Potrzebowałem przy jak najmniejszych stratach zasilać diodę 3W z akumulatora dającego kilkanaście volt. Myślę, że wiele ludzi spotyka się z takim problemem, więc z chęcią podzielę się moim rozwiązaniem.
Prezentowany przeze mnie układ to nietypowe zastosowanie taniej i prostej przetwornicy LM2576. Występuje w cenie 5zł w przyjaznej obudowie TO220-5. Niestety w całym internecie oraz notach katalogowych znalazłem jedynie informacje na temat wykorzystania jej jako stabilizatora napięcia, a nie prądu. Zatem, aby zrozumieć, jak udało mi się to osiągnąć, przytoczę na początek kilka słów na temat tego, jak działa LM2576 i podobne kostki.
Są dwie wersje układu - regulowana i z predefiniowanym napięciem. Nas interesuje ta pierwsza, gdyż posiada pin FEEDBACK, pełniący kluczową rolę w stabilizacji napięcia wyjściowego. Jest to wejście służące przetwornicy do pomiaru napięcia wyjściowego, aby mogła na jego podstawie skorygować swoje parametry pracy. Dlaczego ten pin jest wyprowadzony, a pomiar nie odbywa się wewnątrz układu scalonego, jak np. w stabilizatorze liniowym 7805? Ano po to, żebyśmy mogli sobie pokombinować.
Przetwornica oczekuje na tym pinie 1.23V i zrobi wszystko co w jej mocy, żeby tyle tam było. Nie na wyjściu, tylko na pinie FEEDBACK. Gdybyśmy chcieli stabilizować napięcie, wstawilibyśmy na wyjściu dzielnik, który dostarczałby jakąś część napięcia wyjściowego do pinu FEEDBACK, np. 10%, przez co otrzymalibyśmy stabilne 12.3V. A jak stabilizować prąd?
Z prawa Ohma wiemy, że prąd płynąc przez rezystor generuje na nim spadek napięcia. Jeśli wstawimy rezystor w obwodzie masy (tuż przy wyjściu), to po jednej jego stronie będziemy mieć 0V, a po drugiej napięcie o wartości U=I×R. Jak wiadomo, przetwornica zrobi wszystko, aby mieć na pinie FEEDBACK 1.23V. Podłączmy zatem ten pin do naszego rezystora pomiarowego o wartości np. 12Ω. Co się stanie po podłączeniu obciążenia? Przetwornica tak dobierze napięcie, aby prąd płynący w obwodzie wytworzył spadek 1.23V na rezystorze pomiarowym. Stanie się to przy prądzie ~100mA. I nieważne, jakie (w granicach rozsądku) obciążenie podłączymy - prąd będzie zawsze stały. Proste? Fajne? Tak, ale nie idealne. Jak wiadomo, na rezystorze pomiarowym dochodzi do spadku napięcia, zatem też do wydzielania się ciepła. W przypadku zasilania diody mocy prądem 700mA będzie to 1.23V×0.7A=0.86W. Sporo, ale o niebo lepiej niż przy stabilizatorze liniowym.
Okazuje się, że można to poprawić. Widać, że problemem jest rezystor. Wiemy, że P=I²R. Zminimalizujmy zatem R. Możemy oszukać przetwornicę, mierząc spadek napięcia na dużo mniejszym rezystorze (np. 0.33Ω), a potem wzmocnić go kilkukrotnie. Użyjemy wzmacniacza operacyjnego LM358, który kosztuje 80gr. Z pomocą rezystora i potencjometru skonfigurujemy go jako wzmacniacz nieodwracający, gdzie jako wejście podłączymy sygnał z rezystora pomiarowego, a pin FEEDBACK przetwornicy podepniemy do jego wyjścia, o tak:
Przykład:
Policzmy teraz, jak ustalić prąd 700mA. Przy takim prądzie na rezystorze 0.1Ω mielibyśmy spadek 0.07V. Jakie musi być wzmocnienie, aby wyszło z tego 1.23V? Mniej więcej 1.23÷0.07=17.6. Zatem, aby uzyskać prąd 0.7A, należy dobrać wzmocnienie 17.6x i rezystor pomiarowy 0.1Ω.
Prąd wyjściowy wyraża się wzorem I=(1.23/Rsc)/(1+R2/R1). Dla ciekawskich: dla układu bez wzmacniacza wzór to tylko I=1.23/Rsc, bo pomiar odbywa się bezpośrednio na rezystorze Rsc, więc korzystamy z czystego prawa Ohma. W wersji ze wzmacniaczem wzmacnia on napięcie na Rsc zgodnie ze wzorem na wzm. nieodwracający, czyli A=(1+R2/R1) razy, zatem "pomaga" przetwornicy A-krotnie, stąd dzielenie przez tą wartość.
W wyniku pomiarów obliczyłem sprawność tej konstrukcji na η≈75%, przy czym rośnie ona wraz z pobieranym prądem. Może nie rzuca to na kolana, ale i tak jest to rozwiązanie dużo lepsze od stabilizatora liniowego, dość proste i tanie, a w dodatku umożliwiające regulację, więc myślę, że układ znajdzie swoje zastosowanie.
Pozdrawiam wszystkich i życzę Wesołych Świąt!
Trochę dłuższa wersja tego tekstu znajduje się na blogu.
Cool? Ranking DIY
