Vaak is in een schakeling net een andere voedingsspanning nodig dan de spanning die beschikbaar is. Dat kan bijvoorbeeld zijn om een digitaal deel van 5V te voorzien terwijl er een standaard 12V voeding beschikbaar is, maar ook om in bijvoorbeeld een vrachtwagen 12V af te leiden van de 24V boordspanning. Dat kan natuurlijk met een 3-poot regulator, maar alle overtollige spanning wordt maal de stroom in warmte omgezet. Bijvoorbeeld: bij 1A benodigd voor wat digitale elektronica, neemt de schakeling 5W energie af, terwijl 7W in warmte wordt omgezet. Dat moet ook anders kunnen…
Ongetwijfeld is het nut bekend van schakelende voedingen: die zijn vaak klein, efficient en produceren dan ook veel minder warmte. Maar ze zijn ook duur en moeilijk te maken. Wat de meeste mensen niet weten, is dat een driepoot heel goed als schakelende voeding te gebruiken is. Zelf paste ik het toe bij mijn eerste digitale camera, die 2A lustte bij gebruik van het LCD, en dat bij 5V. Ik gebruikte een 12V 6Ah accu uit een alarminstallatie met een schakelende voeding erachter om de camera gedurende tenminste 3 uur aaneengesloten met ingeschakelde LCD te kunnen gebruiken. Inmiddels is de camera naar het prive museum verhuisd, maar de schakeling doet nog steeds dienst.
Het principe blijkt uit een historische application note welke ik geprobeerd heb te kopieren. Mooi is het niet, duidelijk wel. In de eenvoudige uitvoering ziet dat er als volgt uit:
Fig. 1 Schakelende voeding met LM317. Klik op de afbeelding voor een vergroting
Het principe is eenvoudig. Met behulp van de spanningsdeler R3/R4 wordt de uitgangsspanning bepaald. Zodra de regulator meer dan zo'n 30mA trekt, gaat transistor Q1 open, en bouwt een magnetisch veld op in de spoel, waardoor de spanning aan de uitgang niet met een klap, maar geleidelijk zal toenemen totdat de ingestelde spanning bereikt is. Daarna stopt de regulator met stroom trekken, en bouwt de energie in de spoel weer af via D1 totdat de spanning weer iets onder de ingestelde waarde daalt, waarna het spel weer opnieuw begint.
De onderdelen zijn uit de Amerikaanse literatuur, maar kunnen vrij vertaald worden naar Europese equivalenten. Voor de spoel gebruikte ik een ringkern uit een oude PC voeding met ca. 40 windingen koperdraad, maar uit diverse experimenten is gebleken dat de spoel niet kritisch is. Wat ferriet met een handje vol windingen doet het al gauw goed. Gaat het om een vaste uitgangsspanning, dan kan de LM317 zonder meer vervangen worden door bijvoorbeeld een 7805 voor 5V uitgangsspanning. C2, R3 en R4 komen dan te vervangen.
De schakeling is er ook in een meer luxe uitvoering met kortsluitbeveiliging:
Fig.2 Schakelende voeding met overbelasting beveiliging
Het grotere vermogen wordt nu bereikt door de extra transistor (waar hier 3 stuks uit de LM195 serie parallel geschakeld worden, maar elke redelijke vermogenstransistor doet het ook). Hiermee kan zelfs nog wat extra power bereikt worden. Ik haalde met de schakeling uit fig. 1 een rendement van meer dan 85%. Zeker de moeite waard om eens mee te experimenteren dus.