Missione stratosferica

Cosa fa

È l'alimentatore di bordo di una sonda scientifica: prende una tensione d'ingresso fino a 12 V e ne ricava due uscite stabilizzate, 5 V e 3,3 V, per alimentare l'elettronica di misura. Il nome viene dalla destinazione della sonda: salire in quota appesa a un pallone gonfiabile e misurare l'aria durante la salita.

In quel contesto un alimentatore non deve solo funzionare: deve proteggere strumenti delicati da sovratensioni e correnti inverse, e continuare a farlo mentre temperatura e pressione cambiano.

Due strade, messe a confronto

La richiesta dei professori era progettare l'alimentatore. Abbiamo scelto di progettarne due, per capire davvero la differenza invece di leggerla su un libro:

• Lineare — con un 7805 per i 5 V e un LM317 regolabile per i 3,3 V. Circuito semplice, uscita pulitissima, ma dissipa in calore tutta la differenza fra ingresso e uscita
• Switching (buck) — con un LM2576, un induttore e un diodo Schottky. Molto più efficiente, ma più complesso e con più rumore da filtrare

È il compromesso classico dell'elettronica di potenza: semplicità e pulizia da una parte, efficienza dall'altra. Con una sonda alimentata a batteria l'efficienza pesa parecchio.

Dal disegno al pezzo fisico

Lo schema elettrico e il circuito stampato sono stati disegnati in KiCad, passando per il controllo delle regole elettriche (ERC), quello delle regole fisiche (DRC) e lo sbroglio delle piste. Il modello 3D del PCB generato da KiCad è poi servito per progettare in Fusion 360 un contenitore su misura, stampato in 3D.

Vedere il proprio schema diventare una scheda vera, con le piste al posto giusto e i componenti che ci stanno dentro al millimetro, è la parte del progetto che mi ha insegnato di più: sul foglio un errore si cancella, su una scheda già incisa no.

Scheda tecnica

Tensione d'ingresso	Fino a 12 V DC
Uscite	5 V e 3,3 V stabilizzate
Soluzione lineare	7805 (5 V) + LM317 (regolabile)
Soluzione switching	LM2576 buck, induttore, diodo Schottky
Protezioni	Diodi contro le correnti inverse, filtraggio in ingresso e uscita
Progettazione	KiCad (schema, PCB, 3D)
Contenitore	Fusion 360, stampato in 3D su misura del PCB