Všechny elektronické přístroje, které uděláte, potřebují pro svou činnost nějaký zdroj elektrické energie. Zdroj je možné zajistit různým způsobem. Kromě baterií a akumulátorů je obvyklým způsobem napájení zařízení ze síťového rozvodu 230 V. Střídavé napětí 230 V je často příliš vysoké, takže je nutné jej transformovat na nižší napětí.
Zdroj je možné konstruovat klasickým způsobem (síťový transformátor, usměrnění a stabilizace), nebo jako tzv. spínaný zdroj. Každé řešení má své výhody a nevýhody. Hotových spínaných zdrojů je v nabídce obchodů celá řada, přesto můžete mít důvod navrhnout si vlastní spínaný zdroj.
V následujícím textu může začátečník najít informace, jak postupovat při návrhu takového zdroje. Pozor! Se zdrojem používajícím napětí 230 V by měl pracovat pouze člověk s odpovídající kvalifikací.
Koncepce spínaných zdrojů se ustálila na osvědčeném blokovém zapojení, které můžete v různých obměnách najít i ve většině spotřební elektroniky.
Napětí 230 V je nejprve usměrněno přes D1 (nebo přes můstkový usměrňovač) a na kondenzátoru C1 se objeví asi 320 V stejnosměrných.
Základem spínaného zdroje je v současnosti specializovaný integrovaný obvod U spínající primární napětí do transformátoru. Transformovaná energie se objeví na sekundárním vinutí a je přes D2 a C2 usměrněna a filtrována. V takovém zapojení by však bylo výstupní napětí nestabilní.
Proto je z výstupu zavedena zpětná vazba stabilizující výstupní napětí zdroje. Velikost výstupního napětí je daná zenerovou diodou ZD (+ propustné napětí LED v optočlenu OC). Dokud je výstupní napětí nižší než uvedené (UZD + ULED), pak přes rezistor R, ZD a LED neteče proud. Tranzistor v optočlenu je uzavřený. Jakmile napětí přesáhne UZD + ULED, začne přes R protékat proud, LED začne svítit a tranzistor v OC se otevře. Tranzistor je připojen na zpětnou vazbu (FB) obvodu U. Otevření tranzistoru vede k "přiškrcení pumpování" energie do transformátoru. Tím je uzavřena zpětná vazba držící konstantní napětí na výstupu.
Nemá asi smysl navrhovat běžně dostupný zdroj např. pro 5V / 1A. Takové zdroje jsou v široké nabídce již hotové a je asi zbytečné je vyrábět. Jestliže ale potřebujete nějaký zvláštní zdroj, pak je jeho výroba na místě. Například když:
V těchto (a dalších) případech můžete přistoupit ke konstrukci vlastního zdroje.
Transformátor je asi nejdůležitější součástkou celého zdroje. Na jeho provedení záleží izolační pevnost zdroje. Důrazně nedoporučuji si transformátor pro spínaný zdroj podomácku vyrábět! I když na internetu najdete řadu ukázek a návodů, jak si někdo vyrobil na "vykuchané kostřičce z PC zdroje" svůj transformátor, raději to nedělejte. Na této součástce závisí bezpečnost celého zařízení a asi doma nemáte zkušební prostředky na spolehlivé otestování hotového transformátoru.
Pokud budete spínaný zdroj stavět, hledejte u dodavatelů součástek hotový transformátor vyhovující vašim požadavkům (tj. výkon, výstupní napětí, počet vinutí). Zvolte raději osvědčené výrobce jako je HAHN apod. I když je to někdy obtížnější, tuto část návrhu a shánění materiálu rozhodně nepodceňujte.
Integrovaný obvod U by měl být uvedený u zvoleného transformátoru jako doporučený budič. Snažte se tuto informaci v technickém listu k transformátoru objevit a také dodržet. Transformátory pro spínané zdroje jsou totiž optimalizované pro práci na určité frekvenci (50 a více kHz) a určený integrovaný obvod tuto podmínku zajistí.
Dioda D2 a kondenzátor C2 musí být vhodné typy pro rychlé obvody. Jako usměrňovač na výstupu se volí obvykle Schottkyho dioda a k ní elektrolytický kondenzátor s nízkým ESR. Elektrolytické kondenzátory v současnosti limitují životnost spotřební elektroniky, takže tuto součástku vyberte s rozvahou.
Odrušovací kondenzátor není v blokovém schéma zakreslený. Pro vlastní funkci zdroje není nezbytný, ale jeho úkolem je snížit vyzařování elektromagnetického rušení. Bývá zapojený mezi primárem a sekundárem transformátoru. A protože na této součástce také závisí bezpečnost, určitě použijte kvalitní kondenzátor třídy Y1!
Na horním obrázku můžete vidět příklad spínaného zdroje postaveného kolem transformátoru V 50101 a obvodu TNY264. Zdroj byl postaven na desce plošného spoje:
Kliknutím na obrázek získáte předlohu pro přímý tisk na tiskárně s rozlišením 600 dpi.
Výhodou této předlohy jsou dostatečné izolační vzdálenosti mezi primárem a sekundárem a spoj je připravený pro osazení různých variant zdroje. Pokaždé je ale potřeba podle konkrétního využití doplnit na desku případné propojky či přerušit na některém místě pl. spoj.
Vstupní část je prakticky převzatá z datasheetu pro TNY264PN.
Upozornění zaslouží rezistor R1, který je tzv. pojistkového typu, a diody D1 a D2. Diody na primáru zabezpečují, že se na vstupu U1 neobjeví větší napětí než 200 V nad napětí usměrněné G1 a vyhlazené na C2. Ochranu U1 proti přepětí je možné udělat i jiným způsobem. Mohou být i obvody, které ji mají již integrovanou v sobě a nepotřebují ji. Kondenzátor C4 musí být bezpečnostní, jak již bylo zmíněno výše.
Výstupní část je možné zapojit různým způsobem. Jako první je uvedeno schéma výstupu hlavní části +9 V doplněné o pomocný zdroj -9 V.
Schéma by mělo být zřejmé i pro začínajícího elektrotechnika a jeho funkce byla již vysvětlena.
Je potřeba si uvědomit, že zpětná vazba je u zdroje zapojená jen z kladné větve. Stabilizuje se tedy pouze kladné napájení. Velikost napětí na pomocném záporném výstupu bude kolísat podle zatížení výstupů. Na postaveném vzorku bylo naměřeno:
Proudový zdroj je možné zapojit např. podle dalšího schématu.
Zpětná vazba je nyní zavedena jiným způsobem. Optočlen se otevírá pomocí tranzistoru T1. Proud protékající přes R6 vytváří úbytek napětí, které po dosažení hodnoty asi 0,6 V, otevře přes R7 tranzistor T1 a tím se stabilizuje výstupní proud.
V tomto konkrétním příkladu můžeme počítat s proudem:
Pokud by nebyla připojená výstupní zátěž, napětí na výstupu by rostlo a mohly by se poškodit výstupní kondenzátory. Aby k tomu nedošlo, je zde doplněna pomocná zenerova dioda D4, která omezí maximální výstupní napětí na přibližně 14 V.
Tento článek by neměl být podrobným návodem. Začátečníkům ukazuje, jak se vypořádat se stavbou malého spínaného zdroje, pokud jsou na něj kladeny speciální požadavky.