Zasilacz stabilizowany 5V

[Foradil]

Witam!

To mój pierwszy post na tym forum. Od dłuższego czasu zagłębiam się w elektronice. Z początku głównie z powodu zajęć na uczelni, potem się już wciągnąłem na dobre . Obecnie zbieram informacje potrzebne do realizacji kilku projektów.

Zastanawiałem się nad doborem prawidłowej pojemności do mojego projektu zasilacza stabilizowanego 5v. Praktycznie co schemat to coś innego, przy czym wszędzie bez żadnego wyjaśnienia. Na przykład: Wyciągnięte z worka pojemności kondensatora filtrującego tętnienia. W schematach znalezionych w sieci można znaleźć różne wartości tej pojemności ( 47uF, 470uF, 100uF, 4700uF). Rozumiem, że te różnice wynikają z wartości napięcia jakie powstaje na uzwojeniu wtórnym transformatora, ale rząd czy dwa rzędy wielkości różnicy to chyba przesada.?

Z pomocą przychodzi "Sztuka Elektroniki" Horowitza. Tom 1 str. 349-350, oraz artykuł pana Piotra Góreckiego dostępny na tej stronie http://www.edw.com.pl/pdf/k04/26_04b.pdf .

Mam transformator dający 9.0V napięcia skutecznego na uzwojeniu wtórnym, także wartość szczytowa napięcia wynosi 12,69V. Uwzględniając wahania napięcia w sieci o +-10% otrzymuje wartość szczytową minimalna napięcia wejściowego 11,421 V. Datasheet mostka prostowniczego RB157 mówi, że maksymalny spadek napięcia na diodzie wynosi 1V ( Przy maksymalnym dopuszczalnym prądzie, czyli 1A ). Więc po odjęciu dodatkowych dwóch woltów spadku napięcia na diodach prostowniczych otrzymuje 9,421 V. Układ 7805 wymaga żeby napięcie na wejściu było o około 2V większe od napięcia na wyjściu, czyli napięcie minimalne dostarczane do układu wynosiło minimum 7V. Zatem wartość międzyszczytowa napięcia tętnień nie powinna być większa niż 9.421V - 7.0V = 2.421 V

2.421 = T(dU/dt) ~ 0.01 * 1.0 / C, czyli C = 0,01 * 1,0 / 2.421 = 0,004130

Ostatecznie dochodzimy do wyniku minimalna wymagana pojemność to C = 4130 uF. Przy czym jest to wynik dla najbardziej pesymistycznych warunków jakie mogą zapanować w układzie. Biorąc pod uwagę powyższe, w ostateczności można by użyć kondensatora o mniejszej pojemności, ale najlepiej było by zastosować dwa równoległe kondensatory o pojemnościach 2200uF, albo jeden o pojemności 4700uF.

Wg datasheet układu 7805 dodatkowe kondensatory w układzie nie są konieczne. Jest powiedziane, że jeżeli nasza 7805 znajduje się na płytce daleko od układu zasilania, to na wejściu należy dołożyć kondensator o pojemności 0,33 uF. Na mojej płytce te elementy będą praktycznie obok siebie, także ten element pomijam. W dataasheet jest jeszcze wspomniane, że można dodać kondensator o pojemności 0,1 uF w celu polepszenia jakości odpowiedzi chwilowej.

Dołączenie opornika o rezystancji 150 Ohm w szereg z diodą, gwarantuje odpowiednie napięcie i prąd diody LED, która sygnalizuje pracę układu i umożliwia rozładowanie się kondensatorów po odłączeniu zasilania i odbiornika.

R ~ (5.0V - 2.0V)/20mA = 150 Ohm

Uff.. trochę się rozpisałem. Dla podsumowania powyższego zamieszczam schemat.

A teraz czas na pytania do bardziej doświadczonych użytkowników forum:

1) Czy powyższe rozumowanie jest w porządku ? Czy dobrane przeze mnie pojemności kondensatorów są prawidłowe? Skąd bierze się więc tak ogromny rozrzut w schematach dostępnym w necie?
2) W sieci można znaleźć schematy, na których do każdej diody prostowniczej w mostku
Graetza podłączone są równolegle kondensatory o pojemności 10nF. Jakie one mają
zastosowanie?
3) Chciałbym dodać bezpiecznik do tego układu, ale nie jestem pewien gdzie go najlepiej
umieścić. Widziałem różne rozwiązania, ale najsensowniejsze wydaje się, aby taki
bezpiecznik dać zaraz za transformatorem. Jakieś sugestie?
4) Ktoś gdzieś proponował, żeby dodać diodę Zenera na samym końcu układu, ale skoro stosujemy układ stabilizujący napięcie, wydaje mi się to zbędne. Może jednak warto?

Źródła: ( Podaje te sensowniejsze które znalazłem dziś w necie, może komuś się przydadzą )

http://www.edw.com.pl/pdf/k04/26_04b.pdf
http://www.edw.com.pl/forum/viewtopic.php?p=56797
https://elportal.pl/ea/zasilacze.html
http://www.galera.ii.pw.edu.pl/sml3/PDF/01_PS1.pdf
http://www.mod-planet.com...opic.php?t=3027
http://www.elektronika24....-scalonych.html

http://www.circuitstoday....pply-using-7805
http://www.electronics-pr...owerSupply.html
http://www.discovercircui.../240vac5vdc.htm
http://www.eleinmec.com/article.asp?16
http://www.tkk.fi/Misc/El...its/psu_5v.html

P. Horowitz, W. Hill "Sztuka Elektroniki"

P.S. Trochę głupio się czuję zakładając kolejny temat o tym zasilaczu, kiedy w internecie jest już tego tyle, ale nigdzie nie znalazłem odpowiedzi na moje pytania. Poza tym może uda się to wszystko uporządkować i zebrać w jednym miejscu, to się komuś jeszcze przyda.

[kaliska5]

Teoria praktyce nie równa .Kondensatory tzw blokujące daje się głownie na zapas gdyby jakieś zakłucenia się pojawiły ( w praktyce sam LM7805 działa bez nich dobrze)
Kondensatory przy diodach pełnią funkcje filtrująca przez zakluczeniami (harmonicznymi) przynajmniej tak mi to nauczyciel tłumaczył też mnie to ciekawiło.
Bezpiecznik daje się na uzwojeniu pierwotnym, bo rozłącza ci całkowicie układ łącznie z transformatorem,w razie zwarcia.

[Jony130]

AD1.
Tok myślenia OK.
Choć be obciążenia transformator może dawać więcej niż te 12.7V.
Nie podałeś na jaki prąd obciążenia jest przewidziany twój stabilizator.
Wzór na "kondensator" wygląda tak:
C=Q/U
Q - to ładunek Q=I*t
Więc mamy:
C=( I • t )/ΔU
Gdzie
I to prąd rozładowania równy prądowi obciążenia
t czas rozładowania kondensatora równy ok 10ms dla prostownika pełno-okresowego.
Zakładając prąd równy 1A obliczamy
C=(1A*10ms)/2.5V=4000uF=4700uF
I generalnie jest taka regule że dajemy kondensator 2.2uF...6.8uA na 1mA prądu obciążenia.
No i trzeba jeszcze zawsze obliczyć moc strat w stabilizatorze.
Ptot=(Uwe_max - Uwy_min)/Io_mox
I jest moc ta przekracza 1.5W to trzeba stosować już radiator.
Oczywiście myślę o stabilizatorze w obudowie TO-220.
I warto by było pomyśleć od dodaniu kondensatora za stabilizatorem o wartości:
C[uF] = 100 • Io_max[A]
http://www.edw.com.pl/pdf/k01/74_30.pdf

AD2.
Kondensatory te powodują, że sygnały w.cz (sygnały radiowe i inne zakłócenia w.cz) nie podlegają "prostowaniu" a tak naprawdę demodulacji.
Po prostu kondensator dla sygnałów w.cz ma bardzo małą reaktancję Xc.
Więc zwiera on diodę w mostku i sygnał w.cz nie podlega demodulacji.
I właśnie z tego powodu dobrze jest też wstawić kondensator 100nF przed stabilizatorem by te sygnały w.cz "zewrzeć" z powrotem do "masy".

AD3.
Bezpiecznik zwłoczny szeregowo z uzwojeniem pierwotnym, dobieramy z wzoru 1.2...2Ptr/230 gdzie Ptr jest mocą użytego transformatora.

AD4.
Nie warto.

[Foradil]

Dzięki za odpowiedzi .

Przeglądnąłem ten artykuł i też mi to kilka spraw rozjaśniło w głowie. Czasem dobrze na te same rzeczy spojrzeć z innej perspektywy. Z tym zwieraniem wysokich częstotliwości to faktycznie, nie wiem jak mogłem na to nie wpaść. Patrzyłem na to wszystko pod kątem likwidacji tętnień i mi żadne zakłócenia do głowy nie przyszły. Dzięki.

Ten prosty układ miał dawać mi maksymalnie 1A przy 5V, ale teraz, kiedy poświęciłem już temu tyle czasu, to nie się zastanawiam czy nie lepiej kupić nowe elementy i zrobić od razu zasilacz który mógłby dawać 3A. Wiązałoby się to z wymianą stabilizatora na 78T05 i mostka prostowniczego na taki, który udźwignie taki prąd. Trochę badziewia by mi zostało w "elektronicznym kuferku", ale to się nie zmarnuje.

Pozostaje do rozgryzienia kwestia transformatora. W linku który podał Jony130 można się na ten temat sporo dowiedzieć, a między innymi to, że dobór transformatora jest trudny . Na pewno mogę stwierdzić, że moje cacko o mocy 3.0 VA nie podoła temu zadaniu. Kiedy kupowałem ten transformator parę dni temu moja wiedza była na tyle niewystarczająca, że nie zwróciłem na to kompletnie uwagi co mi dali. Rzuciłem tylko, że chce 9V na wtórym i po sprawie. Nie wiem co teraz zrobię z tym klockiem. Wracając do tematu, z artykułu wynika, że moc transformatora powinna być 1,6..2,5 razy większa niż obliczona moc wyjściowa. Rozumiem, że w tym wypadku moc mogę sobie policzyć z wzoru P = U*I, czyli odpowiednio 5W dla 1A i 15Wdla 3A dla maksymalnych obciążeń. Teraz tak, dla 5W mocy na wyjściu, potrzebny jest transformator o mocy 8VA - 12,5VA, a dla 15W mocy na wyjściu, moc transformatora musiałaby wynosić 24VA - 37,5VA. Pozostaje kupić odpowiedni transformator z takiego zakresu mocy i po robocie.

Na przykład dla 5W na wyjściu:

Transformator toroidalny 12VA 230V/12V 1000mA
Transformator zalewany 10VA 230V/9V 1111mA Ta=50°C
Transformator zalewany 16VA 230V/9V 1778mA Ta=50°C

A dla 15W na wyjściu:

Transformator toroidalny 20VA 230V/12V 1667mA
Transformator toroidalny 32VA 230V/12V 2667mA
Transformator zalewany 22VA 230V/9V 2444mA Ta=50°C
Transformator zalewany 33VA 230V/9V 3667mA Ta=70°C

[Jony130]

Jeśli chodzi o dobór transformatora to zazwyczaj patrzymy na napięcie i dobieramy tak by prąd znamionowy był równy temu co "my chcemy" pobrać maksymalnie.
Co dla twojego przykładu
Transformator zalewany 10VA 230V/9V 1111mA Ta=50°C
Transformator zalewany 33VA 230V/9V 3667mA Ta=70°C
Choć może by te dwa toroidalne też dały by radę, ze względu na większą sztywność.
Transformator toroidalny 20VA 230V/12V 1667mA
Transformator toroidalny 32VA 230V/12V 2667mA

No i pamiętaj ze moc transformatora podaje się w [VA] czyli w woltoamperach a nie w watach [W] a to nie to samo.

1. W obwodzie prądu stałego wszystko jest proste. Moc to po prostu iloczyn prądu i napięcia. P=U*I=U²/R moc oznaczamy w watach [W]
2. W obwodzie prądu zmiennego nie ma już tak łatwo.
Okazało się ze w obwodach prądu zmiennego zawierających cewek, kondensator i rezystor iloczyn napięcie i prądu nie jest równy mocy dostarczanej do odbiornika.
Dlatego w obwodzie prądu zmiennego mówimy o mocy czynnej (to tak która wykonuje jakąś użyteczną pracę i to za moc czynną płaci się elektrowni)
A iloczyn wartości skutecznej napięcia i prądu nazywamy mocą pozorną.
W przypadku kondensatora i cewki mówimy o mocy biernej.
Moc czynną P dalej wyrażamy w watach [W]
Moc pozorną S w woltoamperach [VA]
A moc bierną Q w warach [var] (woltoamper reaktancyjny)
Wszystko to spowodowane jest tym ze cewka czy tez kondensator wprowadza przesunięcie fazowe. Gdyby nie było przesunięcia fazowego była by tylko jedna mac tak jak w obwodzę prądu stałego.
I teraz tak moc pozorna to taka ogólna (zespolona moc)
S=√(P²+Q²) (zobacz ze wzór jest bardzo podobny do wzoru na impedancję Z)
I ten osławiony cosfi=P/S

[Foradil]

Wszystko się zgadza. Dzięki za zwrócenie uwagi, poprawiłem poprzedni post.

W naszej sytuacji, kiedy wiadomo, że zasilać będziemy układy TTL napięciem stałym stabilizowanym. Więc do obliczenia mocy na wyjściu więc wystarczy użyć wzoru 1) i S = √P² = UI. Jeśli chodzi o moc transformatora no to faktycznie gafa .

W takim razie muszę dorwać któryś z tych dwóch dziadów:

Transformator toroidalny 32VA 230V/12V 2667mA
Transformator zalewany 33VA 230V/9V 3667mA Ta=70°C

W przypadku tego toroidalnego trzeba by się tylko liczyć z trochę większa mocą wydzielaną na 78T05 ze względu nie wyższe napięcie wejściowe, ale z dobrym radiatorem i to nie będzie problem.

Zaktualizuje dzisiaj schemat, spiszę listę elementów - może komuś się przydadzą.

Dzięki za pomoc ogólnie .

[Jony130]

Sam mostek Graetza z kondensatorem ma PF w okolicy 0.7.
I stąd się bierze ten współczynnik nadmiaru mocy przy doborze transformatora.
P/S=0.7 więc S=P/0.7=1.4*P

[Foradil]

Przyszedł mi do jeszcze pewien pomysł. Zastanawiam się czy może warto byłoby dołączyć do tego układu wentylator chłodzący radiator. Może nie jest to koniecznie ale mogłoby być ciekawą modyfikacją. Radiatorów i różnych wiatraczków mam sporo także koszta by nie wzrosły znacząco. Stworzyłem na szybko taki schemat, zastanawiam się nad doborem wartości. Takiemu małemu wentylatorowi wystarczy prąd chyba prądy w okolicy 150mA.

No chyba że to kompletnie zbędne przy odpowiednich wymiarach radiatora to sobie daruje, bo chciałbym tez kiedyś skończyć ten projekt i zabrać się za właściwe sprawy . Z obliczaniem wydajności radiatora nie miałem jeszcze do czynienia także muszę nadrobić zaległości.

[Jony130]

Jak dasz odpowiedni radiator to nie trzeba wentylatora.
Ale z drugiej strony wentylator znacznie zmiesza rozmiar radiatora.
Wybór jak zwykle należny do konstruktora

[Ertew]

Wentylator może też chłodzić transformator gdyż do niego nie można przymocować radiatora.

Dodatkowo jak masz termistor to możesz dołożyć buzer ostrzegający o przegrzaniu lub wyłącznik termiczny.

[Marian B]

Gdy obciążenie jest "w miarę stabilne" dobrym sposobem na zmniejszenie obciążenia stabilizatora jest włączenie przed nim szeregowego rezystora odpowiedniej mocy. Rezystancję dobiera się w ten sposób, aby większość spadku napięcia była na rezystorze. Stabilizaror wtedy grzeje się bardzo mało, i nawet może pracować bez radiatora. Takie rozwiązanie jest często stosowane np. w telewizorach.