
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.

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