Spínaný zdroj 0-30V 0-6A

Už delší dobu jsem neměl pořádný laboratorní zdroj nastavitelného výstupního napětí a proudu. Obě výstupní veličiny jsou regulovatelné od samýho minima až po maximum. Nechtěl jsem stavět obyčejný lineární zdroj s transformátorem na vstupu a nějakým regulačním prvkem, toho je na internetu až moc. Tak jsem se vydal cestou spínaných zdrojů a vznikl zdroj, který Vám dnes popíši a předvedu. Zdroj není vhodný pro začátečníky, protože je dost obtížný na návrh a hlavně na konstrukci indukčních prvků ( traf a tlumících cívek ). Stavbu bych doporučil člověku, který již nějaký spínaný zdroj stavěl, bez základních znalostí to prostě nejde postavit !

Schéma zapojení hlavní části:

Schéma zapojení pomocného zdroje:

Takže jako u všech spínaných zdrojů je na vstupu napětí ze sítě ( ~230V ). Toto napětí je protaženo vstupním EMI filtrem, usměrněno a vyfiltrováno vhodnou kapacitou kondenzátorů. Následné vyfiltrované napětí ( 325V ) je spínáno výkonnými tranzistory do středofrekvenčního transformátoru. Opět následuje usměrnění a filtrace + zpětná vazba do řídícího obvodu. Takto funguje většina zdrojů.
Výhody spínanách zdrojů :
Asi mezi největší výhody patří účinnost, ta se pohybuje okolo 90% ( při správné konstrukci ). Lineární zdroje mají účinnost okolo 50%.
Další výhoda je, že se spínaný měnič dokáže "přizpůsobovat" zátěži. Díky zpětné vazbě řídí střídu ( poměr mezi sepnutí a rozepnutí výkoných tranzistorů - Ton/Toff ) pomocí, které udává výstupní napětí, čím větší střída tím větší výstupní napětí. S tím souvisí i klidová spotřeba, která je u spínaných zdrojů velmi malá.
Má velmi přesný a stabilní napětí a proud na výstupu, zase je to díky zpětné vazbě.
Velký rozkmit vstupních napětí. Určitá topologie zdrojů může pracovat v rozsahu vstupního ~100-250V, to všichni známe z adaptérů pro notebooky a všech domácích napájecích zdrojů. Většinou jsou tyto zdroje typu jednočinné blokující - flyback ( čti "flájbek" ) - jsou nejpoužívanější, pro svou relativní jednoduchost.
Nevýhody :
Jako všechno, i spínané zdroje mají své nevýhody. Spínané zdroje jsou velmi náročné na konstrukci a materiál. Pro nejjednodušší lineární zdroj stačí tři součástky - transformátor, dioda ( usměrňovač ) a filtrační kondenzátor a máte napájecí zdroj. U spínaných zdrojů toto nejde.
Další nevýhoda je rušení. To je obousměrný, jde ze zdroje, ale i do zdroje a to může způsobit nesprávnou funkčnost. Pro zamezení rušení se spínané zdroje vybavují vstupními filtry. Většinou je složen z dvojité cívky na jednom jádře a pár kondenzítorů.

Srdcem mého zdroje je známý integrovaný obvod TL494. Pomocný zdroj využívá obvodu TNY267. Zdroj se velmi podobá PC zdroji, akorát má jiné zapojení zpětné vazby, pomocí které je dosaženo regulovatelné napětí a proud. Snímání proudu je pomocí bočníku, na kterém se vytváří úbytek napětí podle procházejícího proudu. Jako výkonné spínací tranzistory byly zvoleny bipoláry 2SC3039. Do cca 200W jsou bipolární tranzistory lepší než MOSFET tranzistory, protože nemají takové ztráty. Zvolená topologie : polomost, frekvence spínání 50kHz. Může se zdát divné proč je výstupní usměrnění dvoucestné s vyvedeným středem. Odpověď je jednoduchá, protože bez vyvedeného středu by se musely použít čtyři diody, namísto jedné dvoudiody a při takto malém počtu závitů je tato výhoda využita i kvůli ceně. Ještě upozornění, výstupní dioda musí být min. na 200V v závěrném směru, protože v tomto zapojení vidí 4xUout - 4x30 = 120V (!), tudíž nelze použít dioda z PC zdroje, protože ta je pouze na 30V !
A teď k tomu nejdůležitějšímu. Zdroj je obdobou PC zdroje, jak už jsem psal, proto většinu součástek seženete v PC zdroji. Asi nejproblematičtější je sehnat vhodné indukčnosti. Vstupní EMI filtr je téměř v každém PC zdroji stejný, u toho se zastavovat ani nebudu. Horší je sehnání výkonnéto transformátoru, transformátoru pro pomocný zdroj, budící transformátor a výstupní tlumivku. Hlavní výkonné trafo je též hl. trafo v PC zdroji, ale musí se převinout !!! Počty závitů jsou ve schématu. Průměry drátů : primár jsem vinul jedním drátem o průměru 0,8mm, sekundáry byly vinuty čtyřmi dráty o průměru 0,4mm stočenými do lanka. Primár je rozdělen na dvě poloviny, díky tomu se sníží rozptyl vinutí. Pomocný transformátor je též na jádře z pomocného zdroje z PC. Opět je nutné převinutí ! Budící trafo jsem použil hotové, vypájené z PC zdroje, musí to být budící trafo určené pro buzení bipolárních tranzistorů, neplést s budící trafem pro MOSFETy ! Toto trafo poznáte tak, že má na jedné straně 3 nožičky a na druhé má 5 nožiček. A výstupní tlumivku jsem použil též hotovou z PC zdroje. Má 30z na železoprachovém žlutém jádře. Vstupní i výstupní svorky jsou realizovány FASTONy 6,3mm. Zdroj je vybaven funkcí STAND-BY. Tento režim se aktivuje propojením konektoru "X4". V STAND-BY zdroj bere cca 2W.
To je asi vše z popisu funkčnosti. Na desce je ještě elektronická regulace otáček ventilátoru. R33 je termistor o hodnotě 47k při 25°C, ten je pláclý v žebrech chladiče výstupní diody, ta nejvíce hřeje ( vzhledem k výkonným tranzistorům ).

POZOR !!! VE ZDROJI JE SMRTELNÉ NAPĚTÍ ! KONDENZÁTORY MOHOU ZŮSTAT NABITÉ I PO VYPNUTÍ ! VŠE DĚLÁTE NA VLASTNÍ NEBEZPEČÍ, ZA PŘÍPADNÉ ÚRAZY, ŠKODY NA MAJETKU NEBERU ŽÁDNOU ZODPOVĚDNOST !!!

Osazovací plán:

Deska plošných spojů:

Osazovací plán i DPS jsou 1:1 300dpi (jak vytisknout DPS naleznete v záložce Rady, návody). Skutečná velikost DPS je 110 x 144 mm. Deska padne přesně do krabičky od PC zdroje BlueStorm II 400W.

Vypisovat použité součástky zde nebudu, protože bych u toho zblbnou a stejně bych na něco zapomněl :) Zde přikládám vyexportovaný seznam z EAGLE. Seznam součástek.txt

Reálné fotografie:

Desku ani celý odzkoušený zdroj nebudeme prodávat, protože na to jednoduše nejsou součástky. Pro případné zájemce mohu zaslat originální EAGLE soubory. V případě dotazu, kontakt naleznete v záložce "Kontakt" nebo se ptejte na naší Diskuzi.