Budujemy potężny zasilacz

Każdy elektronik chciałby posiadać co najmniej jeden dobry stabilizowany zasilacz o dużej mocy kilkuset watów, dużym maksymalnym napięciu i dużym prądzie wyjściowym rzędu 10 amperów lub jeszcze więcej. Artykuł pokazuje, jakie mogą być drogi prowadzące do realizacji takiego niełatwego celu.

Marzeniem i potrzebą elektronika jest posiadanie dobrego stabilizowanego zasilacza o dużej mocy, dużym maksymalnym napięciu i dużym prądzie wyjściowym. Najlepiej, gdyby to był zasilacz o napięciu płynnie regulowanym od zera do co najmniej 30 V, a raczej do 50…60 V. Potrzebny prąd wyjściowy to co najmniej 3 A, a lepiej 5…20 A. Zasilacz taki powinien też mieć regulowany ogranicznik – stabilizator prądu.

Zakup fabrycznego zasilacza o takich właściwościach to dla wielu zdecydowanie zbyt duży wydatek. Jednak przy odrobinie zaradności i pomysłowości potężny zasilacz można wykonać samodzielnie, przy zaskakująco małym nakładzie finansowym. W tym artykule przeanalizujmy tylko jeden z pomysłów. A dalszy ciąg będzie zależeć także od Ciebie.

Rozważania podstawowe

Budowa zasilacza regulowanego o napięciu maksymalnym 30…50 V i prądzie maksymalnym co najmniej 5 A okazuje się bardzo trudnym zadaniem, nie tylko z uwagi na potrzebną moc kilkuset watów.

Nie wystarczy zdobyć podzespoły i schemat. Liczne zasilacze stabilizowane mają tendencję do oscylacji, zwłaszcza ich obwody ograniczników prądu. W praktyce najpoważniejszym problemem są nieuniknione straty, grzanie się elementów oraz konieczność stosowania potężnych radiatorów i wentylatorów.

Radykalne zmniejszenie mocy strat cieplnych jest możliwe w zasilaczach impulsowych. Tak, ale wszelkie stabilizatory impulsowe mają w napięciu wyjściowym różne zakłócenia impulsowe.

Czym większy prąd, tym zwykle te zakłócenia są większe. Ponadto parametry dynamiczne zasilaczy impulsowych są zwykle słabe. Wprawdzie teoretycznie możliwe jest wykonanie dobrego regulowanego impulsowego zasilacza laboratoryjnego o małych zakłóceniach na wyjściu, ale jest to zadanie bardzo trudne z kilku powodów. A dla mniej zaawansowanych hobbystów wręcz nie do wykonania.

Projektowanie nawet prostego zasilacza, zwykłego czy impulsowego, okazuje się niezmiernie trudnym zadaniem. Projektowanie przetwornic dużej mocy to nie jest zadanie dla hobbysty, tylko dla bardzo doświadczonego zawodowca! Dlatego warto rozważyć inne kierunki działania.

Jakie? Otóż jeżeli miałby to być zasilacz dobrej jakości, laboratoryjny, precyzyjny, to powinien na wyjściu zawierać stabilizator liniowy, a nie impulsowy. Sensownie zaprojektowany stary, poczciwy stabilizator liniowy da na swym wyjściu czyste, niezaśmiecone napięcie wyjściowe. Niestety, bardzo poważną wadą stabilizatorów liniowych są właśnie duże straty mocy w postaci ciepła. Przykładowo w klasycznym stabilizatorze liniowym zbudowanym według rysunku 1a, o napięciu wyjściowym 0…50 V, przy nastawionym napięciu wyjściowym 5 V i prądzie 5 A, w pracującym liniowo tranzystorze T1, a raczej w zestawie tranzystorów regulacyjnych, wydzieliłoby się mniej więcej 250 watów mocy strat w postaci ciepła, co wymagałoby zastosowania ogromnego radiatora z wentylatorem. To błędny kierunek!

Rozsądną opcją, pozwalającą na zmniejszenie mocy strat, jest zastosowanie transformatora z odpowiednio dobranymi odczepami i przełącznikiem P1, według rysunku 1b. Taki transformator o mocy kilkuset watów byłby kosztowny, bo trudno byłoby dobrać gotowy z rynkowej oferty i należałoby indywidualnie go zamawiać lub samodzielnie nawijać.

Prostszą i tańszą opcją jest wykorzystanie kilku gotowych transformatorów o umiarkowanej mocy i możliwie małym napięciu, według rysunku 2, albo lepiej transformatorów z wyjściowymi uzwojeniami symetrycznymi według rysunku 3.

To jest naprawdę godne uwagi rozwiązanie, zwłaszcza jeżeli ktoś miałby możliwość pozyskania po okazyjnych cenach lub za darmo sprawnych, używanych transformatorów o napięciu wyjściowym 3…10 V i prądzie kilku amperów.

Zasilacze komputerowe?

Niestety, aktualnie miedź jest bardzo droga i takie okazje są coraz rzadsze, dlatego należy wziąć pod uwagę kolejną możliwość.

Otóż zamiast zestawu jednakowych, klasycznych transformatorów według rysunku 2, można wykorzystać zestaw… zasilaczy komputerowych albo innych zasilaczy impulsowych.

Opcja ta jest naprawdę atrakcyjna i prawdopodobnie najtańsza, ponieważ używane zasilacze od coraz mniej popularnych „blaszaków”, mające moc 250…500 W, są nadal powszechnie dostępne i bardzo często można je pozyskać za darmo, na przykład od rodziny i znajomych.

Analogią rysunku 2 jest schemat pokazany na rysunku 4. Niestety, w rzeczywistości sprawa jest troszkę bardziej skomplikowana.
Każdy typowy zasilacz komputerowy od „blaszaka” (przykłady na fotografii tytułowej) ma dwa wyjścia o dużej obciążalności prądowej: +5 V i +12 V, a do tego ma też wyjście napięcia 3,3 V względem masy, też o znacznej wydajności.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze lutowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 2/2025). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 2/2025 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać – Postaw kawę za:
– jeśli jeden numer ZE – 10 zł,
– jeśli kilka numerów ZE – Własna kwota. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10 zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dodać dedykację/Wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery ZE mam wysłać na podany adres e-mailowy. Jeśli ma to być numer z tym artykułem trzeba zaznaczyć, że chodzi o ZE 2/2025.
UWAGA!!! E-mail z linkiem do materiałów (Smash) wysyłamy zazwyczaj w ciągu 24 godzin. Czasem zdarza się jednak, że trafia do spamu. Jeśli więc nie pojawi się w ciągu 48 godzin prosimy sprawdzić w folderze spam, a ewentualny problem zgłosić na adres: kontakt@piotr-gorecki.pl.