Proste jest genialne – budowa regulowanego zasilacza

Prolog

Postanowiłem opisać budowę mojego podręcznego zasilacza, którego często używam tak na zajęciach, jak również w pracy a także realizując własne projekty.

Przy okazji pisania artykułu postanowiłem zbudować nieco odświeżoną i wygodniejszą w użyciu wersję.

Rozdział pierwszy – LM317

Zasilacz zostanie zbudowany na bardzo popularnym układzie scalonym, LM317. Jest powszechnie dostępny i bardzo tani- jego cena to nieco powyżej złotówki.

Czym jest ten komponent? To liniowy stabilizator napięcia, bardzo podobny do używanego na zajęciach LM7805, jednak pozwalający na regulację napięcia wyjściowego. Zdecydowałem się na użycie komponentu marki ST microeletronics. Zerknijmy w notę katalogową:

Wśród ficzersów mamy:

1. Napięcie wyjściowe z zakresu 1.2-37V – dla tego samego elementu!
2. Prąd wyjściowy 1.5A – przyznajcie, że jest to dosć spora wartość. Na pewno z zapasem wystarczy do zasilania prostych układów logicznych.

Nota przedstawia również 4 obudowy, w jakich możemy spotkać ten układ. Ja zdecydowałem się oczywiście na TO220, która umożliwia przykręcenie doń radiatora, a przy tym nie ma rozmiarów encyklopedii.

Na zajęciach często wspominam o tym, ze ZAWSZE powinniśmy sie zapoznać z tabelą Maximum Ratings, znajdującą sie w każdej nocie katalogowej.

Jak widać, maksymalna różnica pomiędzy napięciem wejściowym a referencyjnym wynosi 40V. Imponujące, jednak warto pamiętać, że jest to stabilizator liniowy, więc spadek napięcia będzie się bardzo ściśle wiązał z wydzielaną mocą.

Zaznaczone jest także, że prąd wyjściowy jak i wydzielanie ciepła jest kontrolowane wewnętrznie- nie musimy się zatem przejmować, że przegrzejemy układ. W momencie przeciążenia przytnie nam napięcie bądź całkowicie się wyłączy.

Warto też pamiętać, że jak każdy tego typu układ, ma on również napięcie dropout, które w przypadku LM317 wynosi około 2V, w zależności od warunków pracy. Jest do przestawione na poniższym wykresie:

Jak widać, przy maksymalnym prądzie wyjściowym(1.5A – górny wykres), oraz temperaturze 50st, wynosi ono nawet powyżej 2.2V.

Lećmy dalej, czyli do jednego ze schematów aplikacyjnych:

Schemat przedstawia aplikację w podstawowym zasilaczu regulowanym. Na tym schemacie będę opierał dalsze działania.

Ale zaraz- producent nie podał wartości rezystorów! Jak zatem je dobrać?

Na kolejnej stronie podany został wzór na obliczenie napięcia wyjściowego, który w uproszczonej postaci wygląda tak:

Vo = Vref (1+ R2/R1)

Gdzie:

Vo – napięcie wyjściowe

Vref- napięcie referencyjne- dla LM317 wynosi ono 1.25V

R2, R1 – wartości rezystancji

Jeżeli nie che nam się liczyć, można poszukać w google jakiegoś internetowego kalkulatora, ja wpisałem frazę „LM317 calculator”,

Gdy za R1 podstawię rezystor 1k, natomiast za R2 potencjometr 10k, to otrzymam napięcie regulowane w zakresie od 1,25 – 13.75 V(od zerowej do maksymalnej wartości nastawu potencjometru). Zachęcam do sprawdzenia tego osobiście!

Ponieważ do zasilania układu użyję przetwornicy od notebooka o napięciu wyjściowym 19,6V, ten zakres wydaje się zbyt mały. Sprawdźmy zatem, co będzie kiedy za R1 podstawimy 500 Ohm.

Tym razem otrzymam regulację w zakresie 1,25- 26,25V. Znacznie lepiej, ale należy pamiętać, że stabilizator i tak nie podniesie napięcia wejściowego, zatem otrzymamy regulację do ok. 17V.

Mam więc dwie możliwości- mały zakres i większa precyzja, albo szerszy zakres i mniejsza prezycja. A co jeżeli zdecydujemy się na użycie obu rozwiazań jednocześnie?

Oczywiście jest taka możliwość. Oto schemat:

Zauważcie, że użyłem dwóch rezystorów 1k, z czego jeden z nich zostaje z wolnym wyprowadzeniem, podciągniętym do pinów J2.

Kiedy na piny założymy zworkę- zepniemy rezystory równolegle, co poskutkuje zmniejszeniem oporu do 500 Ohmów i rozszerzenie zakresu regulacji napięcia.

Dodatkowo na schemacie ująłem również woltomierz, który zostanie wbudowany na stałe w układ, a także kondensatory do filtracji zasilania.

Rozdział drugi – potrzebne elementy

Oto lista potrzebnych komponentów:

1. Płytka uniwersalna
2. Stabilizator LM317
3. Dwa kondensatory filtrujące 100nF
4. Miniaturowy woltomierz LED z trzema przewodami
5. Goldpiny
6. Zwora
7. Liniowy potencjometr 10k
8. Dwa rezystory 1k
9. Złącze wejściowe i wyjsciowe
10. Opcjonalnie-radiator

Lista potrzebnych narzędzi i materiałów:

1. Lutownica kolbowa
2. Cyna
3. Topnik
4. cążki
5. Drut srebrzankowy lub nóżki od rezystorów THT(do łączenia punktów)
6. Opcjonalnie- pasta termoprzewodząca

Rozdział trzeci: budowa

Budowę warto rozpocząć od zaznaczenia pozycji elementów na płytce. Wiąże się to z dobrym rozplanowaniem ergonomii urządzenia, a także ułatwień podczas montowania. Dobrze zorganizowany plan pozwala na przykład uniknąć zbyt wielu przeciągnięć ścieżek na górnej warstwie.

Poniważ użyty przeze mnie potencjometr ma wbudowany włącznik, użyłem go do odcięcia napięcia zasilania.

Jeżeli chodzi zaś o woltomierz, nie bez powodu poleciłem model z trzema przewodami. Dzieki temu wskaźnik ma odseparowane napięcia zasilania od napięcia mierzonego- a to z kolei pozwala mu mierzyć napięcia poniżej 2V. Nie powoduje również przygaszania i rozjaśniania wyświetlanej wartości podczas regulacji.

Oto, jak prezentuje się zasilacz:

Epilog

W ten sposób powstał bardzo praktyczny układ zarówno dla początkujacego elektronika, jak i starego wyjadacza. To właśnie LM317 używam na zajęciach do efektywnego palenia oporników czy odstrzeliwania kondensatorów, gdzie standardowe zasilacze nie dają rady.

Stabilizator ma całkiem niezłe parametry i chociaż nie grzeszy on efektywnością- odwdzięcza się zasilaniem bardzo dobrej jakości.

Osobiście używam go na codzień do zasilania miniaturowej lutownicy, czy dremela do cięcia płytek:

Na koniec dodam jeszcze, że podczas pobierania z układu większego prądu należy bardzo uważać na stabilizator- jego temperatura może osiągnąć nawet 150 stopni Celsjusza.

Czas jaki poświęciłem na napisanie tego tekstu i budowę zasilacza to nieco ponad 2.5h 🙂

Przyjemnej budowy 🙂

Ramzes

---