Obecnie przetwornice impulsowe stosowane są prawie wszędzie i bardzo często zastępują klasyczne stabilizatory liniowe, na których przy dużych prądach wydziela się znaczna moc strat. Opisywany tutaj układ jest prostą przetwornicą Step-Down obniżającą napięcie 12V na 5V opartą o popularny układ LM2576T. Urządzenie przystosowane jest do pracy z samochodową instalacją 12V i może być używane do ładowania/zasilania GPS'a bądź telefonów wyposażonych w gniazdo USB. W stanie spoczynku układ jest całkowicie odłączony od zasilania i podczas normalnej pracy wyłącza się natychmiast po zaniku prądu pobieranego z jego wyjścia (np odpięcie wtyczki USB). Uruchomienie układu następuje poprzez przycisk chwilowy i jeśli na wyjście nie został uprzednio podłączony odbiornik to przetwornica sama się wyłączy. Układ jest bardzo podobny do przetwornicy MC34063 i zachowuje podobną funkcjonalność.

Działanie:

Na wstępie warto napisać kilka słów o samym LM2576T - kontrolerze przetwornicy. Układ zapewnia znakomitą alternatywę dla typowych 3 końcówkowych stabilizatorów liniowych, oferując bardzo wysoką sprawność i pozwalając na redukcję mocy strat. Bardzo dużą zaletą układu LM2576T jest możliwość wyłączenia i przejścia w tryb Standby gdzie typowo pobierany jest prąd rzędu 50uA. Funkcjonalność ta nie jest wykorzystywana w opisywanym układzie przetwornicy ale warto o niej pamiętać na przyszłość. Kostka LM2576T zawiera w swojej strukturze wszystkie potrzebne komponenty do realizacji przetwornicy, wraz z kluczem tranzystorowym mogącym pracować z prądem do 3A, a wymaga podłączenia tylko kilku elementów zewnętrznych. Na rysunku 1 przedstawiony jest kompletny schemat ideowy przetwornicy. Sercem układu jest wspomniany już wcześniej układ U1 (LM2576T-ADJ) oraz dławik L1 (100uH) i dioda D1 (1N5822). Dioda pełni tutaj bardzo ważną rolę gdyż dzięki niej możliwe jest zamknięcie obwodu dla prądu dławika L1 powstałego po odłączeniu wewnętrznego klucza wyjściowego w układzie U1. Kondensator C1 (100uF) filtruje napięcie zasilania. Filtr wyjściowy stanowi kondensator C4 (470uF), a dioda zenera D4 (BZX85C5V1) o mocy 1.3W może zabezpieczyć układ przed ewentualnym chwilowym wzrostem napięcia zasilania. Bardzo ważnym elementem jest dzielnik napięcia R10 (1,2k), R11 (3,6k) gdyż odpowiada za wartość napięcia wyjściowego. Stopień podziału jest tak dobrany aby przy napięciu wyjściowym 5V na wejściu komparatora układu U1 panowało napięcie 1.23V równe jego wewnętrznej referencji. Wewnętrzny komparator układu LM2576T tak steruje wypełnieniem przebiegu kluczującym tranzystor wejściowy aby napięcie na wyjściu osiągnęło odpowiednią wartość wynikającą z dzielnika. Wypełnienie zmienia się także przy zmianach prądu pobieranego przez odbiornik dołączony do wyjścia przetwornicy. Dużą zaletą opisywanego układu jest możliwość automatycznego wyłączenia zasilania po zaniku prądu pobieranego z przetwornicy. Odpowiada za to tranzystor T1 (BD140) oraz rezystory R6 (10k) i R4 (1k). W stanie wyłączenia rezystor R6 zapewnia poprawne odcięcie tranzystora T1. Uruchomienie układu odbywa się poprzez chwilowe zwarcie przycisku S1 (uSwitch). Przetwornica zostaje uruchomiona a tranzystor T4 (2N7000) podtrzymuje dalej stan niski na bazie T1. Rezystor R4 ogranicza tutaj prąd bazy tranzystora T1. Do kontroli prądu pobieranego z obciążenia wykorzystywany jest wzmacniacz operacyjny U2 (LM358), z którego wykorzystywana jest tylko jedna połówka. Pracuje on w konfiguracji nieodwracającej ze wzmocnieniem równym 1000, ustalonym przez rezystory R12 (100k) i R13 (100R). Kondensator C2 (100nF) filtruje napięcie zasilania wzmacniacza. Do sterowania tranzystorem T4 wykorzystywany jest dzielnik napięcia R9 (10k), R7 (10k), stanowiący podział napięcia wyjściowego wzmacniacza przez 2. Niewielki spadek napięcia na rezystorze pomiarowym R14 (0,2R) rzędu 5-6mV spowoduje już wysterowanie tranzystora T4 i podtrzymanie pracy przetwornicy. Zatem do podtrzymania działania przetwornicy wystarczy pobór prądu rzędu 25-30mA.

Dwukolorowa dioda D2 (LED) pełni rolę kontrolki zasilania i dodatkowo stanowi część prostego obwodu testowego. Przed podłączeniem odbiornika można sprawdzić czy napięcie wyjściowe jest prawidłowe, a dokładnie czy przypadkiem przetwornica się nie uszkodziła i na wyjście przez uszkodzony klucz przedostaje się napięcie wejściowe. Mogło by to doprowadzić do uszkodzenia dołączonego odbiornika. Gdy napięcie na wyjściu jest za wysokie, przewodzi dioda zenera D3 (BZX55C5V1), a na rezystorze R8 (2,2k) odkłada się potencjał wystarczający do otwarcia tranzystora T3 (2N7000). Natychmiast T2 (2N7000) zostanie zatkany i zaświeci czerwona dioda LED. Prąd diod ograniczony jest przez rezystory R2 (560R) i R3 (1k). Podczas normalnej pracy tranzystor T2 przewodzi (dzięki R5) i świeci zielona dioda LED.

Budowa:

Płytka drukowana dostępna tutaj (warstwa od strony druku) może z powodzeniem zostać wykorzystana do zbudowania układu. Rysunek w odbiciu lustrzanym dostępny jest tutaj. Pomocą w konstrukcji płytki od strony elementów (od góry) będzie z pewnością schemat montażowy dostępny tutaj. Montaż przetwornicy nie jest skomplikowany, całość zmieściła się na jednostronnej płytce drukowanej. Na płytce nie ma żadnej zworki, a elementy przewlekane zastosowane w projekcie pozwolą na wykonanie tego układu nawet przez osoby mniej doświadczone. Lutowanie należy rozpocząć od elementów najmniejszych - rezystorów, potem diody, tranzystory, a kończąc na kondensatorach i złączach. Pod układy scalone w tym wypadku nie należy stosować podstawek, szczególnie jeśli układ ma pracować w samochodzie, zgodnie z pierwotnym założeniem. Zamiast diody D2 i przycisku S1 dobrze jest wlutować gniazda GW (goldpin z prowadzeniem) podobnie jak pod złącze wejściowe GP1 (GW-02) i złącze wyjściowe GP2 (GW-02). Ułatwi to montaż urządzenia w samochodzie. Gdyby układ miał pracować ciągle w trudnych warunkach, bez przepływu powietrze to warto przykręcić niewielki radiator (kawałek blaszki) do tranzystora T1. Jak już wcześniej wspomniano układ posiada funkcję automatycznego wyłączania. Można jednak w bardzo prosty sposób z niej zrezygnować, gdyby okazała się niepotrzebna w konkretnym zastosowaniu. Rezystor R14 należy wtedy zastąpić zworką, a wzmacniacz operacyjny U2 i elementy z nim współpracujące nie będą potrzebne. Nie należy też montować tranzystora T4. Zamiast przycisku chwilowego można zastosować dowolny przełącznik małej mocy, co pozwoli wygodnie włączyć przetwornicę. W przypadku gdy układ ma pracować w trybie ciągłym, nie należy montować także tranzystora T1, a jedynie połączyć jego emiter z kolektorem za pomocą zworki. Gdyby Układ miał pracować z prądami większymi od 1A w roli T1 warto zastosować jakiś mocniejszy tranzystor, najlepiej w układzie darlingtona: TIP126 lub BD650.

Zdjęcia Projektu:

Wykaz Elementów:

Załączniki:

Pytania i Komentarze:

comments powered by Disqus