Zasilacz stabilizowany 12V- 4A

W większości swoich projektów wykorzystuję w roli zasilania układy oparte na stabilizatorach napięcia. Elementy te zapewniają dobre stabilne napięcie na wyjściu (małe tętnienia) i nie generują zakłóceń dzięki czemu świetnie nadają się do zastosowania do projektów z wykorzystaniem mikrokontrolerów lub innych układów czułych na zakłócenia.

Praca stabilizatora w roli zasilacza

Rolą stabilizatora jest dostosowanie odpowiedniego napięcia stałego wymaganego przez odbiorniki (na przykład mikrokontroler potrzebuje zwykle 5V do prawidłowej pracy). Na poniższej fotografii przedstawiam aplikację zasilacza 24V DC który wykorzystałem do budowy stacji lutowniczej DIY.

Na jego wejście musi być podane wyższe napięcie z transformatora. Jest to konieczne ze względu na spadki napięcia na mostku prostowniczym oraz występującymi po nim tętnieniami napięcia wygładzane przez kondensatory filtrujące. Ważne jest aby dobrać odpowiednią ilość kondensatorów na wejściu VI stabilizatora. Ja zwykle daję 2200 uF na 1A pobieranego z wyjścia prądu. Na fotografii przedstawiam tętnienia z którymi musi uporać się stabilizator i zapewnić prawidłowe czyste zasilanie. Nie są one aż tak duże, gdyż użyłem aż trzech kondensatorów 2200 uF, a na wyjściu nie było żadnego obciążenia.

 

Ogólna zasada działania stabilizatorów napięcia jest banalna: na wejście (nóżka VI) podane jest napięcie wygładzone, które w obwodach wewnętrznych elementu zostaje wyprostowane (stabilizowane), odpowiednio obniżone i podane na wyjście (nóżka VO). Nadmiar napięcia z wejścia układu zostaje odłożone na stabilizatorze i wyemitowane do atmosfery przez aluminiową końcówkę na obudowie w postaci ciepła. Warto zadbać aby napięcie między wejściem, a wyjściem nie miały kolosalnej różnicy, gdyż energia cieplna jest równa iloczynowi spadku napięcia na stabilizatorze i prądu przepuszczanego przez niego do obciążenia. Wada ta powoduje, że odchodzi się od zasilania urządzeń tymi elementami zwłaszcza pobierających znaczny prąd elektryczny alternatywnie wykorzystując wszelakie przetwornice.

Zasilacze impulsowe nie nagrzewają się, ponieważ natężenie prądu oraz napięcie jest regulowane współczynnikiem wypełnienia impulsu, który steruje tranzystorem kluczującym cewkę lub transformator. Ilość energii zależy od czasu trwania impulsu. Wracając jednak do stabilizatora posiadają specjalną aluminiową końcówkę z otworem umożliwiającym montaż na radiatorze odbierającym ciepło. Nagrzewanie się elementu powoduje ograniczenia co do natężenia prądu możliwego do zasilenia odbiorników, dlatego producenci wykonują układy zwykle na 1-2A. Bardzo często przychodzi konieczność pobrania dużo większego natężenia prądu. Ja potrzebowałem do jednego z projektów zasilacza o obciążalności 3 amperów do zasilenia grzałki lutownicy samochodowej. Okoliczności zmusiły mnie do rozbudowania układu i dodanie tranzystora buforowego.

Zasilacz z tranzystorem mocy

Zasilacz działa analogicznie do wyżej opisanego również zapewnia stabilne napięcie na wyjściu nie mniej jednak przy odpowiednio wysterowanej końcówce mocy zapewnia uzyskanie większego poboru prądu z układu. Jest to możliwe, gdyż prąd obciążenia przepływa przez tranzystor, a nie jak w tradycyjnej aplikacji przez stabilizator. Rolą tego ostatniego w rozbudowanym układzie jest stabilizacja (polaryzacja) elementu wykonawczego. Jak pokazuje schemat dwóch konfiguracji układu powielającego prąd elementy LM78XX wraz z rezystorem R1 tworzy dzielnik napięcia sterujący tranzystorem.

O napięciu pracy tranzystora Q1 decyduje stabilizator, gdyż jest on typu PNP. Ja w swoim prototypie zastosowałem BD250C , który umożliwia uzyskanie aż 25A natężenia prądu nie mniej jednak przy ok. 3A zauważyłem spore nagrzewanie się elementu. Tak więc należy zadbać o odpowiedni radiator :). Na powyższej fotografii podane są wzory do ustalenia natężenia prądu na wyjściu oraz wartości rezystora R1.

W swoim układzie wykorzystałem wartości podane na schemacie. Co prawda napięcie na wyjściu spadło do ok 11,5V przy obciążeniu 3-ema amperami. Było to owocem zastosowania nieodpowiedniego transformatora dającego, tylko 12,5 V AC. Jednak nie posiadałem takiego z 20% zapasem napięcia, czyli ok 14V. Stratę częściowo zredukowałem trzema kondensatorami filtrującymi 2200 uF. Zachowanie układu przetestowałem wykorzystując transformator 24V -10A. Napięcie na wyjściu wynosiło stabilne 12,1V nie mniej jednak bardzo mocno nagrzewał się tranzystor BD250C , który nie miał założonego radiatora, dlatego szybko odłączyłem odbiorniki. Na poniższej fotografii przedstawiam przebieg zarejestrowany na oscyloskopie przy obciążeniu. Jak widać tętnienia napięcia sieci energetycznej są widoczne jako spadek napięcia poniżej 12V. Zjawisko jest efektem przejścia przez zero, zmiany polaryzacji prądu AC transformatora 12V.

Zaznaczony na zdjęciu obszar tzn. opadająca powoli kreska pokazuje rozładowywanie kondensatorów, które w tym momencie dostarczają energię swojej pojemności do obciążenia. Tak więc im więcej ich będzie tym gładszy przebieg otrzymamy.W moim przypadku nie było to aż tak konieczne ze względu na zasilanie grzałki, które posiadają dużą bezwładność cieplną. Kiedy użyłem mniejszego obciążenia wykres na oscyloskopie był już zdecydowanie stabilniejszy.

 

Układ można też zmodyfikować i połączyć tranzystory mocy w sposób kaskadowy

Umożliwia to uzyskanie większych prądów na wyjściu. Przykładowo bardziej rozbudowany układ na tej koncepcji może służyć jako ładowarka do akumulatorów samochodowych.

Bardzo zachęcam do wykonania tego układu, sam miałem dylemat czy wykorzystać te aplikacje do swojego projektu. Koniec końców opłaciło mi się opracować ten układ do swojego projektu, który jest już prawie ukończony. Na stronie na pewno pojawi się o nim prezentacja :).

 

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *