Image20 (16)

Pod lupą

Pod lupą

Tabela 1

Sieć (220\J\	Napięcie trafo (AC)	Napięcie wyjściowe (DC) 10 = 0 10 = 0,1A IO = 1A
+20% I	28,8V	43,2V	42V	37,5V	37.5W
+15% |	27,GV	4!.4V	40,3V	35,8V	35,8W
+ 10%	26.4 V	39,6V	38,5V	34,2V	34,2W
Unom	24V	36,2V	35V	31V	31W
-10% I	21,6V	32,4 V	31,5 V	27,8V	27,8W
I -^m	I 20.4V	30,6V	29,8V	26V	26W
J -20%	<9,2V	23,8V	28 V	[ 24.3V	24,3W

wejściem i wyjściem (Us) nie było mniejsze od pewnej wartości. Dla klasycznych stabilizatorów ten minimalny niezbędny spadek napięcia przy prądzie maksymalnym wynosi zazwyczaj 1,5...3V. Stosuje się też stabilizatory o specjalnej konstrukcji, które mogą pracować przy mniejszym spadku napięcia (0,3... 1,5V) - to tak zwane stabilizatory LDO (Low Drop Out). Szczegóły wykraczają poza ramy tego artykułu. W każdym razie, w zasilaczu stab.lizowur.ym transformator należy dobrać z takim zapasem, żeby przy pełnym obciążeniu najniższe napięcie chwilowe na kondensatorze, oznaczone Umin, było większe od pożądanego napięcia wyjściowego Uo

0    tę (zaznaczoną na niebiesko) wartość Us, jak pokazuje to rysunek 23.

Jeśliby napięcie na kondensatorze spadło poniżej tej wurtości, w przebiegu wyjściowym za stabilizatorem pojawią się tętnienia -układ przestanie być zasilaczem stabilizowanym.

Należy przy tym uwzględnić tętnienia na kondensatorze filtrującym - przecież napięcie Umin nie jest wskazywanym przez woltomierz napięciem stałym r.a kondensatorze pod pełnym obciążeniem. Jest mniejsze od tak zmierzonego napięcia o mniej więcej połowę międzyszczytowcj amplitudy tętnień.

Wahania napięcia sieci

Jeśli zasilacz stabilizowany ma zagwarantować nominalne napięcie i prąd także przy obniżeniu napięcia sieci, należy zastosować transformator z dużym zapasem mocy. Nic sposób podać tu dokładnej recepty. Pomocne mogą być dane z wcześniejszego rysunku 10 oraz z tabeli poniżej, pochodzącej z materiałów firmy ST (SGS-THOMSON), w której podane są napięcia wyjściowe zasilacza nie-stabilizowanego z pewnym 24-woltowym transformatorem przy zmianach napięcia sieci

1    prądu obciążenia.

Podsumowanie

Omówione zagadnienia i przykłady pokazały skalę problemu. Najprostsza sprawa to kondensator filtrujący - wystarczy, żeby przy pełnym obciążeniu tętnienia miały wartość co najwyżej kilku procent napięcia wyjściowego.

Jeśli chodzi o diody prostownicze (mostek), to trzeba pamiętać o podstawowej zasa

dzie: celem jest zapewnienie takich warunków pracy, żeby diody me grzały się nadmiernie, by mogły długo i niezawodnie pracować i żeby nie uszkodził ich prąd wstępnego ładowania kondensatorów po dołączeniu do sieci. Warto się zastanowić, czy zasilacz będzie stale pracował z maksymalnym prądem, czy też obliczany maksymalny prąd będzie zeń pobierany tylko sporadycznie? Jaka będzie temperatura wewnątrz obudowy? Zawsze warto zastosować większe diody, o prądzie maksymalnym dobranym z zapasem i zapewnić im możliwie dobre warunki chłodzenia. Zamiast jednak wgłębiać się w dalsze szczegóły, z przedstawionych rozważań można wysnuć prosty wniosek: dioda o danym prądzie If lub Ifiav), zastosowana w zwyczajnym zasilaczu, dla bezpieczeństwa powinna prostować prądy o wartości do 30.. .60% podanego w katalogu prądu maksymalnego. Oznacza to, że mostek złożony z diod 3-amperowych należałoby wykorzystywać w zasilaczu o prądzie wyjściowym 1,8...3,6A. a nie 6A, jak wskazywałaby najprostsza teoria. A z uwagi na problem wstępnego ładowania pustych kondensatorów po dołączeniu napięcia sieci, warto zastosować diody z jeszcze większym zapasem.

Najtrudniej o proste recepty, jeśli chodzi o transformator. Procedury projektowania zasilaczy i transformatorów podawane w niektórych źródłach są nieaktualne, ponieważ doty czą starych transformatorów na rdzeniach El. Dziś sytuacja jest o tyle inna. że większość konstruktorów nic projektuje transfonrmto-rów. tylko korzysta z gotowych transformatorów na rdzeniach toroidalnych. A „toroidy” od poszczególnych producentów też mogą się znacząco różnić. Kluczowe znaczenie będą więc mieć nie tyle obliczenia, co praktyczne testy gotowego zasilacza.

Analiza zysków i strat może doprowadzić do wniosku, że w danym zastosowaniu warto zastosować transformator o znacznie wyższym napięciu, niż wymagane w standardowych warunkach. Niekorzystnie pociągnie to za sobą konieczność zastosowania kondensatorów o wyższym napięciu, a także znacznie skuteczniejszego radiatora w stabilizatorze, żeby przy maksymalnym prądzie „zbić” napięcie do potrzebnej wartości. Zaletą będzie fakt, że po pierwsze, zasilacz ten zda egzamin także przy obniżonym napięciu sieci. Po drugie, w niektórych zastosowaniach. gdy maksymalna moc będzie wykorzystywana tylko w krótkich odcinkach czasu, możliwe będzie zastosowanie transformatora o mniejszych rozmiarach. Dobitnie wskazują na to wyniki pomiarów z wcześniejszych przykładów. Długotrwała praca w takich warunkach niosłaby ryzyko przegrzania transformatora, ale gdy maksymalna moc potrzeb

na jest tylko chwilowo, może to być rozwiązanie optymalne.

Dotyczy to w dużym stopniu wzmacniaczy mocy audio, gdzie z końcówkami mocy współpracuje zasilacz niestabilizowcny. Jednak w praktyce problemu praktycznie nie ma, a zasady doboru transformatora są proste: sto suje się transformator o takim napięciu, żeby w spoczynku napięcie zasilające było bliskie maksymalnemu dopuszczalnemu napięciu zasilania (scalonych lub dyskretnych) wzmacniaczy mocy. Zapewni to dużą chwilową moc szczytową. Natomiast moc ciągła będzie oczywiście zależna od mocy nominalnej transformatora.

Paradoksalnie, dwa jednakowe wzmacniacze, jeden z transformatorem zasilającym 50W, drugi 300W, mogą mieć tę samą chwilową moc szczytową, ale oczywiście będą mieć drastycznie różne moce ciągłe. Co ciekawe, subiektywnie odczuwana moc wzmacniacza będzie wypadkową różnych czynników, których mc sposób omówić. Okazuje sic jednak, że w związku z impulsowym, charakterem muzyki, logarytmiczną charakterystyką ucha ludzkiego, a także różną sprawnością (efektywnością) głośników, wielkość transformatora wcale nie jest najważniejszym czynnikiem. Dlatego nic należy przesadzać z wielkością transformatora i w praktyce problem doboru mocy transformatora do wzmacniacza nie jest poważny. Często stosuje się transformator o mocy równej lub nawet trochę mniejszej niż sumaryczna moc maksymalna wszystkich kanałów wzmacniacza.

Niewątpliwie problem wyboru transformatora jest najostrzejszy w przypadku laboratoryjnych zasilaczy stabilizowanych, które także przy obniżeniu napięcia sieci muszą dać na wyjściu dobrze stabilizowane napięcie i prąd o gwarantowanych wartościach. Oczywiście wymagania dla zasilacza stabilizowanego o gwarantowanych parametrach 28V, 4A. pracującego w jakiejś zaawansowanej linii technologicznej, gdzieś daleko na wsi, gdzie okresowo zdarzają się znaczne spadki napięcia sieci, będą radykalnie ostrzejsze niz zasilacza warsztatowego o nominalnych parametrach 28V, 4A budowanego na własne potrzeby przez hobbystę. Tu także w grę wchodzi wiele czynników. Inaczej niż we wzmacniaczach audio, we wszelkich zasilaczach stabilizowanych należy stosować transformatory o mocy nominalnej znacznie większej niż moc wymagana na wyjściu zasilacza. Nie można jednak podać ścisłych recept, ponieważ wiele zależy od wymagań stawianych zasilaczowi. Dlatego nawet przy projektowaniu takich „prymitywnych” układów jak zasilacze, otwiera się szerokie pole do popisu dla wiedzy, rozsądku i doświadczenia konstruktora

Piotr Górecki

Elektronika dla Wszystkich Maj 2006 25