Prosty zasilacz warsztatowy o szerokim zakresie napięcia i prądu

Karol Świerc

Kursy

Zasilanie

28 października 2022

1534

Zasilacz w warsztacie elektronika jest zawsze potrzebny. Czasem trudno jednoznacznie określić jaki zakres napięcia i prądu nas zadowoli. Więc bezpieczniej powiedzieć – jak najszerszy. No tak, ale duże U i duże I, a szczególnie ich iloczyn – to duży problem. Zasilacz liniowy jest prosty i „cichy”, ale na pewno nie zaspokoi tak rozdmuchanych wymagań. Impulsowy o zakresie powiedzmy 3 V do 60 V z prądem na poziomie 10–15 A, to... „Ho-ho”. Trudna sprawa. Szeroka dostępność i niska cena zasilaczy komputerowych, a także ich moce, są pokusą aby stosować je, gdzie tylko się da. Current i Power na pewno zadowoli większość potrzeb. Gorzej z zakresem napięcia. 3,3 V, 5 V i 12 V to bardzo typowe napięcia, ale zasilacz warsztatowy powinien być regulowany. Przynajmniej skokowo.

W cyklu „Zasilacze komputerowe” przerobiliśmy już kilka konstrukcji. Okazało się, że bez większych problemów można podwoić napięcie wyjściowe. A w dół, także nie jest problemem zejść poniżej 50% nominalnej wartości. Ograniczenie i/lub stabilizację prądu też da się wykonać co sprawia, że tanim kosztem mamy całkiem przyzwoity zasilacz warsztatowy o zakresie od ok. dwóch do dwudziestu woltów z prądem lekko licząc – kilkanaście amper. W dotychczasowych przeróbkach niejako zapomnieliśmy, że jest tam 3,3 V i napięcie ujemne. 3,3 wolt jest w sposób specyficzny i różny w różnych konstrukcjach wytwarzane. Tym bardziej ujemne –12 V (lub też –5 V). Te są dodatkowo bardzo mało wydajne prądowo. Wszystko da się... Źle. Wiele da się zrobić. Ale okazuje się, że nie jest to całkiem proste. A może i 5Vstandby, może przydać się do czegoś więcej aniżeli podtrzymanie „przy życiu” sterownika przetwornicy głównej? Parametry i ceny silver-box-ów są wystarczającą pokusą, aby o tym pomyśleć. Ale, szczególnie cena jest pokusą, iż jeśli dla jednego zasilacza warsztatowego „zutylizujemy” kilka komputerowych, to żaden problem. W bieżącej koncepcji chcemy podążać drogą tego rozumowania.

Jak najmniej przerabiać. A za to łączyć napięcia z kilku zasilaczy PC. Czy to zda egzamin? Czy zadziała? Na pewno nie można wykorzystać wspólnej masy. Trzeba zapomnieć, że masa to masa, i dobrze ją odizolować od obudowy. Ale skoro źródła wyjściowe każdego zasilacza są dobrze galwanicznie odizolowane od masy gorącej, to mogą stanowić źródła pływające. Ten „szalony pomysł” wydaje się realny i co więcej – że musi zadziałać. Jedynie głębsza analiza stworzy wątpliwości, że nie musi... – zadziałać. Obwody zabezpieczeń nie koniecznie „nie zorientują się” w jakiej konfiguracji pracują. Ale... jeśli nawet, ominiemy je. To nieporównanie mniejsza przeróbka od regulacji Uwy, a szczególnie Iwy. Na końcu opracowania pokażemy „w jakich szczegółach diabeł może tkwić”. W dalszej „obróbce” materiału – wstępnego pomysłu, pomijamy trudność natury raczej mechanicznej. Dla nas masa każdego zasilacza, to „nie masa” i musi być starannie odizolowana od obudowy. Zatem, problem może być prozaiczny i poważny jednocześnie – jak je skręcić? Śrubki mocujące płytkę PCB do obudowy, też trzeba usunąć! Ale..., zajmijmy się elektroniką.

Jaki zasilacz potrzebujemy? Jak już wyżej wspomniałem, rozsądna jest odpowiedź, także z pytajnikiem. To zawsze kompromis między cost a performance. Więc..., jak cena niska, to możemy sobie pozwolić na – koncert życzeń.

Jako punkt wyjścia przyjąłem, „co możemy uzyskać” z pięciu silver-box-ów PC. Performance (osiągi) będziemy stopniować. Bo będzie to stopniować też zakres ingerencji w konstrukcję oryginalnego zasilacza. Przetwornice, zasilacze impulsowe poza swoimi wieloma zaletami, pod jednym względem nigdy nie dorównają tradycyjnemu zasilaczowi liniowemu. Szum i zakłócenia szerzej nazywane „z angielska” – noise. Tu zawsze będzie pole do popisu dla układów pracujących liniowo na aktywnej części charakterystyki elementu regulacyjnego. To, czego chcemy uniknąć stosując – kontrolowane kluczowanie. Nie tylko w zasilaczu. Obecnie niemal wszędzie wykorzystuje się, iż iloczyn U×I jest zerowy zarówno gdy klucz jest otwarty jak i zamknięty. A doskonałym przykładem są wzmacniacze audio klasy D (i klas pochodnych). W EdW jest wiele doskonałych opracowań wyjaśniających zasadę, głębsze tajniki i konsekwencje pomysłu kluczowania wzmacniacza zamiast jego pracy liniowej. Ale teraz jesteśmy przy zasilaczu. Czy da się połączyć i pogodzić zalety obu konstrukcji... Źle, obu generalnych idei zasilacza pracującego liniowo i impulsowo? Teraz jest modne – wszystko hybrydowe. Hybrydowe nauczanie, hybrydowa wojna (bo w żołnierzy również rzucają kamieniami, co zmusza ich do ew. założenie hełmu lub kasku). Zasilacz liniowy jest dobry, jeśli będzie LDO (Low Drop Out). Jedynie w tym obszarze układów zasilania „ostały się” stabilizatory liniowe. No tak, ale to nie dotyczy normalnego zasilacza, a tym bardziej warsztatowego. Tu zakres regulacji musi być szeroki! A jakby tak podejść do sprawy... – hybrydowo? Przetwornica jest sprawna energetycznie, a zasilacz liniowy jest „cichy”. Należałoby jedynie sprawić, aby liniowy pracował blisko warunków LDO. Jak będziemy regulować Uwy, preregulator impulsowy powinien za tym nadążać. Idealnie, to liniowo i współbieżnie. Ale może być też krokami – skokowo. Pomysł wydaje się być trafiony, a sposobów realizacji jest wiele. Podobnie jak z iloczynem U×I, tu mamy do czynienia z iloczynem „komplikacji” i „osiągniętych wyników”. Gdzieś ta funkcja ma swoje ekstremum. Każdy z zainteresowanych Czytelników wyznaczy sobie swoje. My, w kolejnych częściach tego cyklu artykułów będziemy posuwać się „gdzieś” po tej funkcji. Zaczynamy od koncepcji najprostszej.

Mamy kilka tanio kupionych silver-box-ów. Nie zależy nam na oszczędności pod tym względem, a równocześnie chcemy jak najmniej je przerabiać. A zakres napięcia i prądu? Jak w „polskim ładzie” – jak największy!