Zasilacz do zastosowań lampowych

[Leoneq]

Kiedy zaczyna się zabawę z lampami, czy to do budowy radia, czy wzmacniacza audio, należy załatwić sobie dobre zasilanie. Zwykle to zasilanie jest wbudowane w urządzenie, więc co nowe urządzenie lampowe (czy to radio, czy wzmacniacz) musiałbym kupować nowy transformator. To czego potrzebowałem to zasilacz, jak najbardziej uniwersalny (układy lampowe buduję bardziej w celach edukacyjnych niż praktycznych), co pozwoli mi na wykorzystanie tylko jednego transformatora do wszystkich moich projektów lampowych. Chciałem, aby zasilacz był podobny do szkolnych zasilaczy laboratoryjnych, i był możliwie bezpieczny.

Zacząłem sobie od rozrysowania schematu, a zarazem obliczeń:

Jak widać, wiele do szczęścia nie potrzeba. Jest to jeden z najprostszych zasilaczy jaki można zrobić - i to wykorzystując elementy głównie z odzysku. Zaczynając od lewej: zasilanie do układu jest dostarczane przez popularne złącze IEC. Faza jest odcinana pierwszym wyłącznikiem, nie można było także zapomnieć o bezpieczniku. Transformator jaki wykorzystałem to TS50/5 polskiej firmy Zatra, który dostałem od znajomego nauczyciela. Posiada on 3 uzwojenia wtórne - 2x 270v, 6.3v i 4v (na schemacie dwa ostatnie powinny być rozłączone). Jeżeli ktoś nie ma takiego transformatora, może wyprostować bezpośrednio napięcie gniazdkowe, ale tylko przy zastosowaniu transformatora o przekładni 1:1. Będzie on stanowił izolację galwaniczną. 

Napięcie żarzenia wielu lamp to 6.3v. Niektóre lampy grzeje się wyższym napięciem, którego ten transformator niestety nie dostarcza, więc musiałem się zadowolić tymi ponad 6 woltami. Uzwojenie to od razu zasila małą żaróweczkę sygnalizującą pracę zasilacza. Dla jasności: lampy można żarzyć napięciem zarówno stałym, jak i przemiennym. 

Napięcie anodowe lamp (to wysokie, niebezpieczne) jest prostowane scalonym mostkiem Greatza (z zasilacza komputerowego). Wyprostowane napięcie jest wygładzane przez filtr RC, a następnie ograniczane bardzo prostym układem z wykorzystaniem tranzystora MOSFET. Ten także jest z odzysku, posiada niską rezystancję w stanie przewodzenia, wytrzymuje dużą moc - i co najważniejsze - posiada zabezpieczenie w postaci diod zenera między bramką a źródłem. Działają one jako zabezpieczenie przeciwprzepięciowe - w teorii, potencjometr tutaj służy jako dzielnik napięcia, a rezystor obniża napięcie (gdyż mosfet to element sterowany napięciem). Jeżeli nastąpi tam przebicie, tranzystorowi na szczęście się nic nie stanie. Ale dlaczego w ogóle ten tranzystor dałem? Nie wszystkie lampy mają jedno napięcie anodowe, więc napięcie to można ograniczać - w czym pomaga panelowy woltomierz wskazówkowy, z posobnikiem w szeregu. Trudno znaleźć cyfrowe woltomierze na tak wysokie napięcie. Na samym końcu układu - jest przełącznik, który pozwala na zasilenie docelowego urządzenia, lub poprowadzenie napięcia przez rezystory mocy. Mają one 2 zastosowania: pozwalają dobrać napięcie, kiedy zasilacz nie jest zewnętrznie obciążony, oraz rozładowują kondensator, co jest bardzo ważną rzeczą. I najważniejsza rzecz - cała obudowa jest porządnie uziemiona. Aby wyrównać potencjały, masę napięcia anodowego także uziemiłem.

Obliczenia skomplikowane nie są - na początku potrzebowałem znać moc urządzenia, aby wiedzieć jaki bezpiecznik dobrać. Z racji tego (a przynajmniej tak myślę, może błędnie myślę 🤔), że poza transformatorem nie ma elementów LC (po stronie napięcia przemiennego), cos fi jest bliski 1, a więc moc bierna jest niewielka - dlatego jej nie brałem pod uwagę (równania 1.1-2). Nie brałem pod uwagę także strat na samym transformatorze.

Następnie obliczyłem rezystor jaki jest potrzebny do filtru RC, oraz prąd i napięcie jakie będą po wyprostowaniu. Miałem na uwadze, że napięcie w gniazdku wynosi 240v, a transformator był na 220v, i że napięcie to może być wyższe (równania 3.1-3.4).

Na samym końcu, korzystając z praw Ohma i Kirchoffa, obliczyłem posobnik dla woltomierza. Oryginalnie wyskalowany był na 0-40v, więc zmieniłem to na 0-500v. Woltomierz miał rezystancję 48kΩ. Starą skalę zeskanowałem, w gimpie przerobiłem, i wydrukowałem na papierze samoprzylepnym. 

Po zebraniu wszystkich potrzebnych elementów, wziąłem się za obudowę. Trochę mi to zajęło, ponieważ prawie wszystko robiłem ręcznie. Bazą obudowy jest aluminiowy radiator z starego zasilacza impulsowego - do którego z boku są przykręcone blachy aluminiowe, a u góry profil. Wszystko ze złomu. Rączka została wykonana z stali nierdzewnej. Najwięcej czasu zajął front obudowy, do którego wykonałem rysunek, a następnie wyfrezowałem blachę zgodnie z tym rysunkiem.  (Niestety zdjęć z tego procesu nie mam).

Następnie zasilacz zacząłem lutować - oczywiście wszystkie przewody są zakończone termokurczkami, wszystko jest porządnie przykręcone, a obudowa działa jak świetny radiator.

No i podsumowanie. Zasilacz działa, bez obciążenia napięcie anodowe wynosi maks. 428v, oraz 375v z obciążeniem. Maksymalny prąd wynosi 48mA, co można zwiększyć, podłączając równolegle drugą połówkę uzwojenia. No i - zgodnie z przewidywaniami, napięcie faktycznie jest wyższe. Napięcie żarzenia wynosi obecnie 6.8v, ale jest to dość nieznaczna różnica. Rozładowanie kondensatora trwa ok. 5 sekund, z włączonym obciążeniem. Myślę że bez obciążenia, nawet w ciągu doby nie rozładowałby się do zera.

Przy budowie jednak popełniłem kilka błędów: górny łącznik, łączący front z górą obudowy, ma źle umiejscowione utwory, przez co górna blacha trochę wystaje. Żarówka (jak i kondensator) trzyma się na kablach, co nie jest dobrą praktyką. Mogłem także dać więcej zabezpieczeń, np. ograniczenie prądu, zabezpieczenie przeciw odwrotnej polaryzacji, czy przeciw zwarciowe. Rezystor filtru także jest mocno przedobrzony - moc którą pobierze wynosi mniej niż 1 wat, i bardziej on służy za element montażowy. Mimo wszystko, zasilacz działa, poza obciążeniem nic się nie grzeje. Projekt tym samym uznaję za udany.

[mwwojcik]

Fajny projekt i całkiem schludny, doceniam też że przyznajesz się że nie wszystko jest idealne 🙂

Wszystko co trzyma się na tylko na kablach to bardzo zły pomysł - popraw koniecznie przy najbliższej okazji i jakoś ten kondensator przymocuj. Co do trzymania ładunku po wyłączeniu zasilania dodaj opornik 220 - 330k równolegle (wystarczy 0.25W) do tego kondensatora C1 i problem zostanie rozwiązany, Wysokie napięcie trzymane przez kondensator jest bardzo niebezpieczne jak się zapomnisz.

No, to czekam na projekty na lampach - chętnie sam się zainspiruję.