Stabilizovaný zdroj 0-20V/1A

 

Třísvorkový stabilizátor LM317 se stále používá přestože vývoj elektroniky dal v současnosti vzniknout mnohem kvalitnějším obvodům. Zejména regulovatelné zdoje jsou s tímto obvodem stále velmi populární a literatura se jimi jen hemží. Tato oblíbenost se opírá zejména o nízkou cenu, dostupnost a jednoduchost zapojení, které lze zadrátovat během chvilky v okamžiku absence kvalitního laboratorního zdroje s regulovatelným výstupem a proudovým omezením. Ač vlastnosti obvodu není dobré příliš přeceňovat, řešil jsem v okamžiku testování jednoho zařízení již nastíněný problém absence dalšího laboratorního zdroje. "Zadrátoval" jsem tedy jednoduché zapojení se zmíněným obvodem. Shodou okolností jsem krátce nato zahlédl v některém ze starých čísel AR něco podobného. Autorem byl Ing. Vlček. Na internetu se o něm tvrdí, že jím publikvané konstrukce fungují pouze jemu. Z čiré bujnosti a zvědavosti jsem tedy původní katalogové zapojení upravil. Přestože popisovaný zdroj vznikl již v roce 2009, domnívám se, že by se uvedené informace mohly některým zájemcům o elektroniku a neprofesionálům hodit.

 

Technické údaje
Napájecí napětí 230[V]AC/50[Hz]
Regulované napětí 0 - 25[V]DC
Omezení proudu 0 - 1,2[A]
Zvlnění při 10[V]/500[mA] 16[mV]
Indikace omezení proudu optická (rudá LED)
Indikace zapnutí zdroje optická (zelená LED)
Indikace funkce zdroje pro ventilátor optická (zelená LED)
Tepelná pojistka chladiče ano
Řízení otáček ventilátoru proporcionální
Regulovaný rozsah teplot 20 až 50[°C]

Popis zapojení

Použití obvodu LM317T (IO1) vychází z katalogového zapojení. Tam je možné najít, že pokud chceme jeho výstupní napětí regulovat od nuly, je potřeba "opřít" stabilizátor o záporné napětí vhodné velikosti. Pokud bychom to neudělali, regulace by pracovala zhruba od napětí 1,25[V] do maxima. V různé literatuře můžeme najít nepřeberné množství právě takových zdrojů.

Záporné referenční napětí lze získat, mimo jiné, třeba jednoduchým zdvojovačem tvořeným D4, C3, D5, C4 (jest-li si se mnou paměť příliš nezahrává, říká se tomu Delonův násobič). Oba zdroje je nutno z důvodů jisté napěťové stability zatížit nějakým minimálním proudem. V našem případě tuto zátěž kolem 5-10[mA] tvoří rezistory R7 a R6 společně s LED1 (přesnějí - zvolený rezistor představuje zátěž hlavního zdroje zhruba 10[mA] při 30[V], tedy o trochu větší než zdroje pomocného). LED1 současně indikuje zapnutí přístroje a také přítomnost záporného napětí potřebného pro regulaci zdroje.

Tranzistory T1 a T2 tvoří nastavitelnou proudovou pojistku zdroje. Vnitřní proudová pojistka integrovaného obvodu se začne uplatňovat zhruba od 1,5[A]. Rezistor R2 je volen tak, aby na něm při maximálním proudu nebyl příliš velký úbytek napětí, ale aby byl omezovací obvod při proudech řádově desítky miliampér ještě dostatečně citlivý (rezistor j24 odpovídá zhruba 1,2[A]). Volbou rezistoru R3 zajistíme zhruba lieární průběh proudového omezení. Je potřeba, aby pojistka pracovala i při nastavení potenciometru na maximum a neprojevilo se žádné výrazné pásmo necitlivosti. Zvětšováním R2 snižujeme maximálně dosažitelný proud pojistky.

P3 a R3 toří dělič napětí vzniklého průchodem proudu na R2 a D7. Kombinace R4 a R5 určuje pracovní bod T1. Neměl by spínat dříve než se úplně otevře T2. Tím je zajištěno relativně strmé omezení proudu pro nastavenou hodnotu pomocí P3. LED2 by se měla rozsvítit současně s otevřením T2 kdy začne být proud omezován. ... no uznávám, že operační zesilovač je na tomto místě asi lepší.

Rezistor R10 určuje proud indikační LED2 a lze jej volit dle svítivosti použité diody.

Rezistor R11 tvoří minimální zátěž na výstupu zdroje (příčný proud je cca 10[mA] při 20[V]). Zajišťuje stabilní hodnotu výstupního napětí bez připojené zátěže.

Výstupní veličiny zdroje, tedy napětí a proud, jsou zobrazovány digitálními panelovými voltmetry (DPM). Pro požadované rozsahy měření však musí být tato měřidla upravena. Podrobně jsou tyto úpravy popsány v dosud nepublikovaném článku. Napětí přímo úměrné procházejícímu proudu je snímáno na dvojici paralelních rezistorů Rs1 a Rs2. Velikost tohoto napětí je upravena pro rozsah měřidla proudu ještě další paralelní dvojicí rezistorů RA. Pro přesnější kalibraci lze použít trimr.

Diody D8, D9 plní ochrannou funkci. Zejména je-li zdroj využíván také jako nabíječka. D8 je připájena přímo na výstupní svorky.


Stavba a oživení


Poznámky ke stavbě



Závěr

Uvedené zapojení stabilizovaného zdroje využívá katalogové zapojení integrovaného obvodu LM317T doplněné o nastavitelné proudové omezení. Současně řeší spojitou regulaci výstupního napětí od nula voltů do maxima, což většina jednoduchých zapojení bez operačních zesilovačů neřeší. Parametry zdoje jsou na maximu, které lze z použitých součástek reálně vytáhnout. V mnohých případech jsou pro použití naprosto dostačující.

Modul zdroje mi bylo líto po provedení experimentů zmiňovaných v úvodu odložit do krabice s nepotřebnými projekty. Navrhl jsem pro něho jednoduchou přístrojovou skříňku a nakonec, po nějaké době provozu ještě doplnil digitální panelová měřidla. Výsledek je sice poněkud těsnější a nepříliš optimální proti jednodeskové konstrukci, ale i přes poněkud větší množství drátování je vyhovující. Koncepčně se jedná možná o trochu netradiční konstrukci, protože některé ovládací prvky jsou z prostorových důvodů umístěny také na zadním panelu, ale na stole zase nezabere příliš mnoho místa. Komerčně dostupné zdroje jsou i při stejných parametrech zpravidla větší. Použitý chladič integrovaného obvodu pochází z nějakého počítačového vraku. Na fotografiích je vidět, že jeho součástí je malý ventilátorek. Ponechal jsem jej na chladiči a připravil také jednoduché pomocné chlazení s termistorem a třemi tranzistory. Tato část však nebyla nakonec realizována. Funkční řídící modul ventilátoru byl použit v jiném projektu.

I když se jedná o poměrně jednoduchý zdroj a širší použití jsem nepředpokládal, slouží zhruba od roku 2009 zejména jako nabíječka různých akumulátorů včetně nářadí a v poslední době také jako napájecí zdroj k nabíječce Equilibrum. Vzhledem k tomu, že letový park nevyžaduje při nabíjení kabel přímo z Temelína, vyhovuje popisovaný zdroj pro tyto účely zcela bez problémů.



Schema zapojení
DPS - spodní strana
DPS - osazení
Propojení modulů
Návrh přístrojové skříňky
Fotografie



Seznam součástek
Označení Hodnota Název Provedení Poznámka
R1 4k7 rezistor 0207 -
R2 j45 rezistor 411 2x1j paraleleně
R3 680R rezistor 0207 -
R4, R10 33k rezistor 0207 -
R5, R6, R7 2k7 rezistor 0207 -
R8, R9 220R rezistor 0207 -
R11 1k2 rezistor 0207 -
P1 100k potenciometr TP160/N -
P2 5k potenciometr TP160/N -
P3 1k potenciometr TP160/N -
C1 100n kondenzátor keramický -
C2 4G7 kondenzátor elektrolyt 35V RM=7,5
C3, C4 100M kondenzátor elektrolyt 35V RM=3,5
C7 1uF kondenzátor fóliový -
IO1 LM317T regulátor napětí TO220 -
T1 BC556 tranzistor PNP TO92 BC557
T2, T3 BC546 tranzistor NPN TO92 BC547
D1, D2, D3, D4, D7 1N5408 dioda 3A DO201 1N5401 - 1N5408*
D5, D6 1N4007 dioda 1A DO59-03 -
LED1 L-53SGC LED zelená 5mm L-53SRC-DW
LED2 ---- LED rudá 5mm -
X1 ARK120/2 svorkovnice RM 7,5 mm -
K1 - lámací lišta přímá -
FX1, FX2 kontakt 4,8x0,8 Faston do DPS přímý 2ks
- - distanční sloupek 10xM3/M3 4ks, šestihran vnější
- PM129A1 panelové měřidlo digitální -


* Poznámka - měl jsem je v šuplíku. S odkazem na teorii napěťových a proudových poměrů na Graetzově můstku připomínám, že typy 1N40xx jsou pro předpokládaný odběr něco málo přes 1A naprosto dostačují.




Poslední aktualizace dne 30.3.2013

Zpět


Návštěv:
279543