Projekty AVT
P
r
o
j
e
k
t
y
A
V
T
Moja pierwsza
przetwornica
2344
impulsowa
Zasilacz
rezerwowy
Projekt dla każdego
Układ pozwalający bezboleśnie wejść w tajemni-
czy świat zasilaczy impulsowych.
* Prosta budowa
* Podczas regulacji nie wymaga posiadania przy-
go napięcia wyjściowego, układ do-
dający nie pracuje i napięcie na wyjściu
rządów pomiarowych, za wyjątkiem woltomierza.
jest równe napięciu baterii, pomniejszo-
nemu o spadek napięcia na jednej dio-
Do czego to służy? nica napięć zasilania, od 7...10V jest dla dzie.
Temat zasilaczy impulsowych i prze- wielu układów niedopuszczalnie duża. Jak z tego widać, ustawione napięcie
twornic jest uważany za bardzo ciekawy, Trzeba zastosować układ, który stabilizo- wyjściowe przetwornicy powinno być
ale i bardzo trudny. W tej opinii jest dużo wałby to napięcie. większe lub równe maksymalnemu na-
prawdy. W Elektronice dla Wszystkich Najprostszym rozwiązaniem jest uży- pięciu baterii. Przykładowo dla baterii 9-
przedstawiono już ogólne informacje o cie jakiegokolwiek stabilizatora, na przy- woltowej, należy ustawić napięcie wy-
elementach indukcyjnych, które są klu- kład 7805 lub 7806. W takim przypadku jściowe nie mniejsze niż 10V. W razie po-
czowymi składnikami takich układów. W stabilizowane napięcie będzie wynosić trzeby napięcie wyjściowe może być zna-
jednym z najbliższych numerów zostanie tylko 5V lub 6V, a sam stabilizator będzie cznie wyższe i wynosić 10...25V, a nawet
zaprezentowany bardzo interesujący pobierał około 5mA cennego prądu z ma- więcej.
układ umożliwiający sprawdzanie właści- łej baterii 6F22. Straty będą duże, a spra- Układ jest bardzo prosty, a z jego bu-
wości cewek oraz dobór cewek do okreś- wność mała (50...70% zależnie od dową i uruchomieniem nie powinni mieć
lonych potrzeb. Podane zostaną informa- prądu). kłopotów nawet początkujący.
cje na temat podstawowych układów Lepszym rozwiązaniem jest zastoso-
przetwornic. Materiał ten umożliwi samo- wanie nowoczesnego mikromocowego Jak to działa?
dzielne projektowanie zasilaczy impulso- stabilizatora typu low drop o regulowa- Uproszczony schemat blokowy prze-
r
y
s
u
n
k
u
1
.
wych. Natomiast niniejszy artykuł przed- nym napięciu wyjściowym. Można wte- twornicy pokazany jest na rysunku 1. Gdy
stawia prostą przetwornicę, zaprojekto- dy, z uwagi na mały minimalny spadek napięcie baterii jest większe niż potrzeb-
waną specjalnie do zaspokojenia na- napięcia na stabilizatorze, ustawić napię- ne napięcie wyjściowe, tranzystor T jest
stępujących potrzeb: Wiele układów zasi- cie wyjściowe równe 7V. Stabilizatory ta- stale wyłączony (nie przewodzi). Prąd sta-
lanych jest z baterii lub akumulatorów. kie są jednak trudniej dostępne i stosun- ły płynie po prostu z baterii przez cewkę
Niektóre spośród tych układów  nie kowo drogie. L i diodę D do obciążenia R . Gdy nato-
L
lubią wahań napięcia zasilania, bo zmie- Jeszcze lepszym rozwiązaniem jest miast napięcie baterii jest niższe, tranzy-
nia to ich parametry. Tymczasem przykła- zastosowanie stabilizatora impulsowego stor T jest włączany i wyłączany z
dowo, napięcie świeżej baterii 9-wolto- - przetwornicy. Wtedy można bez proble- częstotliwością około 100kHz. Najproś-
wej często przekracza 10V. Podczas pra- mu uzyskać stabilne napięcie wyjściowe ciej można to sobie wyobrazić następu-
cy napięcie to stopniowo spada. Baterię w całym spodziewanym zakresie napięć jąco: przy pierwszym włączeniu tranzy-
taką zwykle uznaje się za wyczerpaną, baterii. Opisany dalej układ jest taką prze- stora T przez cewkę płynie prąd i cewka
gdy napięcie spadnie poniżej 7V. Taka róż- twornicą. Dołączona do baterii 9-wolto-  ładuje się  gromadzi się w niej ener-
wej da stabilizowane napięcie wyjściowe gia. Obwód przepływu prądu pokazany
nie mniejsze niż 10V (!) i może pracować jest na rysunku 2a. Gdy tranzystor zosta-
przy prądach obciążenia od zera do co nie wyłączony, zgromadzona w cewce
najmniej 50mA. Jej działanie jest na- energia jest przekazywana do obciążenia
stępujące: gdy napięcie baterii jest mniej- przez diodę D3. Indukowane w cewce
sze od potrzebnego napięcia wyjściowe- napięcie dodaje się do napięcia baterii.
go, układ dodaje do napięcia baterii bra- Obwód prądu w tej fazie pokazany jest
r
y
s
u
n
k
u
2
b
kującą różnicę. Gdyby przypadkiem na- na rysunku 2b. W następnym cyklu, gdy
Rys. 1 Schemat blokowy przetwornicy
R
y
s
.
1
S
c
h
e
m
a
t
b
l
o
k
o
w
y
p
r
z
e
t
w
o
r
n
i
c
y
pięcie baterii było wyższe od potrzebne- tranzystor znów będzie przewodził, cykl
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/99 13
Projekty AVT
P
r
o
j
e
k
t
y
A
V
T
Rys. 2 PrzepÅ‚yw prÄ…du sÄ… ciekawe, ale wykraczajÄ… poza ramy te- zystor T2 jest otwierany na 5µs, i przez
R
y
s
.
2
P
r
z
e
p
Å‚
y
w
p
r
Ä…
d
u
w dwóch fazach pracy
w
d
w
ó
c
h
f
a
z
a
c
h
p
r
a
c
y
go artykułu i nie są niezbędne do wyko- ten czas w indukcyjności L1 zdąży się
nania i uruchomienia układu. zmagazynować znaczna ilość energii.
powtórzy się, a Schemat ideowy modułu przetworni- Gdy tranzystor T2 jest zamknięty (na-
r
y
z
ródÅ‚em energii cy podwyższajÄ…cej pokazany jest na ry- stÄ™pne 5µs), prÄ…d w cewce (który nie lu-
s
u
n
k
u
4
dla obwodu wy- sunku 4. bi gwałtownych zmian) płynie nadal w
jściowego będzie W najprostszym zastosowaniu diody tym samym kierunku, a energia z cewki
w tym czasie kon- D1 i D2 nie sÄ… potrzebne i zostanÄ… za- jest przenoszona przez diodÄ™ D3 do kon-
densator C. Osta- stąpione zworami. Diody te będą po- densatorów C2, C3 i do dołączonego ob-
tecznie obwody trzebne tylko wtedy, gdy przetwornica ciążenia.
przepływu prądu byłaby wykorzystana w obwodzie z rezer- Gdy spowoduje to zwiększenie napię-
r
y
s
u
n
k
i
pokazują rysunki wowym zasilaniem z baterii. Wtedy do cia na wyjściu, napięcie z suwaka PR1 ot-
2b i 2c. W ukła- punktów A, O1 należy dołączyć baterię worzy T1 i tym samym skróci czas otwie-
2
b
2
c
.
dzie tym tranzy- rezerwową, a do punktów B, O2  zasi- rania T2 (rys. 5b). W praktyce będzie się
stor pełni jedynie lacz sieciowy (którego napięcie normal- tu utrzymywać równowaga, tranzystor
rolę klucza za- nej pracy będzie większe od napięcia ba- T1 będzie częściowo otwarty, a szero-
łączony/wyłączo- terii). Normalnie, układ będzie zasilany z kość impulsów na bramce T2 będzie za-
ny i może to być zasilacza, a gdy napięcie sieci spadnie lub leżeć od napięcia wejściowego i prądu
tranzystor bipolar- zaniknie, nastąpi automatyczne prze- obciążenia.
ny albo MOSFET. łączenie na baterię, i napięcie wyjściowe Jak wspomniano, szczegółowa analiza
Dlatego na rysunku 2 zamiast tranzystora na obciążeniu pozostanie takie same. działania układu nie jest konieczna do
narysowano wyłącznik. Działanie samej przetwornicy jest na- zbudowania i uruchomienia tego proste-
Mniej zorientowani Czytelnicy mogą stępujące. Bramki U1A oraz U1B wraz z go modułu. Należy tylko zwrócić uwagę
się zastanawiać, jak przebiega stabilizacja elementami R1, R2, C1 tworzą klasyczny na kilka ważnych szczegółów:
napięcia wyjściowego, które przecież generator o częstotliwości pracy około Obecność diody D4 może wydawać
musi być niezależne zarówno od napiÄ™cia 100kHz, co daje okres 10µs. Bramki U1C siÄ™ niepotrzebna, jednak bez niej ukÅ‚ad
wejściowego (baterii), jak i prądu obciąże- i U1D pełnią jedynie rolę bufora. Na wy- może nie pracować. Przeprowadzając do-
nia. Nie trzeba się nad tym szczegółowo jściu bramki U1D (nóżka 8) występuje kładniejszą analizę układu bez tej diody,
zastanawiać, wystarczy rozumieć na- przebieg prostokątny. W zasadzie powi- należałoby wziąć pod uwagę także we-
stÄ™pujÄ…cÄ… podstawowÄ… zależność: regu- nien on mieć wypeÅ‚nienie 50% (5µs im- wnÄ™trzne obwody zabezpieczenia bramki
lacja polega na zmianie czasu wÅ‚Ä…czenia puls, 5µs przerwa), jednak w praktyce U1E (zawierajÄ…ce rezystor i diody do-
klucza tranzystorowego, czyli inaczej mó- wypełnienie okaże się ono nieco inne ze łączone do szyn zasilania). Taka dokładna
wiąc, czasu ładowania cewki energią. względu na rozrzut napięć progowych po- analiza nie jest konieczna - wystarczy
Gdy czas ten jest krótki, w cewce zgro- szczególnych układów scalonych. Ewen- stwierdzenie, iż dioda D4 jest potrzebna.
madzi się mało energii, i tylko tyle energii tualne niewielkie różnice czasów trwania Bramki U1E i U1F też są niezbędne,
zostanie przekazane do obciążenia w dru- impulsu i przerwy nie mają jednak wię- bo tranzystor T2 musi być sterowany im-
giej fazie cyklu. Gdy napięcie wyjściowe kszego znaczenia w przypadku tak pro- pulsami prostokątnymi o ostrych zbo-
obniży się, tranzystor będzie włączany na stego układu, pracującego z niezbyt duży- czach, a na rezystorze R3 mogą występo-
dłużej, ilość przekazywanej energii będzie mi prądami. wać przebiegi o łagodnym zboczu opada-
większa i napięcie wyjściowe podwyższy Przebieg prostokątny z wyjścia bramki jącym (zobacz rysunek 5b). Wzmocnienie
R
y
s
u
n
e
k
3
się do wymaganego poziomu. Rysunek 3 U1D jest podany na obwód różniczkujący dwóch niebuforowanych inwerterów z
ilustruje zasadę pracy, pokazując przykła- R3C5. Gdyby nie było tranzystora T1, kostki 4069 wystarczy do uzyskania prze-
dowe przebiegi w układzie z rysunku 1. dzięki dużej stałej czasowej R3C5 (oraz o- biegów o stromych zboczach do stero-
Szczegółowa analiza przebiegów z rysun- becności diody D4) przebieg na wejściu wania tranzystora T2. Niedoświadczeni
ku 3, a w szczególności rozważania, skąd bramki U1E (nóżka 11) byłby praktycznie
układ  wie , jakie ma być napięcie indu- taki sam, jak na wyjściu bramki U1D. W
kowane na cewce w drugiej fazie cyklu rezultacie tranzystor MOSFET T2 otwie-
rany byłby na cały czas trwania impulsu
(5µs) i zamykany na czas przerwy (5µs).
Obecność tranzystora T1 pozwala
zmienić czas otwarcia tranzystora T2.
Tranzystor T1 w pierwszym przybliżeniu
można traktować jako zmienną rezy-
stancję, dołączoną równolegle do R3. Ot-
wieranie tranzystora T1, czyli zmniejsze-
nie jego rezystancji zmniejszy stałą cza-
sową obwodu różniczkującego, a tym sa-
mym skróci dodatnie impulsy na nóżce
11 i czas przewodzenia tranzystora T2 -
r
y
s
u
n
e
k
5
.
zobacz rysunek 5.
Gdy napięcie na wyjściu przetwornicy
(punkty C, O) jest za małe, napięcie z su-
waka potencjometru PR1 jest mniejsze
od napięcia progowego T1, i tranzystor
Rys. 3 Podstawowe przebiegi
R
y
s
.
3
P
o
d
s
t
a
w
o
w
e
p
r
z
e
b
i
e
g
i
ten nie przewodzi. Wtedy impulsy z nóż-
Rys. 5 Skracanie impulsów sterujących
R
y
s
.
5
S
k
r
a
c
a
n
i
e
i
m
p
u
l
s
ó
w
s
t
e
r
u
j
Ä…
c
y
c
h
ki 8 U1D nie sÄ… skracane (rys. 5a)  tran-
14 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/99
Projekty AVT
P
r
o
j
e
k
t
y
A
V
T
Rys. 4 Schemat ideowy
R
y
s
.
4
S
c
h
e
m
a
t
i
d
e
o
w
y
Najlepiej zastosować diodę Schottky ego rezystor ograniczający prąd. Prąd bazy
konstruktorzy wpadną tu może na po- (która z racji swych właściwości przez musi zapewnić nasycenie tranzystora w
mysł ulepszenia układu przez zastosowa- niektórych jest nazywana diodą szybkie- stanie otwarcia. Wstępna wartość takie-
nie kostki  ze szmitem - 40106 zamiast go), np. BAT85. Wtedy spadek napięcia go rezystora  3,3k&!.
4069. Choć układ 40106 jest chętnie sto- na przewodzącej diodzie będzie mniejszy, Zmontowany układ powinien od razu
sowany w wielu układach prezentowa- co zmniejszy straty. pracować poprawnie, a jedyną regulacją
nych w EdW, jednak w tym wypadku za- W module zastosowano miniaturowy będzie ustawienie potrzebnego napięcia
miana nie jest możliwa  niech bardziej dÅ‚awik o indukcyjnoÅ›ci 100...150µH o wy- wyjÅ›ciowego (nie mniejszego niż napiÄ™-
zaawansowani Czytelnicy samodzielnie glądzie rezystora. Przy tak małej indukcyj- cie wejściowe) za pomocą potencjome-
zastanowią się, dlaczego? ności konieczna jest wysoka częstotli- tru PR1. W tej roli zastosowano helitrim,
Należy jeszcze zwrócić uwagę na sto- wość pracy, w przeciwnym razie dławik co zapewni wygodną i precyzyjną regu-
sunkowo duże pojemności C1  C3. Jak się nasyci, będzie się grzał, a sprawność lację.
wiadomo, przy dużych częstotliwościach radykalnie spadnie. Nie wolno więc Podczas ustawiania napięcia wyjścio-
pracy przetwornicy wymagane pojem- zmniejszać częstotliwości pracy genera- wego układ należy obciążyć  do pun-
ności filtrujące mogłyby być radykalnie tora, wyznaczonej przez elementy R2, któw C, O trzeba dołączyć półwatowy re-
mniejsze. W przypadku kondensatorów C4. zystor o wartości 200...470&!
filtrujących do przetwornic nie chodzi jed- Wartość napięcia wyjściowego zależy Uwaga, zaleca się, by przy pierwszym
nak tylko o pojemność. Dużą rolę odgry- od wartości napięcia otwierania tranzy- włączeniu zasilania suwak PR1 był usta-
wa także (szkodliwa) rezystancja szere- stora T1, a ta zależy od temperatury. Kto wiony w górnym położeniu (na schema-
gowa kondensatorów (ESR), która rośnie chciałby zmniejszyć wpływ temperatury, cie). Przetwornica będzie wtedy wyłączo-
ze wzrostem częstotliwości. Choć przy może zamiast rezystora R4 wlutować na i dopiero przesuwanie suwaka w dół
małych prądach, przy jakich ma pracować diodę Zenera na napięcie 8,2...10V. spowoduje wzrost napięcia do potrzeb-
moduł, pojemności mogłyby być mniej- nej wartości. Zwarcie suwaka z masą
sze, celowo je zwiększono, by wskazać Montaż i uruchomienie (wyłączenie T1) przy braku obciążenia do-
na ten aspekt. Stąd także w układzie po- Układ może być zmontowany na małej prowadzi do tego, że nieobciążona prze-
r
y
s
u
n
k
u
jawiły się dwa kondensatory wyjściowe płytce drukowanej pokazanej na rysunku twornica będzie pracować  pełną mocą ,
6
C2, C3 (47µF) poÅ‚Ä…czone równolegle za- 6. Montaż jest prosty, nie powinien spra- a napiÄ™cie wyjÅ›ciowe wzroÅ›nie powyżej
miast jednego 100µF. Jak można spraw- wić trudnoÅ›ci. W wersji podstawowej 25V, co może spowodować eksplozjÄ™
dzić w wykazie elementów, mają one wykorzystane będzie tylko jedno z wejść kondensatorów C2, C3.
wyższe niż potrzeba napięcie pracy (25V) A, B i w miejsce D1, D2 należy wlutować
 to też jest częsty  chwyt konstruktor- zwory.
ski. Elektrolity na wyższe napięcie mają Układ scalony 4069 oraz delikatny
mniejszą rezystancję szeregową (ESR). tranzystor T2 należy wlutować na końcu.
Uwaga! W roli diody D3, która pracuje Praktyka pokazuje, że tranzystory MOS-
z przebiegami o częstotliwości rzędu FET małej mocy, choćby właśnie BS170
100kHz, musi być zastosowana dioda od- czy BS107 potrafią się czasem uszkodzić
powiednio szybka. Może to być zwykła z niewiadomych przyczyn, dlatego należy
dioda impulsowa małej mocy, np. się z nimi obchodzić delikatnie, jak z ukła-
1N4148 (lub BAYP75, BAV17). W żadnym dami scalonymi CMOS.
wypadku nie może to być powolna dioda W roli T2, w miejsce MOSFETa można
prostownicza z rodzaju 1N400X czy po- zastosować zwykły tranzystor bipolarny,
dobna. Zwykła powolna dioda prostowni- ale o jak największym wzmocnieniu, na
cza ma zbyt dużą pojemność i obniżyłaby przykład BC548B lub 548C. Wtedy mię-
Rys. 6 Schemat montażowy
R
y
s
.
6
S
c
h
e
m
a
t
m
o
n
t
a
ż
o
w
y
radykalnie sprawność układu. dzy nóżkę 12 U1F a bazę trzeba włączyć
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/99 15
Projekty AVT
P
r
o
j
e
k
t
y
A
V
T
ograniczają wartość prądu ob- ten można polecić wszystkim tym, którzy
Tabela 1
T
a
b
e
l
a
1
ciążenia do kilkunastu, a co do tej pory bali się przetwornic i zasilaczy
Uwe [V] Napięcie wyjściowe [V]
najwyżej kilkudziesięciu mili- impulsowych.
RL=100k&! RL=420&! RL=200&! amperów. Działanie przetwor-
R
L
=
1
0
0
k
&!
R
L
=
4
2
0
&!
R
L
=
2
0
0
&!
Piotr Górecki
P
i
o
t
r
G
ó
r
e
c
k
i
nicy sprawdzono dla prądów
3,0 10,10 - -
obciążenia od 0 do 50mA.
4,80 10,13 9,5 7,65
Sam układ przetwornicy po-
6,52 10,16 9,82 9,5
biera około 3mA (przy napięciu
9,0 10,24 10,12 10,0
baterii 9V).
Wykaz elementów
10,0 10,30 10,22 10,15
Tabelki pokazują właści-
11,4 10,83 10,55 10,40
Rezystory
R
e
z
y
s
t
o
r
y
wości przetwornicy: napięcie
R1: 1k&!
wyjściowe w zależności od
R2: 10k&!
R3: 22k&!
prądu obciążenia i napięcia
Tabela 2 Sprawność
T
a
b
e
l
a
2
R4: 100k&!
wejściowego (baterii) oraz
PR1: 10k&! helitrim
RL=200&! (~50mA) RL=420&! (~25mA) sprawność. Jak widać, napię-
Kondensatory
K
o
n
d
e
n
s
a
t
o
r
y
Uwe Sprawność Uwe Sprawność cie wyjÅ›ciowe niewiele siÄ™ C1: 1000µF/16V
C2,C3: 47µF/25V
7,0V 78,2% 7,0V 78,5% zmienia w szerokim zakresie
C4: 470pF
9,0V 81,6% 9,0V 77,4% napięcia wejściowego i prądu
C5: 1nF
10,0V 83% obciążenia. Przy prądzie obcią-
Półprzewodniki
P
ó
Å‚
p
r
z
e
w
o
d
n
i
k
i
żenia 25mA napięcie wejścio- D1-D3: diody Schottky ego np. BAT85
D4: 1N4148
we może wynosić tylko 4,8V.
T1: BC548B
Nie wolno zapominać, że układ pracu- Pozwoli to wykorzystać całą dostępna
T2: BS170
je z częstotliwością około 100kHz. Gdyby pojemność baterii. Także sprawność jest
U1: 4069
P
o
z
o
s
t
a
Å‚
e
opisywana przetwornica miała być częś- bardzo dobra - przekracza 70, a nawet Pozostałe
L1: 100...150µH (miniaturowy)
cią jakiegoś precyzyjnego przyrządu po- 80%. Oczywiście sprawność przy małym
miarowego, należałoby zwrócić baczna prądzie obciążenia będzie mniejsza ze
Uwaga! Diody D1 i D2 nie wchodza w
uwagę na problem zakłóceń. W takim względu na pobór prądu przez przetwor- skład kitu AVT-2344.
przypadku płytkę należałoby zaekrano- nicę (głównie kostkę 4069)  wspomnia-
wać, umieszczając ją w metalowym pu- ne 3mA.
dełku, połączonym z masą układu. Uzyskane wyniki można uznać za zna-
Komplet podzespołów z płytką
K
o
m
p
l
e
t
p
o
d
z
e
s
p
o
Å‚
ó
w
z
p
Å‚
y
t
k
Ä…
Opisywana przetwornica została za- komite. Podczas montowania i regulacji
jest dostępny w sieci handlowej
j
e
s
t
d
o
s
t
Ä™
p
n
y
w
s
i
e
c
i
h
a
n
d
l
o
w
e
j
projektowana do współpracy z małą bate- układu nie wystąpiły żadne nieprzewi-
AVT jako kit AVT-2344
A
V
T
j
a
k
o
k
i
t
A
V
T
2
3
4
4
rią 9-woltową. Właściwości takiej baterii dziane trudności. Z tego względu układ
16 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 3/99