Mały liniowy zasilacz: Podsumowanie i ulepszenia

Oto ostatni artykuł serii pokazującej, jak elektronik dla swej ogromnej satysfakcji może zaprojektować i zrealizować niewielki zasilacz liniowy do swojej pracowni. Niewielki, o prądzie maksymalnym do 0,5 ampera, zawierający scalony stabilizator LM317 oraz opcjonalnie szereg obwodów dodatkowych.

W ostatnim artykule serii opisującej proces projektowania niewielkiego zasilacza warsztatowego do pracowni hobbysty, podam dodatkowe informacje oraz propozycje do ewentualnego zrealizowania.

Ogranicznik napięcia wejściowego

W małym zasilaczu ma pracować kostka LM317, dla której dopuszczalne napięcie wejściowe to 40 woltów. Do takiego zasilacza atrakcyjne, a wręcz idealne wydają się transformatory o napięciu nominalnym 24 V, bowiem zgodnie z obliczeniami z napięcia przemiennego 24 V po wyprostowaniu powinniśmy otrzymać na kondensatorze i na wejściu stabilizatora napięcie stałe około 33 woltów. Teoretycznie tak, tylko mówimy tu o projektowaniu niewielkiego zasilacza amatorskiego, w którym będzie pracował przypadkowy transformator o przypadkowych parametrach. Być może transformator bardzo „miękki”, czyli taki, którego napięcie bez obciążenia będzie dużo wyższe niż nominalne, podane w katalogu. Może się więc zdarzyć, że zastosowany 24-woltowy transformator okaże się tak „miękki”, że bez obciążenia napięcie stałe na kondensatorze filtrującym przekroczy dopuszczalne dla LM317 40 woltów.

Dziś problem jest bardziej realny także dlatego, że w niektórych okresach (głównie wskutek obecności instalacji fotowoltaicznych) napięcie sieci energetycznej jest wyższe od nominalnego 230 V i sięga 250V, a nawet więcej. I wtedy należy przynajmniej rozważyć, czy w takim amatorskim zasilaczu zupełnie nietypowo trzeba dodać obwód ograniczający napięcie na wejściu stabilizatora LM317.

Otóż w przypadku „miękkich” transformatorów o napięciu nominalnym 24 V, może mieć sens zastosowanie „partyzanckiego rozwiązania” w postaci ogranicznika napięcia na kondensatorze filtrującym, według idei z rysunku 1. Taka dioda stanowi wstępne obciążenie transformatora i przewodzi tylko przy małym obciążeniu wyjścia zasilacza.

Problem w tym, że przez taką 40-woltową diodę Zenera musi płynąć taki prąd I_Z, który wywoła znaczące spadki napięcia na rezystancjach uzwojeń transformatora i przez to zmniejszy napięcie na kondensatorze do dopuszczalnych 40 V. W diodzie wydzieli się moc strat cieplnych o wielkości około P = I_Z × 40 V. Tymczasem popularne diody Zenera mają obciążalność 0,3…1 W, czyli maksymalny prąd I_Z nie mógłby być większy niż 7,5…25 mA. Najprawdopodobniej będzie to prąd za mały do zredukowania napięcia do 40 V i potrzebna będzie dioda Zenera o większej mocy.

Zamiast szukać diody Zenera dużej mocy, można wykorzystać prosty sposób z tranzystorem mocy T_Z i „małą” diodą, według rysunku 2.

Idealna wydaje się tu dioda 39-woltowa (BZX55C39), ale takie diody mają 5-procentowy rozrzut napięcia stabilizacji i napięcie zależy też w pewnym stopniu od prądu. Dlatego w praktyce być może trzeba będzie dobrać egzemplarz diody 39-woltowej albo zastosować diodę „o numer mniejszą”, czyli 36-woltową a w szereg z nią włączyć diodę LED i ewentualnie odpowiednio dobrane jakieś zwykłe diody krzemowe, według rysunku 3.

Zależnie od wielkości i „miękkości” transformatora, różny będzie wymagany „prąd wstępnego obciążenia” i różna będzie moc wydzielająca się w tranzystorze. Być może dla takiego tranzystora potrzebny będzie radiator, co komplikuje zasilacz. Dlatego warto wiedzieć o sposobach redukcji problemu grzania się takiego tranzystora.

Otóż lepiej wydzielić taką moc strat nie w tranzystorze, tylko w rezystorze o odpowiedniej mocy (np. drutowym). Wystarczy sprawdzić jaką rezystancję trzeba dołączyć równolegle do kondensatora żeby zmniejszyć jego napięcie poniżej 40 V, a potem rezystor o trochę mniejszej rezystancji (i odpowiedniej obciążalności) dołączyć w kolektorze tranzystora, według rysunku 4.

Innym rozwiązaniem jest zamontowanie takiego tranzystora wstępnego obciążenia na radiatorze, do którego bezpośrednio przykręcony jest stabilizator LM317. Otóż wkładka radiatorowa LM317 jest połączona z końcówką wyjściową (OUT). Podobnie z wkładką radiatorową połączony jest kolektor tranzystora T_Z. A to znaczy, że bezpośrednie przykręcenie tych elementów do radiatora da układ wstępnego obciążenia według rysunku 5. To może być interesujące rozwiązanie praktyczne, o ile jest potrzeba wstępnej redukcji napięcia wejściowego.

Przy braku obciążenia wyjścia zasilacza, prąd wstępnego obciążenia I_Z popłynie przez stabilizator LM317, niezależnie od wartości ustawionego napięcia wyjściowego. Prąd ten nie będzie jednak mierzony przez miernik prądu wyjściowego.
(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w styczniowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 1/2026). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite, gdzie dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 15 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 1/2026 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć pełne wersje dowolnych numerów ZE znajdują się na stronie:
https://piotr-gorecki.pl/n11.