Elettronica Maker...colare lavorando con circuiti a valvole. Nel realizzare un alimentatore dedicato...
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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
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6 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020
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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
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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
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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
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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
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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
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
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6 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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neacute al ROC neacute agli obblighi
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261108 a fronte del DL ndeg 63
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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
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ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp
Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65
Numero 16 - 2020Numero 16 - 2020
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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
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6 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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
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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
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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
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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
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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
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di EM
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redazioneelettronicaemakerit
indicando i tuoi campi dinteresse e
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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
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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
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
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6 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020
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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
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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
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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
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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
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progetti di applicazione comune
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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
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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
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Tutti i diritti di riproduzione o di
traduzione degli articoli pubblicati
sono riservati Manoscritti disegni
e fotografie sono di proprietagrave di
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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
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
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6 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020
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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
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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
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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
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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
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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
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di EM
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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
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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
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sono riservati Manoscritti disegni
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parziale degli articoli salvo
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dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari
sono riportati senza responsabilitagrave
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Le richieste di collaborazione
vanno indirizzate allrsquoattenzione
di Roberto Armani (rarmani
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accompagnate se possibile
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vostre competenze tecniche eo
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Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65
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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
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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
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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
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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
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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
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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
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64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020
DIRETTORE
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Art Director
Shylock-58
Hanno collaborato a questo
numero
Giovanni Carrera
Giuseppe La Rosa
Stefano Lovati
Mark Patrick
AVVERTENZE
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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
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esclusivamente elettronico e
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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
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
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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
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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
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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
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di EM
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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
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
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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
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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
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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
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mettere nero su bianco i tuoi progetti
ed esperimenti in forma chiara e
comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un
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di EM
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indicando i tuoi campi dinteresse e
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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
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
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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
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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
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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
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sperimentazione
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mettere nero su bianco i tuoi progetti
ed esperimenti in forma chiara e
comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un
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di EM
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redazioneelettronicaemakerit
indicando i tuoi campi dinteresse e
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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
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
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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
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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
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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
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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
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64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020
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numero
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delle nozioni riportate in questi
articoli o decida di realizzare
i circuiti esposti egrave tenuto a
prestare la massima attenzione
in osservanza alle normative
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sopracitati che hanno collaborato
alla realizzazione degli articoli
pubblicati in questo numero
declinano ogni responsabilitagrave
per eventuali danni causati a
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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
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ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp
Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65
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
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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
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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
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mettere nero su bianco i tuoi progetti
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comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un
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di EM
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redazioneelettronicaemakerit
indicando i tuoi campi dinteresse e
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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
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
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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
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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
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Ti senti anche piuttosto portato a
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ed esperimenti in forma chiara e
comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un
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di EM
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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
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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
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Egrave vietata la riproduzione anche
parziale degli articoli salvo
espressa autorizzazione scritta
dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari
sono riportati senza responsabilitagrave
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Collaborare con
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Le richieste di collaborazione
vanno indirizzate allrsquoattenzione
di Roberto Armani (rarmani
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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
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
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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
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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
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comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un
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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
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
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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
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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
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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
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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
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i circuiti esposti egrave tenuto a
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in osservanza alle normative
in vigore sulla sicurezza Gli
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sopracitati che hanno collaborato
alla realizzazione degli articoli
pubblicati in questo numero
declinano ogni responsabilitagrave
per eventuali danni causati a
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Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65
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
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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
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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
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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
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Tutti i diritti di riproduzione o di
traduzione degli articoli pubblicati
sono riservati Manoscritti disegni
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EampM
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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
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
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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
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sperimentazione
Ti senti anche piuttosto portato a
mettere nero su bianco i tuoi progetti
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comprensibile Ti piacerebbe pubblicare un
tuo articolo su queste pagine e sul sito web
di EM
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redazioneelettronicaemakerit
indicando i tuoi campi dinteresse e
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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
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
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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
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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
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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
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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
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Tutti i diritti di riproduzione o di
traduzione degli articoli pubblicati
sono riservati Manoscritti disegni
e fotografie sono di proprietagrave di
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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
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
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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
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Ti aspettiamo
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ed esperimenti in forma chiara e
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di EM
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64 bull Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020
DIRETTORE
Roberto Armani
Art Director
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Hanno collaborato a questo
numero
Giovanni Carrera
Giuseppe La Rosa
Stefano Lovati
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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
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vanno indirizzate allrsquoattenzione
di Roberto Armani (rarmani
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editoriali oltre che da un elenco
degli argomenti eo progetti che
desiderate proporre
ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp
Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65
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
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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
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di EM
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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
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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
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ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp
Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65
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
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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
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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
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esclusivamente elettronico e
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neacute al ROC neacute agli obblighi
dellAgCom ndeg 66608 del
261108 a fronte del DL ndeg 63
del 18 Maggio 2012
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Collaborare con
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ElettronicaElettronicaMakerMakerampamp
Elettronica amp Maker ndeg 16 - 2020 bull 65
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
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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
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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
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Tutti i diritti di riproduzione o di
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Egrave vietata la riproduzione anche
parziale degli articoli salvo
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dellrsquoeditore I contenuti pubblicitari
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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
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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
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
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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
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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
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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
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
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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-
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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
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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
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
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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
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Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV
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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
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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
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rivista oltre a poter consultare molti
progetti di applicazione comune
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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
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mettere nero su bianco i tuoi progetti
ed esperimenti in forma chiara e
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di EM
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indicando i tuoi campi dinteresse e
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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
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
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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
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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
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di EM
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redazioneelettronicaemakerit
indicando i tuoi campi dinteresse e
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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
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
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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
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gle Assistant) Ciograve ha spianato la strada alle
interfacce di controllo vocale nelle case in-
telligenti Progettato per sistemi di automa-
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Chiunque decida di fare uso
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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
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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
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
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DIRETTORE
Roberto Armani
Art Director
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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
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esclusivamente per via telematica
non soggetta allobbligo di
registrazione presso il Tribunale
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261108 a fronte del DL ndeg 63
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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-
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microfoni HD integrano conden-
satori per attenuare gli effetti del
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fedeltagrave nellintervallo di frequenza
compreso tra 20 Hz e 20 kHz ri-
sultano particolarmente adatti per
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striale e dellelettronica di consu-
mo I microfoni ECM impermeabili
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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
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rivista oltre a poter consultare molti
progetti di applicazione comune
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Hai la passione dellelettronica e della
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Ti senti anche piuttosto portato a
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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
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
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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-
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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
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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-
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Figura 3 I microfoni basati su MEMS della serie XENSIV
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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
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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
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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
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