Stabilizacja napięcia
Stabilizacja napięcia z baterii
Problem
Chcesz uzyskać stabilizowane źródło napięcia (na przykład 5 V) zasilane z baterii (na przykład 9 V).
Rozwiązanie
Użyj stałego stabilizatora napięcia, tak jak pokazano na rysunku 7.9.
Rysunek 7.9. Użycie stabilizatora napięcia w połączeniu z baterią
Opis
Nowe baterie zwykle mają napięcie nieco wyższe od nominalnego (na przykład bateria 9 V zwykle ma napięcie 9,5 V). Spada ono z czasem, gdy bateria jest używana. Napięcie baterii 9 V dość szybko spadnie do poziomu 8 V, a użyteczną moc będzie w stanie podawać do napięcia 7,5 V, przy którym będzie już całkowicie wyczerpana.
Stabilizator napięcia można wykorzystać do uzyskania stałego napięcia przez cały czas pracy baterii, a także do zmniejszenia napięcia poziomu wymaganego przez mikrokontroler (zwykle będzie to 3,3 V lub 5 V).
W przeciwieństwie do transformatorowych zasilaczy napięcia stałego (opisane zostały w przepisie 7.4) bateria nie powoduje pulsowania, dlatego przy wejściu stabilizatora można pominąć kondensator. Mimo tego w większości zastosowań będzie potrzebny kondensator na wyjściu, ponieważ obciążenie może znacznie się zmieniać, a przez to powodować niestabilność pracy stabilizatora.
Efektywna stabilizacja napięcia stałego
Problem
Chcesz przygotować stabilizowany zasilacz napięcia stałego działający w sposób energooszczędny, czyli generujący mało ciepła.
Rozwiązanie
Użyj impulsowego stabilizatora napięcia, takiego jak przedstawiony na rysunku 7.11.
Rysunek 7.11. Impulsowy stabilizator napięcia wykorzystujący układ LM2596
Układ LM2596 może posłużyć do przygotowania stabilizowanego zasilacza o maksymalnym prądzie do 3 A, który nie będzie wymagał użycia radiatora. Wyprowadzenie FB (ang. feedback — sprzężenie zwrotne) umożliwia stabilizatorowi monitorowanie
napięcia wyjściowego i odpowiednie dopasowanie szerokości impulsów tak, żeby napięcie to pozostawało stałe. Wyprowadzenie EN (ang. enable — włączenie) umożliwia włączanie i wyłączanie układu.
Opis - stabilizacja napięcia
Liniowe stabilizatory mają tę wadę, że napięcie nadmiarowe jest w nich po prostu zamieniane w ciepło, a to oznacza straty energii i znaczne nagrzewanie się układów.
Stabilizatory impulsowe, takie jak ten przedstawiony na rysunku 7.11, działają ze sprawnością przekraczającą 85%, niezależnie od wartości napięcia wejściowego. Dla porównania: stabilizatory liniowe zasilane wysokim napięciem i utrzymujące niskie napięcie na wyjściu działają ze sprawnością od 20 do 60%.
Stabilizator impulsowy wykorzystuje modulację szerokości impulsu do przełączania zasilania do cewki, która przy bardzo wysokiej częstotliwości (w przypadku układu LM2596 jest to 150 kHz) magazynuje energię każdego impulsu. Im dłuższy jest każdy z impulsów, tym wyższe jest napięcie wyjściowe. Mechanizm sprzężenia zwrotnego zamienia z kolei szerokość impulsu w odpowiedzi na zmianę wartości napięcia wyjściowego, dzięki czemu pozostaje ono niezmienne.
Nie ma większego sensu składanie zasilacza impulsowego z pojedynczych elementów, jeżeli istnieje układ taki jak LM2596, który świetnie nadaje się do tego zadania. Istnieje wiele różnych układów impulsowych stabilizatorów napięcia. Dokumentacja praktycznie każdego z nich zawiera też dobrze opisane schematy przykładowego zastosowania, a czasami znajdziesz w nich nawet rysunek gotowej płytki drukowanej.
Jeżeli realizujesz jednorazowy projekt, możesz zastanowić się nad zakupem gotowego modułu zasilacza impulsowego. Dostępne są one w specjalistycznych sklepach internetowych.
Zobacz również specyfikację techniczną układu LM2596 znajdziesz pod adresem: http://bit.ly/2lOLtHc.
