Na wstępnie chciałbym zaznaczyć, że to nie jest zasilacz znany z Electronic Lab, który jest do znudzenia powielany na Elektrodzie. Postanowiłem zaprojektować własny zasilacz, na którym będzie można polegać w każdej sytuacji.
Cechy zasilacza:
- Płynna regulacja napięcia od 0 do 20V
- Płynna regulacja ogranicznika prądowego od 0 do 2A
- Dioda sygnalizująca włączenie ogranicznika
- Wbudowany analogowy miernik napięcia i prądu
- Różne wtyki na wejściu i wyjściu
- Zabezpieczenie przed przegrzaniem
A gdzie transformator?
Ano właśnie - to jest jedyna rzecz, jakiej w tym zasilaczu nie ma! Zapewne każdy z was ma do dyspozycji zasilacz wtyczkowy z popularnym okrągłym złączem DC 5,5/2,1mm lub zasilacz od laptopa. Pomyślałem, że zamiast kolejnego transformatora w moim warsztacie, lepiej będzie wykorzystać niepotrzebne rzeczy. W tym przypadku wykorzystałem zasilacz Dell PA-9. To fantastyczny "klocek" który daje 20V i aż 4,5A i oczywiście ma także własne zabezpieczenia.
Mój zasilacz jest przystosowany także do działania z ładowarką od Nokii za złączem DC 3,5/1,1mm (DCPS1813) czyli popularne w starych telefonach. Jest też złącze śrubowe oraz piny i dziurki. Można podłączyć wszystko, co daje max 35VDC.
Na wyjściu zasilacza mamy standardowe banany w kolorze czerwonym i czarnym. Nigdy ich nie używam, bo drogie i duże :) dałem tylko na wszelki wypadek, a nóż kiedyś się przydadzą. Zdecydowanie częściej korzystam ze złącz na goldpiny - te dwa czarne w układzie 2x3. Właściwie są to cztery złącza, które nazwałem Blond, bo każda blondynka to podłączy. Złączka składa się z trzech pinów. W środku jest plus, po bokach jest minus. Zasilania nie da się podłączyć odwrotnie :)
Stabilizator LM317 inaczej niż zwykle
Podstawowy schemat z LM317 każdy widział. Umożliwia regulację od 1,25V do napięcia zależnego od rezystancji potencjometru, a ogranicznik prądu jest wbudowany w układ i ustawiony na sztywno. W dokumentacji LM317 można znaleźć jeszcze inne wariacje na temat tego pomysłowego układu i postanowiłem je wykorzystać.
Mądrość ludowa, głoszona w różnych miejscach w internecie głosi, że aby stabilizator się nie wzbudzał, należy na wejściu i wyjściu dać wieeeeeeelkie kondensatory elektrolityczne. Trochę mnie to dziwi. O ile na wejściu jest to uzasadnione filtrowaniem napięcia za mostkiem prostowniczym, to nie wiem, po co duże kondensatory miały by być na wyjściu. Dokumentacja zaleca dać maksymalnie 10uF z wyraźnym zaznaczeniem, że ma to być kondensator tantalowy, a nie elektrolit. Pouczony jednak mądrością ludową, dałem kondensator 1000uF. I co? LM317 wzbudzał się przy każdej okazji. Grzał się jak kaloryfer, a kiedy włączał się ogranicznik prądowy, to stabilizator aż PISZCZAŁ!!! Rozwiązaniem problemu było wyrzucenie dużego kondensatora z wyjścia i wszystko zaczęło działać pięknie.
To samo tyczy się diod DO1 i DO2. Mają one rozładować kondensatory w razie zwarcia. Jednak również występował problem wzbudzania się i musiałem je usunąć. Wszystkie elementy oznaczone gwiazdkami, tzn DO1, DO2, C7 i C8 są obecne na płytce drukowanej i można je przylutować, ale jednak to odradzam.
LM317 jest przeznaczony do pracy z prądem 1,5A. Z mojego zasilacza można pobrać 2A, co jest poważnym wykroczeniem przeciwko postanowieniem dokumentacji producenta. Mimo, że scalak jest przeciążony, to jednak nic złego mu się nie dzieje, ponieważ jest w nim szereg zabezpieczeń. Ten egzemplarz LM317 który ja mam, działa u mnie już ponad 2 lata. Mimo to, jeżeli komuś nie podoba się pobieranie 2A z LM317, to może dać LM350 z prądem 3A, LM338 z ograniczeniem do 5A albo LM396 który daje aż 10A!
LM317 jest wyposażony w szereg zabezpieczeń. Między innymi zabezpieczenie termiczne - w układ wbudowany jest termometr, który po przekroczeniu 110'C obniży napięcie wyjściowe w taki sposób, aby układ pracował dalej, ale nie nagrzewał się jeszcze bardziej. Zabezpieczenie przeciwzwarciowe i ogranicznik nie są wykorzystywane, ponieważ dołożyłem własny, regulowany ogranicznik.
Jak działa regulacja od 0V, skoro LM317 zwykle daje napięcie o 1,25V? Otóż 1,25V to napięcie występujące na rezystorze R1. Zwykle jest on połączony szeregowo z potencjometrem regulacji do masy. Zatem, kiedy rezystancja potencjometru wynosi zero, wtedy właśnie mamy 1,25V na wyjściu. Co zrobić, aby obniżyć napięcie wyjściowe do zera? Otóż trzeba potencjometr podłączyć do napięcia ujemnego! Wtedy napięcie na rezystorze i ujemne zapięcie zasilania się zniosą i będziemy mieć zero na wyjściu. Oto cała filozofia.
Równolegle do potencjometru POT1 jest podłączony tranzystor ogranicznika prądowego. Tranzystor ten jest "sztucznym potencjometrem", który obniża napięcie zasilania w taki sposób, aby pobierany prąd nie przekroczył dopuszczalnej wartości. Skąd wiemy, jaki obecnie płynie prąd? Przepływający prąd wywołuje spadek napięcia na rezystorze R6. Nie jest to duży spadek, ponieważ prąd 2A płynący przez rezystor 0,1R wywołuje napięcie 0,2V. To napięcie jest porównywane z napięciem odniesienia, ustalanym przez potencjometr POT2. Kiedy napięcie na rezystorze pomiarowym jest większe od napięcia progowego, wówczas komparator się załącza, otwiera tranzystor, a to z kolei obniża napięcie zasilania na wyjściu z LM317. Włączenie ogranicznika jest sygnalizowane żółtą diodą, obok potencjometru regulacji prądu.
Układy regulacji wymagają napięcia symetrycznego +5V i -5V. Napięcie dodatnie uzyskiwane jest z 7805 (w obudowie TO92!). Oznacza to, że minimalne napięcie, jakie należy doprowadzić na wejście zasilacza to 7V, bo inaczej ogranicznik prądowy nie będzie działał poprawnie. Zasilanie -5V uzyskiwane jest z popularnej przetworniczki kondensatorowej ICL7660.
Mierniki napięcia i prądu
Dokładny pomiar zostawmy miernikom laboratoryjnym - to tylko zasilacz, więc zbudowane mierniki dają tylko orientacyjny pomiar. Zastosowałem nieskomplikowane przetworniki analogowo-cyfrowe LM3914. Jeżeli ktoś chce się dowiedzieć,http://www.blogger.com/img/blank.gif jak to działa, to spojrzeć na stronę http://leon-instruments.blogspot.com/2010/12/amperomierz-lm3914.html, gdzie dokładniej to opisałem.
Zielone diody to woltomierz. Każda dioda oznacza 1V, świecenie 5 diod oznacza, że na wyjściu mamy 5V. Amperomierz to czerwone diody i tutaj każda z nich oznacza 0,1A. W woltomierzu i amperomierzu diod jest 20, więc maksymalne wskazania to 20V i 2A.
Należy kupić diody energooszczędne. 40 świecących diod pobiera znaczny prąd, a jeżeli jedna dioda pobiera 20mA, to wszystkie razem ciągną 0,8A! W sklepach są dostępne diody o wysokiej sprawności, które świecą wystarczająco jasno przy prądzie 1mA. Jasność diod reguluje prąd pobierany z nóżki REF OUT układów LM3914 - prąd każdej zapalonej diody jest dziesięć razy większy od prądu wypływającego z REF OUT. Należy tak dobrać rezystory R11, R12, R13, R14, aby diody świeciły wyraźnie, ale z zachowaniem rozsądnego poboru prądu. Należy uwzględnić, że do R12 i R14 są równolegle podłączone potencjometry 47k!
Kalibracja mierników jest bardzo prosta. Najpierw kalibrujemy woltomierz. Łączymy normalny woltomierz do wyjścia i potencjometrem POT1 ustawiamy jakieś napięcie, np 19V. Następnie tak regulujemy potencjometr PR1, aby świeciło się 19 zielonych diod. Do kalibracji amperomierza będziemy potrzebowali jakieś obciążenie, może być żarówka z samochodu. Łączymy ją szeregowo z amperomierzem i podłączamy do zasilacza. Potencjometrem POT1 regulujemy napięcie zasilania tak, aby amperomierz pokazał 1,9A. Wtedy ustawiamy potencjometr PR2, aby zaświeciło się 19 czerwonych diod. Kalibracja gotowa!
Przykłady działania
Żaróweczka jest zasilana z napięcia 20V (20 zielonych diod) i pobiera prąd 1A (10 czerwonych diod).
Zmniejszyłem napięcie do 9V - żarówka pobiera 0,6A.
Żółta dioda sygnalizuje pracę ogranicznika prądowego. Ogranicznik został ustawiony na 0,8A, natomiast napięcia 16V ustawiło się samo.
Pliki do pobrania:
Zamieszczam tylko schemat z lakonicznym opisem, bo reszta jest w fazie konstrukcyjnej :) Zaczęło się od tego, że do zasilacza na LM317 chciałem dorobić woltomierz, by nie trzeba było podłączać miernika przy każdej zmianie napięcia. To jedna z moich pierwszych konstrukcji, robiona jeszcze całkowicie bez komputera. Pisak olejowy zamiast tonera, zamiast linijki wszystko na oko, radiator dobrany na czuja czasami parzy, potencjometr bez skali, ale mimo prymitywnej metody wykonania, jest to najbardziej użyteczny układ w moim warsztacie.
