W tym poście chciałbym przedstawić sposób budowy zasilacza impulsowego w oparciu o układ firmy ST Microelectronics L4960.
Układ L4960
L4960 jest impulsowym stabilizatorem napięcia z funkcją regulacji wartości napięcia wyjściowego.
Rys. 1. L4960 - wygląd zewnętrzny
Poniżej przedstawiam opis tego układu w punktach, został on pobrany z dokumentacji udostępnionej przez producenta:
- Obudowa ZIP7, Heptawatt
- Napięcie wejściowe
- Napięcie wyjściowe 5,1V do 40V
- Prąd wyjściowy 2,5A
- Źródło napięcia odniesienia, działa z dokładnością do +/-2%
- Sprawność do 90%
- Wyłączenie układu w przypadku przekroczenia wartości temperatury
- Wewnętrzny ogranicznik prądowy
- Wyposażony w układ miękkiego startu
Rysunek 2 przedstawia opis poszczególnych wyprowadzeń z układu.
Rys. 2. Wyprowadzenia układu L4960
Poszczególne wyprowadzenia wraz z pełnionymi przez nie funkcjami przedstawiłem poniżej:
Jak można zaobserwować na rysunku w skład struktury wewnętrznej wchodzą: generator taktujący, stopień wyjściowy mocy, układ miękkiego startu, źródło napięcia odniesienia oraz regulator PWM, który jest sterowany za pomocą wzmacniacza błędu. Dodatkowo w układzie zawarte są, wymienione wcześniej zabezpieczenia, jak: termiczne, przeciwzwarciowe oraz przeciążeniowe.
Soft start time constant. A capacitor is connected between this terminal and ground to define the soft start time constant. This capacitor also determines the average short circuit output current.
Sposoby wykonania podłączenia przedstawiłem na rysunku 3, został on pobrany z dokumentacji układu. Jest to typowy sposób wykonania podłączenia
Powyższy układ został delikatnie zmodyfikowany w celu osiągnięcia lepszych parametrów, oraz większych możliwości. Przede wszystkim rezystor R3 został zastąpiony potencjometrem 10k, dzięki któremu można sprawnie regulować wartość napięcia wyjściowego. Dodatkowo należy pamiętać aby podczas wykonywania płytki stosować jak najkrótsze połączenia do masy.
Co do zasilania układu, najlepiej wykorzystać transformator obniżający napięcie do wartości akceptowalnej czyli od 9 do 46V, po czym całość jest podawana na prostownik dwupołówkowy. Czyli można powiedzieć do dyspozycji jest kilka rozwiązań, transformator + mostek prostowniczy zintegrowany w obudowie z układem stabilizatora, lub sam mostek, dzięki czemu ograniczona zostanie masa całego urządzenia a transformator nie będzie na stałe umieszczony w jednym urządzeniu tylko zostanie podłączany kiedy zajdzie taka konieczność. Ostatnie rozwiązanie polega na pominięciu obu wymienionych wcześniej komponentów i zastosowaniu zasilacza VDC zewnętrznego o wysokiej wydajności prądowej.
W przypadku korzystania z mostka należy dodatkowo dołączyć kondensatory filtrujące (wygładzające) napięcie, które zostanie już wyprostowane. Musi on być podłączony równolegle do obciążenia, czyli pomiędzy zasilanie a masę.
Poniżej przedstawiam schemat układu jaki został wykonany przeze mnie w programie Altium Designer.
Jako diodę można zastosować albo BYW80 lub bardzo szybką diodę schottky'ego przystosowaną do dużych prądów (5A). Pozwoli ona na podniesienie sprawności całego układu.
Kolejnym elementem jest radiator. Należy go dołączyć do układu L4960, oraz do diody jeśli zachodzi taka potrzeba. W przypadku BYW80 lub innej tego typu należałoby zastosować odprowadzanie ciepła.
Następnym elementem po przygotowanym schemacie będzie schemat płytki PCB zawierającej dwie warstwy dolną oraz górną.
Poniżej widok płytki z rozłożonymi komponentami, Zostawiłem na niej dosyć dużo miejsca, po to aby można było swobodnie umieścić radiatory, które już będą wystawiać poza obudowę, oraz chciał zastosować duże pole na wylanie masy.
- Output - Wyjście wartości ustabilizowanej
- Soft start - miękki start - pod ten pin podłączany jest kondensator (pomiędzy pin 6 a GND), aby ustawić wartość czasu trwania stałej czasowej układu miękkiego startu. Działa po przez wykonywanie powolnego narastania szerokości impulsów na wyjściu układu. Pozwala to uchronić przed przeciążeniem takie komponenty jak transformator czy prostownik. Zapobiega występowaniu stanów nieustalonych.
- Oscillator - Generator - pod to wyprowadzenie podłącza się równolegle kondensator wraz z rezystorem, tak aby ustalić częstotliwość wewnętrznego generatora kluczującego. Powinna ona być ustawiona na około 100 kHz.
- GND - GND
- Freq. Comp - Kompensacja częstotliwości - podłączenie kondensatora oraz rezystora szeregowo. Pozwala to na uzykanie odpowiedniej kompensacji wewnętrznego wzmiacniacza błędu.
- Feedback input - Wejście sprzężenia zwrotnego - pozwala na regulację wartrości napięcia wyjściowego.
- Input - Wejście napięcia zasilającego
Poniżej na rysunku 3 znajduje się schemat blokowy układu L4960.
Rys. 3. Schemat blokowy układu L4960
Jak można zaobserwować na rysunku w skład struktury wewnętrznej wchodzą: generator taktujący, stopień wyjściowy mocy, układ miękkiego startu, źródło napięcia odniesienia oraz regulator PWM, który jest sterowany za pomocą wzmacniacza błędu. Dodatkowo w układzie zawarte są, wymienione wcześniej zabezpieczenia, jak: termiczne, przeciwzwarciowe oraz przeciążeniowe.
Schemat podłączenia
Soft start time constant. A capacitor is connected between this terminal and ground to define the soft start time constant. This capacitor also determines the average short circuit output current.
Sposoby wykonania podłączenia przedstawiłem na rysunku 3, został on pobrany z dokumentacji układu. Jest to typowy sposób wykonania podłączenia
Rys. 4. Podstawowy schemat podłączenia
Powyższy układ został delikatnie zmodyfikowany w celu osiągnięcia lepszych parametrów, oraz większych możliwości. Przede wszystkim rezystor R3 został zastąpiony potencjometrem 10k, dzięki któremu można sprawnie regulować wartość napięcia wyjściowego. Dodatkowo należy pamiętać aby podczas wykonywania płytki stosować jak najkrótsze połączenia do masy.
Co do zasilania układu, najlepiej wykorzystać transformator obniżający napięcie do wartości akceptowalnej czyli od 9 do 46V, po czym całość jest podawana na prostownik dwupołówkowy. Czyli można powiedzieć do dyspozycji jest kilka rozwiązań, transformator + mostek prostowniczy zintegrowany w obudowie z układem stabilizatora, lub sam mostek, dzięki czemu ograniczona zostanie masa całego urządzenia a transformator nie będzie na stałe umieszczony w jednym urządzeniu tylko zostanie podłączany kiedy zajdzie taka konieczność. Ostatnie rozwiązanie polega na pominięciu obu wymienionych wcześniej komponentów i zastosowaniu zasilacza VDC zewnętrznego o wysokiej wydajności prądowej.
W przypadku korzystania z mostka należy dodatkowo dołączyć kondensatory filtrujące (wygładzające) napięcie, które zostanie już wyprostowane. Musi on być podłączony równolegle do obciążenia, czyli pomiędzy zasilanie a masę.
Poniżej przedstawiam schemat układu jaki został wykonany przeze mnie w programie Altium Designer.
Rys. 5. Schemat wykonanego stabilizatora
Jako diodę można zastosować albo BYW80 lub bardzo szybką diodę schottky'ego przystosowaną do dużych prądów (5A). Pozwoli ona na podniesienie sprawności całego układu.
Kolejnym elementem jest radiator. Należy go dołączyć do układu L4960, oraz do diody jeśli zachodzi taka potrzeba. W przypadku BYW80 lub innej tego typu należałoby zastosować odprowadzanie ciepła.
Następnym elementem po przygotowanym schemacie będzie schemat płytki PCB zawierającej dwie warstwy dolną oraz górną.
Poniżej widok płytki z rozłożonymi komponentami, Zostawiłem na niej dosyć dużo miejsca, po to aby można było swobodnie umieścić radiatory, które już będą wystawiać poza obudowę, oraz chciał zastosować duże pole na wylanie masy.
Rys. 6. Warstwa dolna
Rys. 7. Warstwa górna
