V anglicky psané literatuře se občas objevují návody uvedené slovy „Poor Man´s …“. Jedno mají společné, týkají se extrémně levných náhrad přístrojů a zařízení, které si jinak amatér – začátečník nekoupí. Slovo „poor“ ostatně znamená kromě jiného chudý, bídný, nemajetný, nuzný nebo nebohý. V češtině by titulek „Chudákův zdroj“ vyzníval asi hodně divně, tak zůstaneme u konstatování, že následující „konstrukce“, která by do zmíněné kategorie patřila, je extrémně levným napájecím zdrojem. Obecně mají Poor Man´s zařízení svoje omezení, ale to neznamená, že by fungovaly špatně.
Vyjdeme z modulu, který jde koupit například na AliExpress za cenu kolem 3,65 USD včetně nákladů na dopravu až do naší poštovní schánky, cena tedy nepřevyšuje 100 Kč. Při vyhledávání mohou pomoci následující klíčová slova – LM2577S LM2596S DC-DC Step Up Down Boost Buck Voltage Power Converter .
Modul spínaného zdroje
Modul o rozměrech 50 x 37 x 13 mm obsahuje snižující/zvyšující spínaný zdroj napětí s možností nastavitelného omezení výstupního proudu. Tři LED indikují činnost, zelená přítomnost napájení, jedna červená přepnutí z režimu konstantního napětí do konstantního proudu a další červená pokles proudu pod stanovenou mez. Tento modul je určen typicky k nabíjení akumulátorů v režimu CC/CV (konstantní proud / konstantní napětí), což se týká olověných akumulátorů, Li-pol, Li-ion, LiFe, NiZn článků i superkondenzátorů, ale může být použit i k nabíjení NiCd nebo NiMH, napájení LED svítidel nebo třeba jako řídící jednotka záložního zdroje se solárním panelem. Vývody jsou označené popisem na desce, k připojení pájených vodičů slouží větší prokovené otvory.
Vstupní napětí modulu se smí pohybovat v rozsahu 4 – 35 V, výstupní je nastavitelné od 1,25 do 25 V. Výstupní proud v režimu konstantního napětí může krátkodobě dosáhnout 3 A (mžikově i 4 A), režim konstantního proudu zvládá rozsah 0 – 2 A. Při výkonu nad 15 W se má modul instalovat na chladič. Vzhledem k tomu, že spodní strana desky je víceméně plochá (bez součástek), je montáž na chladič přes tepelně vodivou gumu usnadněna. Udávaná účinnost měniče je 80%.
Poloha připojovacích bodů a ovládacích prvků (z nabídky prodejce )
Základní způsob použití pro nabíjení (např. Pb akumulátoru 12 V / 3 Ah) je následující:
- připojíme modul na vstupní (napájecí) napětí, výstup je nezapojen
- na výstup připojíme voltmetr a levým trimrem (v pohledu podle fotografie) nastavíme maximální povolené napětí akumulátoru, v daném případě to bude asi 14 V
- na výstup připojíme ampérmetr (výstup jde téměř do zkratu) a pravým trimrem nastavíme proud, při němž má být akumulátor považován za nabitý, v daném případě to bude asi 0,05 A
- prostředním trimrem nastavíme svit prostřední LED, aby při tomto proudu právě zhasínala
- stále máme připojený ampérmetr, pravým trimrem nastavíme maximální nabíjecí proud akumulátoru, v našem případě to bude asi 0,5 A
- měření odpojíme, připojíme akumulátor. Zprvu se rozsvítí všechny LED (je napájení, je režim CC a proud je větší než mez), časem zhasne LED indikace režimu CC a zdroj pracuje jako zdroj napětí. Proud postupně samovolně klesá. Jakmile zhasne i druhá červená LED, klesl proud natolik, že považujeme akumulátor za nabitý. Je hotovo.
Akumulátory, které se nenabíjejí v režimu CC/CV lze nabít také, ale jen v režimu malého konstantního proudu. Po dané době je ručně odpojíme, nefunguje zde žádné automatické ukončení nabíjení. Výhodou je hlavně to, že můžeme použít zdroj s napětím, které je vyšší i nižší, než mají naše nabíjené akumulátory. Jinak řečeno, není problém nabít 12 V akumulátor z jiného 12 V akumulátoru.
Široký rozsah vstupního napětí a také funkce zvyšující i snižující napětí přímo nabízí možnost připojit tento modul k solárnímu panelu se jmenovitým napětím 12 V. takový panel může dávat naprázdno i 30 V, což ale modulu nevadí. Na výstupu máme přesně požadované napětí s omezením odběru proudu, a to i v případě, že potřebujeme při menším odběru třeba napětí 24 V nebo naopak z 12 V / 1 A sopárního panelu napájet zařízení 5 V / 2 A.
Měnič se výborně hodí k napájení LED svítidel, v nichž v režimu konstantního proudu zajistí stále stejný jas i při změnách napájecího napětí.
Měnič samozřejmě není všemocný a nezajistí, aby třeba při vstupním napětí 4 V bylo možné odebírat z výstupu 2 A při 25 V. Napětí 25 V dokáže vytvořit, ale udrží ho jen při relativně malém odběru do 0,3 A.
Je-li napětí na vstupu vyšší než na výstupu (snižující režim), lze odebírat maximální proud prakticky v celém rozsahu, optimální je poměr napětí asi 2:1. Je-li napětí na vstupu nižší než na výstupu (zvyšující režim), klesá možnost odebírat proud tím víc, čím je rozdíl napětí větší, ještě rozumný poměr je asi 1:2. Přechod mezi snižujícím a zvyšujícím režimem je prakticky nepozorovatelný.
Téměř kolmý pohled na modul
Nabízí se možnost použít tento modul jako velmi levný univerzální zdroj s nastavitelným napětím i proudem. Trimry sice nejsou zrovna vhodné k častým změnám, ale nějakou dobu vydrží, a cena je určitě velmi lákavá. A hlavně, koupený modul je dodáván hotový a funkční, nemusí se stavět. Narazíme ale na problém, který není vidět na první pohled ani jej názorně neukáže jednoduchý multimetr. Napětí na výstupu není dobře vyhlazené, při odběru 1 – 2 A dosahuje zvlnění (mezivrcholově) až 800 mV na frekvenci přes 50 kHz, a mít napětí třeba 1,5 V s pulzy 0,8 V určitě není optimální. Při napájení LED nebo nabíjení akumulátorů to nijak významně nevadí.
Výstup z modulu spínaného zdroje bez filtru, zvlnění kolem 700 mV
Jak se pulzů na výstupu zbavit nebo je alespoň omezit na přijatelnou hodnotu? Je to poměrně jednoduché, na výstup musíme připojit LC filtr, například takový, jako je následujícím schématu. Keramický kondenzátor by měl být na napětí 100 V. Elektrolytické kondenzátory použijeme na nejméně 35 V a s malým sériovým odporem (low ESR), například tyto. Tlumivka by měla mít indukčnost 50 až 200 μH a musí být dimenzovaná na proud výstupu (nejméně 2 A), použitelná by měla být třeba tato. Výborné jsou zejména tlumivky podobného typu jako jsou použity i v osazení modulu (označení 101 znamená 100 μH) a jako je na obrázku. Uvedený filtr dostane zvlnění pod úroveň 30 mV (mezivrcholově), což už je pro napájení většiny zařízení přijatelné.
Ukázka vhodných tlumivek a kondenzátoru
Schéma výstupního filtru
Chceme-li usnadnit používání univerzálního zdroje, vybavíme ho ještě měřením napětí i proudu. Opět vyjdeme z modulu, který lze koupit na AliExpress, a to z modulu dvojitého digitálního voltmetru (0 – 100 V) a ampérmetru (0 – 10 A), klíčová slova pro vyhledání v sortimentu jsou „Voltmeter Ammeter LED Dual Digital“. Modul má samostatný přívod napájení 4,5 – 30 V a vlastní spotřebu do 20 mA, zem napájení modulu je spojena se zemí měřeného napětí. Je poměrně rychlý, údaj na displeji se obnovuje 10x za sekundu. Nemusí se nastavovat, přesnost měření je 1% ±1 místo. Pro měření proudu má modul v sobě poměrně stabilní bočník. Provedení je velmi kompaktní (48 x 29 x 21 mm), kabely s konektory jsou součástí dodávky. Cena tohoto modulu včetně dopravy byla 3,40 USD.
Modul voltmetru / ampérmetru
Zadní pohled na modul měření
Máme-li pohromadě oba moduly a materiál na filtr, zbývá si už jen zdroj pospojovat podle následujícího blokového schématu. Síťový zdroj není součástí tohoto návodu a jde-li o konstrukci pro začátečníky, ani by neměl být. K napájení můžeme použít různé hotové síťové i jiné zdroje, pokud vyhoví napětím a poskytovaným výkonem, hodí se třeba napáječe ke starším notebookům (napětí 18 – 20 V), adaptéry k napájení autotelevizí a autochladniček (12 – 14 V), starší nestabilizované síťové zdroje s transformátorem, napáječe od autodráh, 12 V nebo 24 V olověné akumulátory, dokonce i výkonnější solární panely.
Blokové schéma propojení modulů
Obvykle platí: „Za málo peněz málo muziky“. Samozřejmě tento zdroj má svoje omezení, třeba zvlnění i po filtraci je stále takové, že se nehodí k napájení zvukových zařízení nebo pokusy s radiopřijímači, plný proud nedodá v celém rozsahu výstupního napětí a nastavení jak napětí tak proudu by určitě bylo pohodlnější otočným knoflíkem na víceotáčkovém potenciometru, a ne se miniaturním šroubováčkem v ruce strefovat do drážky v mosazné hřídelce trimru. Jenže na druhou stranu, ono té „muziky“ je za tu cenu překvapivě hodně. Na běžnou práci s IO včetně mikrokontrolérů a jednoduchých čidel většinou stačí, a když se časem“vzmůžete“ na lepší, pro modul voltmetru / ampérmetru i spínaný zdoj se určitě najde využití v nějaké další konstrukci.
Oba moduly dohromady i s dopravou vyjdou na 7,05 USD, to je asi 183 Kč podle aktuálního kurzu, k tomu materiál na filtr za 35 Kč a konektor pro připojení k síťovému zdroji řekněme na 20 Kč, výstupní zdířky 12 Kč. Síťový zdroj se většinou najde, jeho parametry se mohou pohybovat v dost širokém rozsahu. Když to vše sečteme, pořídíte takový zdroj za 250 Kč jiným způsobem?
Setkal jsem se s názorem, že možnost koupit podobné moduly za cenu, která je nesporně velmi přístupná, ve srovnání třeba jen s poštovným u nás až neuvěřitelně nízká, znamená úplný konec „bastlení“, protože už nezbude žádná motivace, není co a proč dělat, když to jde takhle koupit. A povede to k tomu, že už nikdo nebude rozumět vůbec ničemu a dělat vůbec nic.
A setkal jsem se úplně opačným názorem, že podobné moduly znamenají konečně začátek smysluplného „bastlení“, protože už nebude nutné se pokaždé zabývat tím, co je sice k funkci nutné (třeba zdroj), ale není cílem to dělat a „otravuje“ to do té míry, že často projekt není dokončen, protože než se autor dostane k tomu, co hozajímá, musí odvést 10x víc práce na tom nutném. Zkrátka: s dostupností takovým modulů začíná ráj pro „bastlíře“.
Nechci se stavět za žádný z těchto hodně vyhraněných názorů, ale stálo by to za diskusi. Co si o tom myslíte vy?