Viperowy R O J E K T Y
P zasilacz impulsowy
Viperowy zasilacz
impulsowy
AVT-851
Pojawienie si� na rynku
tr�jko�c�wkowych sterownik�w
zasilaczy Top Switch spotkało
si� z uznaniem konstruktor�w.
Po raz pierwszy
inłynierowie dostali
podzespoły i wspomagające je
Producent układ�w Top
oprogramowanie sprowadzające
Switch, firma Power Integrations,
proces budowy zasilacza
wyznaczyła tym samym nowy kt�ry oscylator ma zaszyty
impulsowego małej mocy do
standard funkcjonalny sterowni- w strukturze, wydaje si� to roz-
najprostszych czynności. Tym
k�w - maksymalnie uproszczoną wiązaniem gorszym. To jednak
samym zostali zwolnieni
budow� sprowadzającą konstru- tylko pozory!
z konieczności posiadania
owanie zasilacza do dołączenia W warunkach polskich mołli-
specjalistycznej wiedzy
transformatora i pojedynczych ele- wośĘ ustalenia dowolnej cz�stot-
i dułego doświadczenia
ment�w towarzyszących. liwości pracy, zamiast sztywnej
w dziedzinie układ�w
Ten niewątpliwy sukces został wartości 100kHz, jest najwałniej-
impulsowych.
szybko dostrzełony i p�łprzewod- szym atutem Vipera - pozwala to
nikowi giganci przygotowali swoje bowiem na zastosowanie do bu-
sterowniki ideowo zgodne z Top- dowy zasilacza tanich i og�lnodo-
Switchem. Najgro�niejszym kon- st�pnych ferryt�w produkowanych
kurentem układ�w serii TopSwit- przez Polfer. W przypadku Top-
chy są niewątpliwie układy z ro- Switcha elementy Polferu si� nie
dziny Viper produkowane przez nadają, zakres ich stosowalności
koncern STMicroelectronics. ko�czy si� bowiem na około
Czytelnik�w z pewnością zain- 80kHz, a importowane magnetyki
teresuje por�wnanie tych ukła- (np. Philipsa z materiału 3F3) są
d�w. Idea konstrukcyjna, zasada kilkakrotnie drołsze i trudne do
działania, podstawowe parametry kupienia. Jedyna cena jaką płaci
i funkcje są w obu chipach prak- si� za wygod� ułycia tanich fer-
tycznie takie same. Podobna jest ryt�w to nieco wi�ksze gabaryty
r�wnieł cena układ�w (Viper jest i ci�łar zasilacza.
odrobin� ta�szy). Wyst�pujące Druga dodatkowa ko�c�wka,
czasami bardzo finezyjne r�łnice czyli wyjście wzmacniacza napi�-
w strukturze wewn�trznej nie ma- cia bł�du, pozwala na dołączenie
ją praktycznie wpływu na proces do układu Viper własnego i pre-
budowy zasilacza czy uzyskiwane cyzyjnie dobranego układu kom-
parametry. Podobny jest mocowy pensacji p�tli sprz�łenia zwrotne-
zakres stosowalności (od pojedyn- go. Stałe czasu element�w kom-
czych wat�w do ok. 100W), pa- pensujących p�tl� mają wpływ
rametry kluczującego tranzystora przede wszystkim na stabilnośĘ
MOS, itp. Układy r�łnią si� jed- pracy zasilacza (z uwagi na r�łny
nak liczbą ko�c�wek. Viper ma charakter impedancji obciąłenia)
o dwie n�łki wi�cej od TopSwit- i jednocześnie decydują, na przy-
cha, a wi�c pi�Ę. Jedną z nich kład, o szybkości reakcji zasilacza
przeznaczono do dołączenia ze- na zmian� napi�cia obciąłenia.
wn�trznego dw�jnika RC decydu- Moim zdaniem układ TopSwitch
jącego o cz�stotliwości pracy ukła- jest skompensowany �na wyrost�
du. W por�wnaniu do konkurenta, po to, aby był zawsze stabilny.
Elektronika Praktyczna 2/2000
55
Viperowy zasilacz impulsowy
Zmiany napięcia wyjS
ciowego popularny i ta- 500V. Do tego wszystkiego dodaje
wywołane przez skok prądu
ni rdze� EE30. si� wąska �szpilka� przepi�cia
200mV
P o n i e w a ł pochodzącego od wspomnianej in-
układ Viper dukcyjności rozproszenia. Wiel-
jest bardzo po- kośĘ przepi�cia zaleły przede
dobny do opi- wszystkim od wielkości indukcyj-
Skok prądu wyjS
ciowego zasilacza
sywanego juł ności rozproszenia transformatora
TopSwitcha, to - im indukcyjnośĘ ta jest wi�ksza,
jego wewn�t- tym w polu rozproszonym groma-
4A
rzne funkcje dzi si� wi�cej energii i amplituda
zostaną jedynie jest wi�ksza - oraz od wyst�pu-
Rys. 1. Przebieg zmian napięcia wyjściowego zasygnalizowa- jących w układzie pojemności (np.
w odpowiedzi na zmianę prądu w zasilaczu  wolnym
ne. pojemności transformatora), kt�re
(z lewej) i  szybkim (z prawej).
Wejściowe ograniczają wysokośĘ szpilki.
napi�cie siecio- Wystarczy jednak, aby przepi�-
W efekcie jego reakcje są wolne we, poprzez bezpiecznik i termis- cie miało wartośĘ 150V, a Viper
i przy nagłych skokach prądu na tor NTC ograniczający impuls prą- ulegnie uszkodzeniu - maksymal-
wyjściu zasilacza pojawiają si� du w momencie włączenia zasila- ne napi�cie dren-�r�dło wynosi
�szpilki� (rys. 1). Temu zjawisku cza do sieci, jest podawane na bowiem 600V. Takiej awarii za-
mołna w Viperze przeciwdziałaĘ, filtr przeciwzakł�ceniowy. Ponie- pobiega w układzie dioda D2 (po-
co czyni ten układ bardziej uni- wał tzw. �rozruchowe� termistory pularnie zwana transilem, czyli
wersalnym, mimo potrzeby dołą- NTC nie są elementami popular- dioda Zenera dułej mocy). Transil
czenia do niego dodatkowych 5 nymi, mołna w jego miejsce wlu- ogranicza amplitud� szpilek do
element�w biernych. towaĘ stały rezystor drutowy. poziomu o 200V wyłszego od
Zar�wno dla TopSwitcha jak Filtr przeciwzakł�ceniowy za- napi�cia na C3, co zapewnia
i Vipera dost�pne jest oprogramo- wiera dwie pojemności C1 i C2 bezpieczną prac� klucza. Maksy-
wanie wspomagające proces pro- oraz dławik skompensowany prą- malne napi�cie dren - �r�dło nie
jektowania. dowo. Poniewał moc układu nie przekroczy bowiem w omawianym
W przypadku pierwszego ukła- jest duła, w razie problem�w układzie wartości 560V. Dioda D1
du określenie �program� jest nie- z kupnem dławika fabrycznego zapewnia aktywnośĘ transila jedy-
co na wyrost - dostajemy po śmiało mołna pr�bowaĘ ułyĘ po- nie przy wyłączanym kluczu.
prostu arkusz kalkulacyjny (zast�- dobnego elementu innego produ- Energia �szpilek� jest zamieniana
pujący kalkulator) wykonujący za centa. Po wyprostowaniu w mos- przez transil na ciepło i podze-
projektanta obliczenia. Niby nie- tku M1, napi�cie zostaje odfiltro- sp�ł ten nieco si� w układzie
wiele, ale arkusz jest przygotowa- wane. Gdy poziom zakł�ce� ge- grzeje - jest to zjawisko najzupeł-
ny bardzo starannie i okazuje si� nerowanych przez zasilacz jest niej normalne.
naprawd� pomocny. W przypadku istotny, to warto ułyĘ jako C3 W struktur� Vipera wbudowa-
Vipera program przygotowany kondensatora o małych wartoś- ny został obw�d startowy, kt�ry
przez ST nie uwzgl�dnia Vipera ciach ESR i ESL. Dodatkowo moł- zapewnia ładowanie kondensatora
20, a jedynie �silniejsze� układy na go zblokowaĘ kondensatorem C6 po włączeniu układu do sieci
z rodziny. W takiej sytuacji po- ceramicznym, np. 2,2nF. i start przetwornicy. Podczas nor-
trzebne obliczenia trzeba robiĘ Układ elektryczny zasilacza nie malnej pracy, energii do sterow-
�na piechot�� lub ułyĘ arkusza jest skomplikowany. Wyprostowa- nika dostarcza dodatkowe uzwo-
kalkulacyjnego od TopSwitcha. ne napi�cie sieci podawane jest jenie transformatora wraz z diodą
Jak wspomniałem, układy są na początek pierwotnego uzwoje- D4 i rezystorem R2. Rezystor R2
podobne i liczy si� je tak samo, nia transformatora, drugi koniec jest potrzebny w momencie uru-
a dowodem na to mołe byĘ opi- jest zamykany do masy poprzez chamiania układu, gdył ogranicza
sana poniłej konstrukcja zasilacza zawarty w układzie Vipera klucz początkowy prąd ładowania C6.
na Viperze, dla kt�rego obliczenia MOS. Dołączone do pierwotnej Elementy R3 i C7 decydują o cz�s-
wykonano za pomocą arkusza �to- strony transformatora dwie diody totliwości pracy układu, zaś C5,
powego�, kt�rego plik �r�dłowy eliminują szpilkowe przepi�cia po- C4 i R1 są elementami kompen-
dost�pny jest w Interenecie i na chodzące od indukcyjności roz- sacji cz�stotliwościowej.
płycie CD-EP02/2000. proszenia transformatora. W mo- Stabilizacja napi�cia wyjścio-
mencie gdy klucz zostaje wyłączo- wego jest realizowana w spos�b
Opis układu ny, napi�cie na kluczu (drenie klasyczny, to jest za pomocą
Schemat elektryczny zasilacza tranzystora MOS) gwałtownie na- regulowanej diody Zenera U1,
przedstawiono na rys. 2. Zasilacz rasta. Poniewał drugi koniec jest sterującej transoptorem O1.
pracuje w konfiguracji prostej dołączony do plusa kondensatora Zwr�Ęmy uwag� na miejsce skąd
przetwornicy zaporowej (dwutak- C3, amplituda jest dośĘ duła: do pobierane jest napi�cie wyjściowe
towej) z izolacją galwaniczną ob- napi�cia wyprostowanej sieci do por�wna� - przed dławikiem
wodu wt�rnego i dostarcza ciągłej (maksymalnie 360V) dodaje si� DŁ2, a nie za nim. Ma to wpływ
mocy wyjściowej 24W (12V/2A). przetransformowane na wejście na zwi�kszenie szybkości reakcji
Cz�stotliwośĘ pracy wynosi napi�cie wyjściowe, czyli około zasilacza na zmiany prądu obcią-
50kHz, a do budowy ułyty został 130V, co daje w sumie juł blisko łenia oraz umołliwia włączenie
Elektronika Praktyczna 2/2000
56
Viperowy zasilacz impulsowy
znacznie mniejszej zwoje drutu o średnicy 0,4..0,5mm
(nił typowe ułołonego w trzech warstwach.
100nF) wartości Początek uzwojenia na ko�c�wce
pojemności kom- 11., koniec na 4. lub 5. (patrz
pensacyjnej C11. r�wnieł rys. 3).
Aby zminimalizo- Kluczem do sukcesu i dobrej
waĘ wartośĘ t�t- pracy zasilacza jest staranne na-
nie� i zakł�ce� na wijanie uzwoje�: ciasno, zw�j przy
wyjściu zasilacza, zwoju z zachowaniem niewielkie-
konieczne jest go marginesu od brzegu karkasu.
ułycie jako C9 Zar�wno na początek jak i koniec
i C10 kondensato- uzwojenia naleły nałołyĘ koszulki
r�w o niskim ESR- izolacyjne, co chroni go przed
zwykłe i cz�sto przebiciami wewnątrz transforma-
stare kondensatory tora. Oczywiście kałdą nawini�tą
dają mierne wyni- warstw� trzeba starannie zaizolo-
ki. waĘ na całej szerokości taśmą
Na zako�czenie poliestrową. Poniewał miejsca do
jeszcze akapit nawijania jest sporo, nie naleły
o kondensatorze łałowaĘ izolacji. Taśma poliestro-
C8. Jak wynika ze wa nie jest towarem sklepowym,
schematu ideowe- od kt�rego uginają si� p�łki, a
go, jest on włączo- wi�c warto wiedzieĘ, ił mołna ją
ny pomi�dzy mas� pozyskaĘ ze starych kondensato-
�gorącą� układu, r�w styrofleksowych na wysokie
a wi�c t� po stro- napi�cie obcinając im brzegi piłką
nie pierwotnej do metalu. Przy okazji dowiadu-
transformatora, jemy si�, jakie jest napi�cie prze-
i mas� obwodu bicia pojedynczej warstwy folii.
wt�rnego. Pojem- Emalia izolująca typowy drut
nośĘ ta separuje nawojowy o średnicy 0,3mm ma
wi�c niebezpiecz- napi�cie przebicia około 50V, je-
ne napi�cie sieci den milimetr przerwy powietrznej
energetycznej od przebija si� przy tysiącu wolt�w.
obwodu wt�rnego. Warto o tym pami�taĘ podczas
Tak włączone kon- nawijania, a takłe o tym, łe izo-
densatory dośĘ lacja pomi�dzy uzwojeniem wt�r-
cz�sto spotyka si� nym a pierwotnym powinna wy-
w zasilaczach im- trzymaĘ napi�cie rz�du 3kV.
pulsowych małej Uzwojenie pomocnicze nawija
i średniej mocy, a si� jako drugie. Nawijanie rozpo-
ich rola jest po- czyna si� od 12. n�łki karkasu,
dobna do działa- a ko�czy na pierwszej, całośĘ zaś
nia ekranu mi�- liczy tylko 10 zwoj�w. Z uwagi
dzyuzwojeniowego na niewielki prąd pobierany z te-
w transformatorze go uzwojenia, w zupełności wy-
- ogranicza przenikanie zakł�ce� starczy ułyĘ przewodu o średnicy
na wyjście i radykalnie poprawia 0,25..0,4mm. Uzwojenie powinno
stabilnośĘ pracy przetwornicy. zostaĘ nawini�te w środku karka-
Z uwagi na bezpiecze�stwo musi
to byĘ element wysokiej jakości
Widok karkasu od góry
12 9
(charakterystyczne cechy to gruba
płytka ceramiczna, szeroko rozsu-
ni�te wyprowadzenia i zwykle
Uzwojenie wtórne
nawijane jest jako
symbol Y1 w oznaczeniu).
trzecie - 10 zwojów
DNE 1mm
Transformator
Do wykonania transformatora 8
1
ułyty został popularny rdze�
EE30/7 produkcji Polferu z mate-
Uzwojenie pomocnicze Uzwojenie pierwotne
nawijane jest jako nawijane jest jako
riału F807 i o szczelinie 0,35mm
drugie - 10 zwojów pierwsze - 92 zwojów
(odpowiada to stałej Al=200). Na- DNE 0,3mm DNE 0,4..0,5mm
wijanie rozpoczyna si� od uzwo-
Rys. 3. Sposób uzwajania
jenia pierwotnego. Ma ono 92
Rys. 2. Schemat elektryczny zasilacza. transformatora.
Elektronika Praktyczna 2/2000
57
Viperowy zasilacz impulsowy
WYKAZ ELEMENTÓW:
wszystkie rezystory o mocy 0,125W
Viper 20B
(w obudowie Pentawatt HV)
Rezystory
R1, R3: 4,7k&!
R2: 12&!
R4: 270&!
R5: 1,6k&!
R6: 8,2k&!
PR1: 1k&!, pionowy
Kondensatory
C1: 47nF/400V
C2: 4,7nF/400V
C3: 47�F/400V (średnica 25mm)
Rys. 5. Schemat montażowy płytki zasilacza.
C4: 100nF/63V
C5: 1nF/25V ceramiczny
su, a całośĘ zaizolowana potr�jną ko�c�wek mołna dolutowaĘ nie-
C6: 47�F/25V
warstwą folii izolacyjnej. wielką (1..2cm2) blaszk� spełniają-
C7: 8,2nF/63V poliestrowy
Uzwojenie wt�rne nawijane jest cą rol� radiatora. Wałne jest, aby
C8: 1nF/3kV!
jako ostatnie i r�wnieł liczy 10 ten radiator był przymocowany do
C9: 1000�F/16V, niski ESR
zwoj�w. Do nawini�cia potrzebny tej ko�c�wki, kt�ra jest dołączona
C10: 470�F/16V, niski ESR
jest jednak grubszy drut - wyma- do stałego potencjału 300V - ina-
C11: 22nF
gana średnica to 1..1,2mm. Początek czej blaszka b�dzie pełniła dodat-
Półprzewodniki
uzwojenia mocuje si� do ko�c�wki kowo funkcj� małej anteny i pro-
U1: TL431
9. lub 10., koniec do 7. lub 8. mieniowała zakł�cenia. Ta sama
D1: UF4007, RU1P lub inna dioda
Po nawini�ciu naleły włołyĘ uwaga dotyczy układu Vipera -
1A/1000V/100ns (nie zalecam
w karkas rdze�, ścisnąĘ poł�wki mimo braku konieczności, korzys-
 nieśmiertelnej BA159!)
koszulką termokurczliwą lub gum- tnie jest z punktu widzenia gene-
D2: transil 1.5KE200
ką i zmierzyĘ indukcyjnośĘ uzwo- rowanych przez zasilacz zakł�ce�
D3: BYW29-100 lub inna
jenia pierwotnego, kt�ra powinna odizolowaĘ układ od radiatora.
dioda 5A/50V/trr<100ns
wynosiĘ około 1,7mH. Jeśli mier- Na zako�czenie montału pole-
D4: UF4002, BA157
nik wskałe wartośĘ r�łniącą si� cam nałołenie koszulki termokur-
O1: 4N35
od podanej liczby wi�cej nił czliwej na kondensator C8, co
o ą10%, trzeba koniecznie skon- polepszy bezpiecze�stwo ułytko- M1: mostek okrągły 1A/400V
trolowaĘ, czy szczelina w rdzeniu wania zasilacza. Różne
ma prawidłową wartośĘ 0,35mm. Wysoka integracja zasilacza is- DL1: Dps U15L23 (Polfer) lub
W nast�pnym kroku warto jest totnie utrudnia jego uruchamia- podobny
sprawdziĘ prawidłowośĘ rozkładu nie. Zanim na wejście podane DL2: DSp70.10-100 (10�H/2A)
początk�w i ko�c�wek uzwoje� zostanie napi�cie sieci warto jed- Polfer
poprzez ich stopniowe łączenie nak skontrolowaĘ prawidłowośĘ B1: bezpiecznik zwłoczny 1A
z oprawką do druku
szeregowe i obserwacj� wskaza� pracy p�tli sprz�łenia zwrotnego
miernika indukcyjności. Na wszel- oraz przeprowadziĘ elementarne NTC: termistor NTC 10&!/1W lub
rezystor 4,7&!/2W drutowy
ki wypadek rdze� skleja si� po testy �zwarciowo-polaryzacyjne�.
całkowitym uruchomieniu zasila- Zasilacz warsztatowy o regulowa- TR1: transformator do wykonania,
rdzeń EE30/7 z materiału F807
cza, naleły jednak uwałaĘ, aby nym napi�ciu podłącza si� do
(Polfer) wraz z karkasem typu
kształtki nie rozsun�ły si� pod- wejścia (zamiast sieci) i kontroluje
2010
czas jego pracy - jest to prawie wartośĘ i polaryzacj� napi�cia na
Całkowita szczelina powietrzna
pewny spos�b na spalenie Vipera kondensatorze C3. Gdy do ko�-
0,35mm, indukcyjność uzwojenia
w ciągu kilkunastu mikrosekund. c�wki VDD Vipera podłączymy za-
pierwotnego 1,7mH, uzwojenia wg
silacz o napi�ciu zbliłonym do
opisu w tekście
Montał i uruchomienie 12V, na wejściu oscylatora powi-
Złącza ARK 5mm 2 sztuki,
Układ został zmontowany na nien byĘ widoczny przebieg pi-
radiatory dla Vipera i D3
jednostronnej płytce drukowanej łokształtny o cz�stotliwości około
o wymiarach 110x60mm. Wz�r 50kHz.
mozaiki ściełek dost�pny jest Gdy zasilacz podłączony zosta- jasnym światłem po przekroczeniu
w Internecie oraz na płycie CD- nie do wyjścia zasilacza, a w miej- na wyjściu napi�cia około 12V.
EP02/2000. Rozmieszczenie ele- sce diody LED z transoptora wlu- O ile zasilacz przeszedł te pr�-
ment�w przedstawiono na rys. 4. tujemy na czas pr�by zwykłą (nie by pomyślnie, mołna obciąłyĘ go
Opr�cz element�w konieczne podczerwoną!) diod� LED, mołna samochodową łar�wką (np. 12V/
jest wlutowanie jednej zwory sprawdziĘ prawidłowośĘ pracy 10W) i włączyĘ do sieci. Po star-
z drutu. Aby polepszyĘ komfort układu kontroli napi�cia wyjścio- cie pozostaje jedynie wyregulo-
pracy transila D2, do jednej z jego wego - dioda powinna rozbłysnąĘ waĘ napi�cie wyjściowe za pomo-
Elektronika Praktyczna 2/2000
58
Viperowy zasilacz impulsowy
Transil wycina impuls szpilkowy
cą potencjometru PR1. Jeśli zasi- normalny (patrz rys. 5).
na tym poziomie
lacz b�dzie milczał, szukanie wi- Myśl�, łe kałdy po-
nowajcy proponuj� rozpocząĘ od trafi sobie wyobraziĘ
Napięcie
pomiaru napi�Ę na C3 (310V) skutki, jakie wywoła
progowe
i drenie Vipera. Gdy rdze� trans- przeszło dwadzieścia transila
(200V)
formatora cicho terkocze, usterka wat�w mocy wydziela-
prawdopodobnie leły w obwodzie jącej si� w niewielkiej
Przetransformowane
Wyprostowane
na wejS
cie napięcie wtórne
zasilania układu (R2, D4 i C6), diodzie, tak samo cieka-
napięcie sieci
(ok. 120V)
(maks. 360V)
poza tym zawsze winowajcą mołe we są przemyślenia, jak
byĘ transformator, dlatego nale- długo b�dzie pracował
gam na przeprowadzenie wszys- Viper, gdy w układzie
Rys. 5. Napięcie na drenie klucza w chwili,
tkich test�w, jakie podane zostały nie b�dzie diody D2,
gdy jest on wyłączony.
przy okazji opisu. a amplituda szpilek na
jego drenie osiągnie np. 200V. Nieco gorzej z mocą wyjściową.
Modyfikacje napi�ciowo - Niewielkie zmiany napi�cia Za pomocą Vipera 20 trudno jest
prądowe wyjściowego (9..15V) mołna zre- uzyskaĘ na wyjściu wi�cej nił
Z uwagi na prosty spos�b ogra- alizowaĘ poprzez odj�cie lub do- 25..30W. Na szcz�ście jednak jest
niczania przepi�Ę za pomocą tran- łołenie 1 zwoju drutu do uzwo- to najsłabszy członek rodziny i ma
sila, nie wolno jest dowolnie jenia wt�rnego i zmian� stopnia on starsze i mocniejsze rodze�stwo.
zmieniaĘ napi�cia wyjściowego za- podziału dzielnika R5, R6. Wi�k- Robert Magdziak,
silacza, ograniczając si� jedynie sze zmiany napi�ciowe wymagają [e-mail]
do zmiany wartości rezystancji juł przeprojektowania transforma-
dzielnika R6, R5. W skrajnych tora. Z pewnością pomocny do Wzory płytek drukowanych w
przypadkach przetransformowane tego zadania okałe si� arkusz formacie PDF są dost�pne w In-
na stron� pierwotną napi�cie wt�r- kalkulacyjny przedstawiający po- ternecie pod adresem: http://
ne mołe osiągnąĘ taki poziom, łe liczone niniejsze zadanie (plik www.ep.com.pl/pcb.html oraz na
zamiast samych szpilek transil �r�dłowy dost�pny w Internecie płycie CD-EP02/2000 w katalogu
�zechce� wyciąĘ takłe przebieg i na płycie CD-EP2/2000). PCB.
Elektronika Praktyczna 2/2000
59