Stabilizovaný zdroj 0-30V 0-3A

   Zapojení zdroje je překresleno z desky plošných spojů již hotového zdroje. Jeho konstrukce byla nejspíš popsána v některém starším Amatérském rádiu, ale netuším ve kterém. Jde o poněkud netradiční zapojení, kde je napájení 723 stabilizováno zenerkou a výstup je pak řešen inverzně. Díky tomu lze výstupní napětí regulovat prakticky od 0V. Cenou za to je nemožnost použít integrovaný omezovač proudu.
   Pokud jde o vlastnosti zdroje, tak mě kromě velmi dobré stability regulace napětí především zaujalo, že tato konstrukce docela dobře snáší i impulzní odběry bez filtrace. S tím si většina konstrukcí neporadí a jejich proudové omezení obvykle srazí proud prakticky na 0A bez ohledu na nastavení limitace. U tohoto zdroje jsem s tím problémy neměl.


!!! Upozornění !!!

   Toto zapojení jsem umístil na web, protože jsem s ním neměl za celých asi 8 let, co ho používám, sebemenší problém. Fungovalo i několik testovacích kusů. Bohužel se ukázalo, že ostatní konstruktéři často takové štěstí neměli a teď už s ním mám problémy i já. I po výměně téměř všech součástek stále nějak nechce stabilně fungovat omezovač proudu. Proto jediné moje doporučení je: Nestavějte tento zdroj!
   Pokud se přece jen rozhodnete pro jeho stavbu nebo ho již máte postavený a máte s ním problémy, tak doplním několik poznámek. Předně je třeba na místě T1, T2 a T3 použít staré tranzistory KFY16/18 od tuzemské Tesly. Pro transformátory s výstupním napětím pod 23V lze bezpečně použít i KF517. V případě použití nových tranzistorů je třeba vybrat kusy se zesilovacím činitelem asi od 40-70. Rozhodně ne nad 70, jinak je omezovač proudu nestabilní! Dále by odpory R10 a R15 měly mít namísto 100R takových 1k. Toto částečně zvýšilo stabilitu proudového omezovače. Rovněž jsem dostal zprávu, že zdroj po zapnutí má max výstupní napětí jen asi 5V a až po pár minutách lze napětí regulovat do plného napětí. Moc jsem tomu nevěřil, dokud se mi nestalo totéž. Problém byl ve vlastním regulátoru LM723. Podle napětí se sice tvářil plně funkčně, ale po výměně zdroj fungoval bez problému.


!!! OPRAVA ZDROJE !!!

   5.5.2012 - Nendávno se mi ozval jeden konstruktér tohoto zdroje, kterému se kontrukce líbila, postavil jí a úspěšně provozoval. Pak ale došlo na stavbu dalších kusů a narazil na výše popsané problémy. Naštěstí mu to však nedalo a rozhodl se tomu přijít na kloub a to se mu povedlo. Dle e-mailů, které jsem obdržel, je problém s způsoben zenerkou D2. Pokud je její napětí příliš nízké, nemohou se plně otevřít výstupní tranzistory v 723 (darlington) a výstupní napětí při zátěži pak padá. Dle jeho doporučení je tedy třeba použít na místě zenerky D2 kus s napětím minimálně 9V.
   Osobně to prověřit nemohu, prože v mém kusu byl problém úplně jinde, ale údajně to zabralo u ubou nefunkčních kusů, takže pokud tento zdroj již máte, pak rozhodně doporučuji zkusit! Výměnu jsem ve svém nefunkčním kusu zkoušel bez úspěchu, ale to bylo pouze tím, že mi nějakým podivným způsobem odešla dioda D7. Náhodně po pár minutách zátěže dojde skokově ke vzrůstu úbytku napětí z 0.7V na asi 5V - asi se odkontaktovala?

   28.5.2012 - Ohledně zenerky D2 se mi ozval další konstruktér s tím, že D2 má sloužit k omezení proudu přes T14 a T15 ve vnitřní struktuře (viz přiložené schéma). V případě proudového omezení dojde k plnému otevření T15 ve snaze přetlačit proudový omezovač a naznačený proud je pak limitován jen napájecím odporem R2. Řešit to externí zenerkou je ovšem vzhledem k vnitřní struktuře dost pochypný nápad, protože funkce závisí na konkrétním úbytku UBE14, UBE15 a napětí vnitřní zenerky ZD3. Díky tomu buďto zdroj nejede vůbec (výše popsaný problém) nebo zenerka prakticky nemá význam. Proto autor emailu navrhuje odlišné řešení uvedené na přiloženém schématu. Místo zenerky D2 je připojena externí dioda D1, která se v případě proudového omezení (plného otevření T15) otevře a omezí naznačený proud. Sice jsem to nezkoušel, ale přijde mi to jako rozumné řešení.

Alternativa k zenerce D2



1. Popis zapojení

   Zdroj využívá pro zdroje obvyklý stabilizátor 723 v plastovém pouzdře. Napájení obvodu je stabilizováno zenerkou D1, takže napětí výstupu "nelítá" se zátěží, jak je tomu u některých zdrojů s tímto obvodem. Zpětná vazba z výstupu je zavedena přes R5 a trimr R11, kterým se nastavuje maximální výstupní napětí. Proti standardnímu zapojení je zpětná vazba iverzní. Díky tomu je možné na výstup 723 zapojit PNP tranzistor "opřený" o plné nestabilizované napětí. Výhodou tohoto nestandardního zapojení je, že umožňuje regulovat výstupní napětí téměř od 0V až do maxima. Nevýhodou naopak nemožnost použít interní omezovač proudu. Výstupní napětí se nastavuje pomocí P2. LM723 má poměrně malý výstupní proud, takže je posílen tranzistorem T4, který je ovládán pomocí T2. Proud do báze T4 není díky nízkému zesilovacímu činiteli zrovna malý, takže T2 musí mít chladič. V případě, že se na místě T4 použije darlington namísto klasického, pak si lze chladič pro T2 odpustit.


Deska plošných spojů v rozlišení 300dpi, osazovací plánek.

   Proudové omezení je díky nestandardnímu zapojení 723 řešeno externě. K vytvoření úbytku napětí, který vyhodnocuje omezovač proudu slouží D7 a R13. Dioda má za úkol vytvořit předpětí pro bázi omezovacího tranzistoru (asi 0.7V). K vlastnímu snímání proudu pak slouží R13, jehož úbytek se zvětšuje s procházejícím proudem. Napětí pro T1 se odebírá z potenciometru P1, kterým se reguluje úroveň omezení. Trimr R12 nastavuje maximální zkratový proud, R7 minimální a může být i vypuštěn. Otevíráním T1 se přivírá T2 a tím i T4, takže poklesne napětí a proud na výstupu, zmenší se úbytek na R13 a obvod je zase v rovnováze. Z potenciometru se také odebírá nepětí pro T3, který "spíná" LED indikující omezení proudu. "Spíná" znamená, že dioda se rozsvěcuje postupně s narůstajícím proudem. Dřív jsem toho využíval k přibližnému určení proudu. Minimální proud omezovače je asi 20mA.
   Toto triviální zapojení, kde je jako reference omezovače použíta dioda D7 a BE přechod T1, pochopitelně není zrovna stabilní. Úbytky napětí se mění s teplotou, takže limit omezení při zátěži "cestuje", ale málokdy slouží omezovač k něčemu jinému, než k pouhé ochraně zátěže. Pro proudový režim tento zdroj rozhodně učen není!
   DPS má rozměry 111x62mm. Usměrňovač je z jednotlivých diod a je přímo na DPS. Filtrační kondenzátor C5 jsem umístil mimo DPS, protože je dost velký a hlavně vysoký. Odpor R13 bude při plné zátěži dost topit, ale vydrží to. Použil jsem typ v hranatém keramickém pouzdře. Diody by měly být kus nad deskou (asi 1cm), protože se tak lépe chladí. Napájecí trafo by mělo být na 24V (výstup pak bude asi 0-24V), případně i 30V pro menší odběry (0-30V). Je však třeba vzít na vědomí, že na tranzistoru T4 bude ztrátový výkon až: napětí za usměrňovačem (při jmenovité zátěži a trafu 30V asi 30V) krát proud (3A), tedy 90W! To tedy znamená nemalý chladič a hlavně tranzistor s odpovídajícím ztrátovým výkonem. S ohledem na napětí trafa je také třeba zvolit napětí kondenzátoru C5 - u trafa 24V je to 24 * 1.41 = 33V, takže kondenzátor na 35V stačí, ale u trafa 30V už je napětí 30 * 1.41 = 42.5V, takže už 50V. Zdroj lze bez problému používat i pro menší proudy, třeba do 1A. Pak lze zvětšit odpor R13 na 1ohm, čímž se ještě sníží minimální proud při omezení. Zdroj lze také použít pro větší proudy, asi do 6A. Pak je ovšem ztrátový výkon až 180W, takže už se chladič bez větráku neobejde. Odpor R13 se musí zmenšit na asi 0.22ohmu a diody se musí vyměnit za typ na větší proud. Při takové úpravě je už téměř nezbytné použít darlington (třeba i 2 paralelně), ale vznikne z toho tak jako tak přímotop. Použít lze také větší napětí, ale výkon se zase zvětší. Bylo by asi třeba některé odpory nahradit výkonovými (R2, R8, R9).
   Voltmetr lze připojit na výstup (překvapivě :-). Pro ampérmetr lze jako bočník využít odpor R13.


2. Nastavení

   Pokud nejsou na desce zkraty a je vše správně osazeno, musí zdroj fungovat ihned. Potenciometrem napětí (P2) musí jít regulovat napětí výstupu. Jde-li, nastaví se potenciometr na max. a trimrem R11 se nastaví požadované maximální napětí výstupu. Další krok je nastavení maximálního proudu. Napětí výstupu se nastaví na asi 3V, potenciometr proudu (P1) na minimum a trimr R12 na minimum (doleva - maximální odpor). Pokud je úplná jistota, že jsou potenciometry správně, zkratují se výstupní svorky vhodným ampérmetrem. Proud by měl být asi 20mA (může se dost lišit, ale ne víc než asi 50mA). Pak se potenciometr proudu nastaví na maximum. Proud by měl být nižší než 3A. Trimrem R12 se pak proud nastaví na požadovanou hodnotu. Trimrem je třeba otáčet pomalu, protože proud z trafa může být klidně i přes 10A. Nastavení proudu je třeba provádět s již připojeným chladičem, jinak se tranzistor upeče. Dále také není od věci oživovat na laboratorním zdroji s omezením proudu!


3. Měření charakteristik

   30.5.2012 - Včera jsem se konečně přinutil změřit chrakteristiky jednoho kusu tohoto zdroje. Bohužel jsem měl po ruce jen ten původní, velmi špatně provedený, takže výsledky asi nebudou zrovna reprezentativní (prastaré elektrolyty, slabé vodiče, ...), ale pro informaci to snad postačí.
   Vzhledem k tomu, že jsem tomu nechtěl věnovat příliš času, měřil jsem zátěžovou charakteristiku (load regulation) při napájení z vnitříno trafa, nikoliv z externího stabilizovaného zdroje. Díky tomu změřená charakteristika obsahuje i příspěvek nemalého kolísání vstupního napětí (line regulation).

Zátěžová charakteristika

   Napětí je měřeno přímo na výstupní kapacitě zdroje na DPS a jak vidno, tak to není zase taková katastrofa. Podle katalogového listu 723 by to mohlo být horší. Velký rozptyl jednotlivých měření je dán vlivem teploty - jednou jsem měřil vzestupně, pak sestupně a proložení je provedeno ze všech hodnot najednou.
   Když už jsem to měl zapojené, tak jsem zkusil změřit i zvlnění výstupního napětí. Bohužel jsem si nějak zapomněl přepnout multimetr na peak-to-peak režim, takže změřené napětí je efektivní (true rms), což asi nebude to pravé. :-)

Zvlnění výstupního napětí (true rms)

   Nejistotu měření vůbec neuvádím - lze si o ní udělat obrázek z rozptylu jendotlivých bodů. Dominantní složku tvoří jendnoznačně teplotní závislost. Měření bylo provedeno kalibrovaným multimetrem Keithley 2002, takže příspěvěk měřidla k nejistotě měření je, vzhledem k rozptylu hodnot, zcela zanedbatelný.




Seznam součástek
R1 220K
R2, R9, R14, R16 2k2
R3, R17 22k
R4, R5 82k
R6 47
R7, R10, R15 100
R8 4k7
R11 trimr 47k
R12 trimr 1k
R13 0.47, 5W
P1, P2 potenciometr 2k5
C1 470pF keramika
C2, C4 100nF keramika
C3 50uF / 35V elektrolyt
C5 10mF / 35V *
D1 zenerka 12V / 0.35W
D2 zenerka 9V1 / 0.35W, ověřit skutečné napětí - minimálně 9V! *
D3-D6 Pro 3A třeba BY550, pro nižší úbytky napětí třeba schottky SB560
D7 pro 3A např BY550, nesmí být schottky !!!
T1, T3 BC557
T2 KF517, KFY18, KFY16, BD136-16, ... + chladič (asi 1W) *
T4 KD503, BD911 nebo darlingtony BDW83C, TIP142, ... + chladič *
IO1 LM723, MAA723CN (plast), UA723C, UM723, ...

* viz text.

Poslední aktualizace: 30.5.2012

banner