa superiore o infe-

riore Questo aspetto egrave

particolarmente impor-

tante per i dispositivi di

elevata potenza dove

le elevate correnti e ten-

sioni in gioco possono

provocare surriscalda-

menti Rilevando questa

condizione attraverso un

sensore egrave possibile nei

casi piugrave gravi forzare lo

spegnimento parziale o

totale del circuito (safe

shutdown) a scopo pro-

tettivo

bull compensazione della

temperatura le variazio-

ni della temperatura an-

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 29: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

48 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

che se avvengono allrsquointerno dei limiti

di tolleranza possono avere effetti gravi

sul funzionamento e sulle prestazioni di

molte applicazioni Si pensi ad esem-

pio ai dispositivi a radio frequenza (RF)

dove variazioni di temperatura causano

i tipici problemi di deriva delle caratte-

ristiche dei componenti Il monitoraggio

costante della temperatura consente di

gestire e risolvere questi problemi di dri-

ft applicando opportuni coefficienti cor-

rettivi (compensazione) ai valori effetti-

vamente acquisiti

IL SENSORE

Anche se i sensori di temperatura possono

presentare tra loro differenze sostanziali i

criteri che occorre seguire per la loro se-

lezione sono comuni Un primo aspetto

riguarda lrsquoaccuratezza che indica quanto

vicino egrave il valore misurato a quello reale Egrave

importante sottolineare come lrsquoaccuratezza

debba essere garantita lungo tutto il range

di temperature ammesse con un compor-

tamento atteso di tipo lineare Un altro fat-

tore importante riguarda le dimensioni del

sensore che influenzano il progetto del

circuito e il tempo di risposta a variazioni

rapide della temperatura un aspetto critico

soprattutto nelle applicazioni elettromedi-

cali Infine il posizionamento del sensore

ha effetti sia sui tempi di risposta che sul

cammino conduttivo entrambi importanti

per garantire il successo del progetto Un

confronto tra le principali tipologie di sen-

sori (sensori integrati termocoppie RTD e

termistori) egrave sintetizzato in Tabella I

I sensori di temperatura integrati o a semi-

conduttore basano il proprio funzionamen-

to sulla nota dipendenza dalla temperatura

di un semiconduttore tipicamente il silicio

Come visibile in Figura 1 unrsquoaccurata sor-

Figura 1 struttura interna di un sensore di

temperatura integrato

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 30: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Il nome e logo Microchiped il logo Microchip sono marchi industriali registrati di Microchip Technology Incorporated negli USA e in altri Stati Tutti gli altri marchi industriali appartengono ai rispettivi titolaricopy 2020 Microchip Technology Inc Tutti i diritti riservati MEC2340-ITA-10-20

wwwmicrochipcomMCP16502

Powering the EdgeMPU + PMIC = Small Smart amp Secure IoT I prodotti di prossima generazione richiedono una maggiore potenza di calcolo oltre che piugrave memoria e piugrave funzionalitagrave LrsquoEdge computing con dispositivi IoT di piccolo ingombro richiede la flessibilitagrave delle MPU e una gestione precisa dellrsquoalimentazione Gli MCU Microchip in combinazione con i nostri dispositivi PMIC soddisfano questa esigenza riducendo il numero di componenti la dimensione della soluzione e i costi BOM complessivi

Per dimostrare lrsquointera soluzione di sistema Microchip ha progettato un nuovo SOM wireless (system-on-module) che combina il nostro MPU SAMA5D2 il modulo WiFiBluetooth WILC3000 WiFiBluetooth e il PMIC MCP16502

Insieme questi prodotti creano una soluzione all-in-one che i progettisti di sistemi possono utilizzare per espandere le funzionalitagrave di prodotti esistenti o accelerare la realizzazione di nuovi progetti

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 31: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

58 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

di Mark Patrick

Mouser Electronics

LEvoluzionedei Microfoni

Per mezzo secolo i protagonisti indi-

scussi del mercato dei microfoni sono

stati i microfoni a condensatore basati su

elettrete (ECM - Electret Condenser Mi-

crophone) A quei tempi erano compo-

nenti fondamentali nei telefoni di rete fissa

(in particolare negli anni 19801990)ap-

parecchi acustici cuffie dispositivi GPS

registratori vocali digitali apparati mobili

e radio ricetrasmittenti FRS (Family Radio

Service) oltre a soddisfare le esigenze del-

le applicazioni di riconoscimento del par-

lato e VoIP (Voice over IP) La progressiva

riduzione delle dimensioni e dello spessore

di tutti questi dispositivi ha comportato la

necessitagrave di utilizzare microfoni ECM piugrave

compatti Ciograve ha avuto importanti ripercus-

sioni non solo sul rapporto tra segnale e

rumore (SNR - Signal-to-Noise Ratio) ma

anche su altri fattori quali prestazioni ripe-

tibilitagrave e stabilitagrave in funzione della tempe-

Dagli albori della tecnica la funzione di questi dispositivi egrave sempre stata essenziale Dai primi esemplari rudimentali a quelli piugrave raffinati delle generazioni successive i microfoni hanno seguito lincedere del progresso tecnico e tecnologico mantenendo perograve per decenni dimensioni assai importanti Con lavvento dei dispositivi portatili sotto questo aspetto vi egrave stato un vero e proprio salto di qualitagrave una corsa alla miniaturizzazione che non ha mai trascurato nel contempo le caratteristiche prestazionali

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 32: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 59

Figura 1 I microfoni ECM impermeabili di CUI Devices

ratura La sensibilitagrave di un microfono ECM

anche a paritagrave di modello e di progetto

puograve variare in maniera significativa nellin-

tervallo di temperatura di funzionamento

Tali microfoni inoltre possono evidenziare

variazioni notevoli in termini di risposta alle

basse a alle alte frequenze

I microfoni MEMS (Micro Electro-Mechani-

cal System) garantiscono vantaggi signifi-

cativi rispetto ai microfoni ECM Tra questi

si possono annoverare rapporto segnaleru-

more piugrave elevato consumi di potenza ridotti

ottima sensibilitagrave ed elevata resistenza alle

vibrazioni

Oltre a ciograve i microfoni MEMS sono dispo-

nibili in package di dimensioni molto picco-

le il cheacute si traduce in una diminuzione degli

ingombri sul circuito stampato Un ulteriore

vantaggio egrave rappresentato dal fatto che essi

a differenza dei microfoni ECM sono com-

pletamente compatibili con i moderni pro-

cessi di assemblaggio

I MICROFONI MEMS SORPASSANO

GLI ECM

Sebbene siano stati introdotti negli anni 80

i microfoni MEMS hanno superato la produ-

zione di microfoni ECM in termini di volumi

solo cinque o sei anni fa Questo sorpasso

egrave imputabile alla crescente richiesta da parte

dei consumatori di smartphone e assisten-

ti personali virtuali (VPA - Virtual Personal

Assistant) disponibili sotto forma di smart

speaker (ovvero altoparlanti intelligenti)

Per avere unidea delle dimensioni di questo

mercato egrave sufficiente esaminare il numero

di microfoni presenti in questi dispositivi gli

iPhone modd 6s 6s+ 7 7+ e 8 integrano

ciascuno quattro microfoni MEMS mentre i

modd Galaxy Note 8 e 9 di Samsung ne pre-

vedono due ciascuno Laltoparlante intelli-

gente Galaxy Home sempre di produzione

Samsung dispone di otto microfoni MEMS

a campo lontano (far-field) mentre Echo di

Amazon integra un array di sette microfoni

a campo lontano di tipo direzionale Mentre

la maggior

parte dei

dispositivi

indossabi-

li come ad

esempio gli

s m a r t w a -

tch han-

no un solo

microfono

MEMS i di-

spositivi he-

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 33: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

60 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

lari entro il 2021 una cifra che equivale alla

vendita di circa 66 miliardi di unitagrave Ancora

piugrave rosee le previsioni di ResearchandMar-

kets che valuta il mercato globale dei micro-

foni MEMS pari a 29 miliardi di dollari entro

il 2024 una crescita favorita dallemergere di

nuove opportunitagrave correlate ad applicazioni

nel campo dei sistemi automotive e IoT (In-

ternet of Things)

MICROFONI ECM UN RUOLO ANCORA

ATTIVO

Anche se in declino i microfoni ECM tro-

vano ancora spazio in molte applicazioni I

produttori hanno perfezionato i loro progetti

in termini di SNR e di resistenza alla polvere

e allumiditagrave I microfoni ECM HD di PUI Au-

dio per esempio si distinguono per lelevata

sensibilitagrave e leccellente rapporto tra segna-

le e rumore Progettati utilizzando diafram-

mi e FET di elevato livello qualitativo questi

microfoni HD integrano conden-

satori per attenuare gli effetti del

ronzio (buzz-blocking) GSM Es-

sendo in grado di assicurare la

fedeltagrave nellintervallo di frequenza

compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-

sultano particolarmente adatti per

lo sviluppo di progetti destinati ai

settori medicale automotive indu-

striale e dellelettronica di consu-

mo I microfoni ECM impermeabili

realizzati da CUI Devices sono ca-

ratterizzati da gradi di protezione

IP57 IP65 e IP67 Questi microfoni

arable (che si portano nelle orecchie) ne han-

no solitamente quattro per coppia percheacute al

pari di molti auricolari o cuffie che integrano

la funzionalitagrave di cancellazione delleco ogni

unitagrave che compone la coppia prevede un

secondo microfono (per prelevare il rumore

ambientale che deve essere eliminato)

In base ai risultati di una ricerca di mercato

condotta da Yole Development il mercato

globale di microfoni MEMS ECM altopar-

lanti miniaturizzati e circuiti integrati audio

raggiungeragrave quota 20 miliardi di dollari nel

2022 con un contributo da parte dei micro-

foni MEMS pari a 14 miliardi Entro due anni

invece il mercato dei microfoni ECM egrave de-

stinato a diminuire sia in termini di fatturato

sia di volumi in misura pari rispettivamente

al 75 e al 26 su base annua

IHS Markit dal canto suo prevede che il fat-

turato globale dei microfoni MEMS sia desti-

nato ad aumentare fino a 15 miliardi di dol-

Figura 2 Il microfono MEMS InvenSense ICS-40730 di

TDK

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 34: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 61

mi di sorveglianza e sicurezza e per molte

altre applicazioni che prevedono lattivazio-

ne e il controllo mediante comandi vocali In-

venSense ICS-40730 di TDK egrave un microfono

MEMS con uscita analogica differenziale a

basso rumore di tipo bottom-port (in cui

cioegrave la porta acustica del microfono egrave situa-

to sulla parte inferiore) Il dispositivo integra

un convertitore di impedenza e un amplifica-

tore a uscita differenziale Tra le caratteristi-

che di maggior spicco da segnalare elevato

SNR pari a 74 dBA sensibilitagrave di -32 dBV

(differenziale) e -28 dBV (single-ended) pun-

to di sovraccarico acustico (AOP - Acoustic

Overload Point) pari a 124 dB SPL (Sound

Pressure Level) reiezione dellalimentazione

(PSR - Power Supply Rejection) di -77 dBV

e tolleranza in termini di sensibilitagrave pari a

plusmn2dB Il microfono MEMS analogico Inven-

Sense si distingue invece per lelevato inter-

vallo dinamico e per la modalitagrave AlwaysOn

a basso consumo che lo rende adatto alluso

egrave inferiore a 2 V e opera con una corrente di

55 microA mentre lAOP egrave pari a 123 dB SPL

Disponibile in package a montaggio superfi-

ciale di tipo bottom port di dimensioni pari

a 35x265x098 mm esso garantisce una

tolleranza molto stretta per quanto riguarda

la sensibilitagrave pari a plusmn1 dB e una risposta su

una gamma di frequenza estesa compresa

tra 35 Hz e 20 kHz

omnidirezionali del diametro di 4 mm sono

disponibili in configurazioni per il montaggio

con terminali o con filo e in versioni con fre-

quenze di funzionamento fino a 20 kHz Tra

le altre caratteristiche di rilievo da segnala-

re livelli di sensibilitagrave anche di soli -42 dB e

SNR compreso tra 57 e 70 dBA

CONTROLLARE IL FUTURO CON LA

VOCE

I significativi miglioramenti ottenuti nel cam-

po del riconoscimento vocale automatico

(ASR - Automated Speech Recognition) e

i contemporanei sviluppi della tecnologia

dei microfoni MEMS hanno consentito agli

utenti di avere interazioni discorsive con i

vari VPA (da Siri ad Alexa a Cortana a Goo-

gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle

interfacce di controllo vocale nelle case in-

telligenti Progettato per sistemi di automa-

zione domestica handset per smartphone

apparecchiature per teleconferenze e siste-

Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV

di Infineon

Questo egrave solo un estratto dellarticolo

Per continuare la lettura

vieni a conoscerci sul Web potrai

visitare il sito registrarti gratuitamente e

scaricare i numeri completi della nostra

rivista oltre a poter consultare molti

progetti di applicazione comune

Ti aspettiamo

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 35: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

Hai la passione dellelettronica e della

sperimentazione

Ti senti anche piuttosto portato a

mettere nero su bianco i tuoi progetti

ed esperimenti in forma chiara e

comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un

tuo articolo su queste pagine e sul sito web

di EM

Scrivi a

redazioneelettronicaemakerit

indicando i tuoi campi dinteresse e

allegando un elaborato sullargomento

delettronica preferito ci risentiremo

64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65

Page 36: Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato ad appli - cazioni per alta tensione, possiamo usare la tecnologia moderna per

DIRETTORE

Roberto Armani

Art Director

Shylock-58

Hanno collaborato a questo

numero

Giovanni Carrera

Giuseppe La Rosa

Stefano Lovati

Mark Patrick

AVVERTENZE

Chiunque decida di fare uso

delle nozioni riportate in questi

articoli o decida di realizzare

i circuiti esposti egrave tenuto a

prestare la massima attenzione

in osservanza alle normative

in vigore sulla sicurezza Gli

Autori di ElettronicaampMaker

sopracitati che hanno collaborato

alla realizzazione degli articoli

pubblicati in questo numero

declinano ogni responsabilitagrave

per eventuali danni causati a

persone animali o cose derivante

dallutilizzo diretto o indiretto del

materiale dei dispositivi o del

software presentati Si avverte

inoltre che quanto riportato

negli articoli viene fornito cosigrave

comegrave a solo scopo hobbistico

senza garanzia alcuna di

correttezza e di funzionamento

certo Leditore e gli autori

ringraziano anticipatamente per

la segnalazione di ogni eventuale

errore

Su Elettronica amp Maker

ElettronicaampMaker egrave una

testata pubblicata in formato

esclusivamente elettronico e

sfogliabile elettronicamente

sul sito web httpswww

elettronicaemakerit diffusa

esclusivamente per via telematica

non soggetta allobbligo di

registrazione presso il Tribunale

neacute al ROC neacute agli obblighi

dellAgCom ndeg 66608 del

261108 a fronte del DL ndeg 63

del 18 Maggio 2012

copy Copyright

Tutti i diritti di riproduzione o di

traduzione degli articoli pubblicati

sono riservati Manoscritti disegni

e fotografie sono di proprietagrave di

EampM

Egrave vietata la riproduzione anche

parziale degli articoli salvo

espressa autorizzazione scritta

dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari

sono riportati senza responsabilitagrave

a puro titolo informativo

Collaborare con

Elettronica amp Maker

Le richieste di collaborazione

vanno indirizzate allrsquoattenzione

di Roberto Armani (rarmani

elettronicaemakerit e

accompagnate se possibile

da una breve descrizione delle

vostre competenze tecniche eo

editoriali oltre che da un elenco

degli argomenti eo progetti che

desiderate proporre

ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp

Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65