Impulsowy stabilizator napięcia
Do czego to służy?
Wokół impulsowych stabilizatorów na-
pięcia i zasilaczy krąży wiele mitów i le-
gend, nie zawsze mających wiele wspólne-
go z rzeczywistością. Według dość po-
wszechnego przekonania, sÄ… to urzÄ…dzenia
bardzo trudne do zaprojektowana i wykona-
nia, a jednocześnie odznaczające się znako-
mitymi parametrami i mogące zapewnić
znaczne oszczędności energii elektrycznej.
I w jednym i w drugim twierdzeniu jest spo-
ro przesady i najwyższa pora, aby upo-
rządkować sobie pewne pojęcia.
Dla wygody Czytelników i jasności opisu
pozwoliłem sobie dokonać podziału zasilaczy
sieciowych stosowanych w pracowniach e-
lektronicznych, a także montowanych w go-
towych urządzeniach. W dużym uproszcze-
niu możemy podzielić je na trzy grupy:
1. Zasilacze o działaniu ciągłym, w któ-
rych proces transformacji napięcia 220V na
potrzebne do dalszego wykorzystania nis-
kie napięcie przemienne zachodzi przy
częstotliwości sieci energetycznej - 50Hz.
Zasilacze takie sÄ… najprostsze do zaprojek-
towania i wykonania, a przy tym dość tanie.
Ich najpoważniejszą wadą jest konieczność
stosowania radiatorów, przy większych
mocach traconych o dość dużych wymia- zmniejszenie wymiarów radiatora, a nawet ca pomiędzy dwoma wyżej wymienionymi
rach. Transformatory sieciowe stosowane rezygnacjÄ™ z jego stosowania. Straty mocy typami zasilaczy jest niewielka, to budujÄ…c
w tych zasilaczach mają najczęściej także w stabilizatorze impulsowym są najczęściej zasilacz impulsowy trzeciej grupy stykamy
dość duże wymiary, co niekorzystnie rzutu- znacznie mniejsze od mocy traconej w sta- się już z zupełnie nową jakością i nowymi
je na koszty wykonania układu. Schemat bilizatorze o działaniu ciągłym, co pozwala możliwościami. Typowym przedstawicie-
blokowy zasilacza tego typu został pokaza- także na zastosowanie transformatora o lem układów tej grupy jest znany każdemu
ny na rysunku 1a. mniejszej mocy, wymiarach i cenie. Nieste- zasilacz stosowany w komputerach klasy
2. Zasilacze wyposażone w impulsowy ty, uzyskane oszczędności tracimy, ponie- PC. Na jego przykładzie z łatwością może-
stabilizator napięcia mają budowę dość waż koszt zakupu scalonego stabilizatora my ocenić możliwości, jakie daje nam te-
podobną do układów z grupy 1. Jedyną, ale impulsowego jest najczęściej o rząd wiel- chnika impulsowa: małe, lekkie pudełko
dość istotną różnicą jest zastosowanie do kości wyższy od jego odpowiednika pra- jest w stanie dostarczyć prądu o natężeniu
regulacji napięcia wyjściowego stabilizatora cującego w trybie ciągłym. Na rysunku 1b 20A/5V oraz 8A/12V, nie licząc napięć po-
impulsowego, co pozwala na znaczne możemy zobaczyć blokowy schemat zasila- mocniczych -12V i -5V. Moc takiego zasila-
cza wyposażone- cza wynosi 200W, przy nieznacznych stra-
Rys. 1. Rodzaje stabilizatorów go w impulsowy tach. Zasilacze impulsowe są urządzeniami
R
y
s
.
1
.
R
o
d
z
a
j
e
s
t
a
b
i
l
i
z
a
t
o
r
ó
w
stabilizator napię- dość trudnymi do zaprojektowania i wyko-
cia, a za chwilę nania, a szczególne trudności stwarza wy-
zapoznamy siÄ™ z konanie transformatora. Nie oznacza to jed-
budową konkret- nak bynajmniej, że zasilacz taki jest niemoż-
nego układu tego liwy do wykonania w warunkach amator-
typu. skich. Wprost przeciwnie: w najbliższym
3. Dopiero za- czasie zapoznamy siÄ™ z konstrukcjÄ… takiego
silacze impulso- urządzenia, którego prototyp testowany
we stanowiÄ… zna- jest obecnie w Pracowni Konstrukcyjnej
czący przełom w AVT. Na razie zajmiemy się jednak zasila-
technice kon- czem z grupy 2, prostym i Å‚atwym do wyko-
struowania ukła- nania nawet dla zupełnie nie zaawansowa-
dów zaopatru- nego konstruktora.
jÄ…cych w prÄ…d u- Czynnikiem decydujÄ…cym o prostocie
kłady elektroni- wykonania proponowanej konstrukcji jest
czne. O ile, z pun- fakt, że do jej wykonania będziemy mogli
ktu widzenia u- zastosować gotowy dławik, element które-
żytkownika różni- go samodzielne wykonanie nastręcza wiele
56 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/98
Podstawowe para-
metry elektryczne u-
kładu L4960podano
w tabeli 1.
Na rysunku 4 poka-
zane zastało rozmie-
szczenie wyprowa-
dzeń układu L4960,
którego struktura u-
mieszczona zastała
wewnÄ…trz siedmio
końcówkowej obudo-
wy typu HEPTAWATT.
Bardzo ważną rolę
w układzie stabilizato-
ra spełnia dławik L1.
Według danych kata-
logowych podanych
przez producenta dła-
Rys. 2. Schemat ideowy
R
y
s
.
2
.
S
c
h
e
m
a
t
i
d
e
o
w
y
wik ten powinien
kÅ‚opotów amatorom (a także niejednokrot- wego stabilizatora napiÄ™cia. SÄ… to: genera- mieć indukcyjność 150µH (2A). Ponieważ
nie i zawodowcom). tor taktujący wymagając zastosowania zale- nie posiadałem gotowego dławika o takich
Proponowany układ jest typowym zasi- dwie czterech dodatkowych elementów parametrach, a na samą myśl o samodziel-
laczem laboratoryjnym mogącym dostar- zewnętrznych, stopień wyjściowy mocy, u- nym wykonaniu tego elementu ogarnęło
czać prądu o natężeniu do 2,5A (teorety- kład zapewniający łagodny start po włącze- mnie przerażenie, zastosowałem dławik o
cznie, ponieważ doświadczalnie stwierdzi- niu zasilania, z
ródÅ‚o napiÄ™cia odniesienia o- indukcyjnoÅ›ci 300µH, dostÄ™pny w ofercie
łem, że zasilacz ten może zostać obciążony raz regulator PWM (Pulse Width Modula- handlowej AVT. Po pewnych perypetiach,
prądem do 3A). tion) sterowany za pośrednictwem wzmac- spowodowanych jednak nie zmianą typu
Koszt wykonania zasilacza jest stosun- niacza błędu. Wewnątrz struktury znajduje dławika lecz błędnym zaprojektowaniem
kowo niewielki i jak już wspomniałem mo- się także układ zabezpieczenia termicznego płytki obwodu drukowanego, układ zaczął
że on zostać zbudowany nawet przez po- i przeciwzwarciowego i przeciążeniowego. pracować poprawnie, w całym podanym
czątkującego elektronika. Wewnętrzny, dodatkowy stabilizator napię- przez producenta zakresie prądów i napięć.
cia zapewnia właściwe warunki pracy dla Nie stwierdziłem także jakiegokolwiek obni-
Jak to działa? wbudowanego w strukturę układu logi- żenia sprawności stabilizatora.
Schemat elektryczny proponowanego cznego. Do prawidłowego działania impul- Kolejnym elementem decydującym o
układu został pokazany na rysunku 2. Jak sowego stabilizatora napięcia potrzebnych poprawnej pracy układu jest dioda D1. Za-
widać, sercem układu jest monolityczny jest zaledwie sześć elementów ze- daniem tej diody jest odprowadzenie prądu
scalony stabilizator napięcia typu L4960. wnętrznych (nie licząc kondensatorów blo- zwrotnego, który jest indukowany przez e-
Zastosowanie tego właśnie elementu poz- kujących i wygładzających napięcie). nergię gromadzącą się w rdzeniu dławika
woliło na radykalne uproszczenie konstruk-
cji całego zasilacza i dlatego warto poświę- Rys. 3. Struktura wewnętrzna układu
R
y
s
.
3
.
S
t
r
u
k
t
u
r
a
w
e
w
n
Ä™
t
r
z
n
a
u
k
Å‚
a
d
u
cić trochę miejsca tej interesującej kostce.
Układ L4960 produkowany jest przez
firmÄ™ SGS - Thompson. Struktura we-
wnętrzna tego układu (patrz rysunek 3) zo-
stała bardzo dokładnie przemyślana i zawie-
ra on w swoim wnętrzu prawie wszystkie
elementy potrzebne do budowy impulso-
Tabela 1
T
a
b
e
l
a
1
Zakres napięć wejściowych: 9....46VDC
Z
a
k
r
e
s
n
a
p
i
Ä™
ć
w
e
j
Å›
c
i
o
w
y
c
h
:
9
.
.
.
.
4
6
V
D
C
Zakres napięć wyjściowych:
Z
a
k
r
e
s
n
a
p
i
Ä™
ć
w
y
j
Å›
c
i
o
w
y
c
h
:
5,1...40VDC
5
,
1
.
.
.
4
0
V
D
C
Napięcie wewnętrznego z
ródła napięcia
N
a
p
i
Ä™
c
i
e
w
e
w
n
Ä™
t
r
z
n
e
g
o
z

r
ó
d
Å‚
a
n
a
p
i
Ä™
c
i
a
odniesienia: 5,1V
o
d
n
i
e
s
i
e
n
i
a
:
5
,
1
V
Maksymalny prąd pobierany z wyjścia:
M
a
k
s
y
m
a
l
n
y
p
r
Ä…
d
p
o
b
i
e
r
a
n
y
z
w
y
j
Å›
c
i
a
:
2,5A
2
,
5
A
Minimalne napięcie pomiędzy wejściem
M
i
n
i
m
a
l
n
e
n
a
p
i
Ä™
c
i
e
p
o
m
i
Ä™
d
z
y
w
e
j
Å›
c
i
e
m
i wyjściem: typowo 1,4V (max. 3V)
i
w
y
j
Å›
c
i
e
m
:
t
y
p
o
w
o
1
,
4
V
(
m
a
x
.
3
V
)
Sprawność: typowo 75%...85%
S
p
r
a
w
n
o
Å›
ć
:
t
y
p
o
w
o
7
5
%
.
.
.
8
5
%
Częstotliwość kluczowania stopnia
C
z
Ä™
s
t
o
t
l
i
w
o
Å›
ć
k
l
u
c
z
o
w
a
n
i
a
s
t
o
p
n
i
a
wyjściowego: typowo 100kHz
w
y
j
Å›
c
i
o
w
e
g
o
:
t
y
p
o
w
o
1
0
0
k
H
z
Maksymalna temperatura złącza
M
a
k
s
y
m
a
l
n
a
t
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
z
Å‚
Ä…
c
z
a
(temperatura zadziałania zabezpieczenia
(
t
e
m
p
e
r
a
t
u
r
a
z
a
d
z
i
a
Å‚
a
n
i
a
z
a
b
e
z
p
i
e
c
z
e
n
i
a
O
termicznego): 150OC
t
e
r
m
i
c
z
n
e
g
o
)
:
1
5
0
C
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/98 57
strukcji obsługi . Ponie-
waż karta katalogowa jest
swoistą instrukcją obsługi
opisywanego w niej pod-
zespołu elektronicznego,
powtórne jej przejrzenie
spowodowało  odkrycie
Rys. 4. Rozmieszczenie wprowadzeń
R
y
s
.
4
.
R
o
z
m
i
e
s
z
c
z
e
n
i
e
w
p
r
o
w
a
d
z
e
Å„
podanego przez produ-
układu L4960
u
k
Å‚
a
d
u
L
4
9
6
0
centa schematu prowa-
L1. Ze względu na chęć ograniczenia ko- dzenia ścieżki masy w u-
sztów wykonania stabilizatora w układzie kładach wykorzystujących
zastosowałem popularną diodę prze- scalony stabilizator impul-
łączającą typu BYW80, która spełnia swoją sowy typu L4960. Po wy-
rolę w zadawalający sposób. Użycie bardzo konaniu nowej, zgodnej z
szybkiej diody Schottky ego spowodowało- zaleceniami producenta
by wzrost sprawności układu do ok. 82 ... płytki układ zaczął praco-
Rys. 5. Schemat montażowy
R
y
s
.
5
.
S
c
h
e
m
a
t
m
o
n
t
a
ż
o
w
y
85%. wać poprawnie, nie stwa-
Pozostałe elementy pełnią następujące rzając więcej kłopotów
funkcje: przy uruchamianiu. wtórnym transformatora nie może być wy-
- Kondensator C6 wraz z rezystorem R2 Wykonanie aż dwóch prototypów daje ższe niż ok. 30VAC.
ustalają częstotliwość wewnętrznego ge- mi pewność, że i zbudowane przez Was u- Jeżeli wykonany przez nas stabilizator
neratora kluczującego, która powinna wy- kłady będą od początku działać poprawnie i będzie zastosowany w zasilaczu laborato-
nosić ok. 100kHz. nie będą wymagać jakichkolwiek poprawek ryjnym, to warto wyposażyć go w miernik
- Kondensator C3 określa czas trwania i czynności uruchomieniowych. napięcia i pobieranego prądu, np. AVT-
 miękkiego startu stabilizatora po włącze- Montaż układu stabilizatora wykonuje- 2270.
niu zasilania, zapewniając powolne narasta- my w zasadzie w typowy sposób, rozpo- Radiator zastosowany w układzie mode-
nie szerokości impulsów na wyjściu układu, czynając od wlutowanie rezystorów, a lowym i dostarczany w kicie powinien oka-
co zapobiega przeciążeniu transformatora i kończąc pierwszą fazę montażu na zamon- zać się zupełnie wystarczającym elemen-
prostownika oraz powstawaniu stanów nie- towaniu kondensatorów elektrolitycznych. tem chłodzącym w większości zastoso-
ustalonych na wyjściu układu. Komentarza wymaga jedynie zamontowa- wań. Gdyby jednak, w ekstremalnych wa-
- Kondensator C7 połączony szeregowo nie układu IC1 i diody D1 wraz z nie- runkach układ nadmiernie się nagrzewał, to
z rezystorem R3 kompensuje wewnętrzny zbędnym do ich prawidłowego funkcjono- można zastosować wymuszone chłodzenie
wzmacniacz błędu. wanie małym radiatorem. Problem polega radiatora. To tego celu można użyć malut-
- Rezystor R1 i potencjometr P1 tworzą na tym, że metalowe płytki mające zape- kiego wentylatorka stosowanego do chło-
dzielnik napięcia pozwalający na regulację wnić kontakt termiczny tych elementów z dzenia procesorów 486 i PENTIUM. Na
napięcia wyjściowego w zakresie od 5 do radiatorem znajdują się podczas pracy ukła- płytce obwodu drukowanego został umie-
40VDC du na różnych potencjałach i konieczne jest szczony dodatkowy, nie pokazany na sche-
odizolowanie choćby jednej z nich od radia- macie rezystor R4, który może posłużyć do
Montaż i uruchomienie. tora. W układzie modelowym pod diodę ograniczenia prądu płynącego przez silni-
Na rysunku 5 została pokazana mozaika D1 zastosowałem izolacyjną podkładkę z czek wentylatora. Wartość tego rezystora
ścieżek płytki drukowanej wykonanej na la- miki i takie rozwiązanie polecam także dla należy dobrać tak, aby napięcie na pracuj-
minacie jednostronnym oraz rozmieszcze- Waszych konstrukcji. Kolejność montażu ącym wentylatorze wynosiło ok. 12VDC.
nie na niej elementów. Z pewnością uwagę będzie następująca: Wentylator należy dołączyć do złącza ozna-
wielu Czytelników zwróciło już pozornie dzi- 1. Przykręcamy układ IC do radiatora (po czonego na płytce jako CON3.
waczne prowadzenie ścieżek na powie- jego zwymiarowaniu i wykonaniu stoso-
rzchni płytki: ścieżka masy prowadzi naj- wnych otworów po śrubki M3). Wykaz elementów.
W
y
k
a
z
e
l
e
m
e
n
t
ó
w
.
pierw od ujemnej końcówki kondensatora 2. Mikową lub silikonową podkładkę izo-
Kondensatory
K
o
n
d
e
n
s
a
t
o
r
y
C4 do wyjścia CON2 i dopiero póz
niej wra- lacyjnÄ… smarujemy z obu stron termoprze-
C1, C2 220µF/25
ca do pozostałych elementów. Takie pro- wodzącą pastą silikonową.
C3 2,2µF/25
wadzenie Å›cieżek to wÅ‚aÅ›nie ta  czarna 3. W otwór w obudowie diody D1 wkÅ‚a- C4 2200µF/63
C5, C8 220nF
magia związana z stabilizatorami impulso- damy tulejkę izolacyjną i przykręcamy tą
C6 2,2nF
wymi. Wspomniałem już o pewnych kłopo- diodę do radiatora za pomocą śrubki M3.
C7 33nF
tach, na które napotkałem podczas budowy 4. Dopiero teraz wkładamy końcówki
R
e
z
y
s
t
o
r
y
układu stabilizatora impulsowego. Spowo- IC1 i D1 w przeznaczone dla nich otwory w Rezystory
P1 potencjometr obrotowy 10k&!/A
dowane one były karygodnym dla konstruk- punktach lutowniczych na płytce i lutujemy
R1 2,2k&!
tora zaniedbaniem: niedokładnym zapozna- zarówno te końcówki jak i kołki stabilizujące
R2 4,3k&!
niem się z treścią karty katalogowej stoso- radiator.
R3 15k&!
wanego podzespołu. Po pobieżnym prze- Zmontowany z sprawdzonych elemen-
Półprzewodniki
P
ó
Å‚
p
r
z
e
w
o
d
n
i
k
i
jrzeniu zawartych w katalogu informacji tów układ stabilizatora działa natychmiast
BR1 mostek prostowniczy 3A KBL06G
przystąpiłem natychmiast do projektowania poprawnie i nie wymaga jakichkolwiek
D1 BYW80
płytki. Rezultat był opłakany: układ wpraw- czynności regulacyjnych. Do wejścia CON1 IC1 L4960
dzie działał, ale przy obciążeniu nie przekra- należy dołączyć uzwojenie wtórne transfor-
Pozostałe
P
o
z
o
s
t
a
Å‚
e
czającym 1A! Po długotrwałym poszukiwa- matora o mocy dostosowanej do maksy-
CON1, CON2 ARK2
niu błędu, przypomniałem sobie stare, słu- malnego prądu jaki mamy zamiar czerpać z
Radiator typ  3
szne powiedzenie:  Jeżeli już kompletnie naszego zasilacza. Napięcie na uzwojeniu Podkładka mikowa pod obudowę TO-220
+ tulejka izolacyjna.
nie wiesz, co masz robić to .... zajrzyj do in-
58 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/98