Napájení elektronických modulů

Mnohé moduly dekodérů pro DCC (i jiných obvodů), které nejsou napájeny přímo z vodičů J a K nebo kolejí (tedy z DCC napětí), mají externí napájení řešené jako univerzální.  Na vstupu je obvykle Graetzův můstek (4 usměrňovací diody), pak elektrolytický kondenzátor(y) a za ním následuje stabilizátor na 5V, nebo 12V (podle provedení modulu) s filtračními kondenzátory proti zákmitům. Výhodou je, že obvod můžeme napájet střídavým i stejnosměrným napětím (u druhého dokonce nezáleží na polaritě, můstek ho vždy správně „otočí“). Jedinou podmínkou je, že vstupní stejnosměrné napětí musí být minimálně o cca 3-4 volty vyšší, než je to požadované za stabilizátorem. (Důvod: na můstku vzniká úbytek cca 1,5V a stabilizátor vyžaduje určitý minimální rozdíl mezi vstupním a výstupním napětím, to najdeme pro daný typ v katalogu, obvykle se doporučuje 2V a více.) U střídavého napětí to platí trochu jinak: Nejdříve ho vynásobíme hodnotou 1,41 (to je přepočet z efektivní hodnoty střídavého napětí na vrcholovou hodnotu, na kterou se pak nabíjí elektrolytický kondenzátor). Dále platí úplně stejná úvaha o úbytcích napětí, jako u stejnosměrného napájení. Tedy střídavé napětí může být nižší. To je důvod, proč obvykle vidíme svorky označené rozdílnými hodnotami napětí AC a DC (AC je mezinárodně používané označení pro střídavý, DC pro stejnosměrný proud). Maximální hodnoty napětí jsou pak dané maximálním vstupním napětím stabilizátoru. Ale nedoporučuje se tuto možnost využívat, protože výkonová ztráta (vyzářené teplo) stabilizátoru je daná jako součin úbytku napětí na něm (tedy vstupní mínus výstupní napětí) a odebíraného proudu.

Občas však toto zapojení není nejoptimálnější. Já na svém kolejišti používám lokální spínané stabilizátory na 5V a proud cca 2A, které umísťuji do „hnízd“ elektroniky, jakými jsou např. zhlaví nádraží (jsou tam dekodéry pro výhybky, návěstidla atd.) Spínané stabilizátory mají vyšší účinnost a produkují podstatně méně tepla, než klasické analogové, které bývají na modulech dekodérů. Celek tak spotřebuje méně energie a méně hřeje. Pak samozřejmě nemůžu 5V ze spínaného stabilizátoru vést na vstupní svorky výše popsaného modulu. Řešení je jednoduché – na deskách modulů neosazuji diodový můstek ani stabilizátor. Místo můstku dám do plošného spoje dvě propojky, které vedou proud ze vstupní svorkovnice dále. Důležité je uvědomit si, že nyní už musíme mít jasno, že na svorkovnici bude jeden pól mínus a druhý plus. Záměna má obvykle fatální následky. A jednu propojku dám také mezi vstupní a výstupní svorku stabilizátoru (tedy přesněji do děr v desce tam, kde měl být stabilizátor). Elektrolytický kondenzátor stačí podstatně menší kapacity, nebo nemusí být vůbec. Keramické kondenzátory neškodí nikdy, pomohou odstranit rušivé signály v napájení. Ale postačí i jeden. Schéma je na obr. 1. Vynechané součástky jsou přeškrtnuty červeně a doplněné propojky modré.

A pro fajnšmekry mám ještě dvě vylepšení. Pokud často laborujete s elektronikou, chybě se neubráníte. Můžete obvod omylem připojit na vyšší napětí, než je určený, nebo splést polaritu zdroje (chudák mikroprocesor na to zrovna stavěný není).  Proto je vhodné desky doplnit jednoduchou ochranou – tou je tzv. transil – součástka podobná Zenerově diodě, ale s vyšším výkonem a velkou rychlostí reakce. Pokud zapojíme transil (unipolární – stejnosměrný) se spínacím napětím o něco vyšším, než je předepsané vstupní (např. u 5V se doporučuje 6,8V transil) za vstupní svorky, spolehlivě svede vyšší napětí do země. A také ochrání před opačnou polaritou napětí. Místo na desce se obvykle najde, když ne, dá se transil postavit „na výšku“ na místo elektrolytu. Lze namítnout, že ochranu proti přepólování zdroje poskytuje i původní usměrňovač, nebo i pouhá jedna dioda. Ano, ale na paralelně zapojeném transilu nevzniká úbytek napětí a chrání i proti vyššímu vstupnímu napětí.

A na závěr – místo náhrady stabilizátoru propojkou často dávám do plošného spoje EMI filtr Murata. Obsahuje v sobě kondenzátor a feritové tlumivky a odfiltruje vysokofrekvenční a šumová napětí, což je u DCC obvodů celkem žádoucí. Navíc, roztečí vývodů přesně pasuje do otvorů pro stabilizátor 7805. Schéma úpravy je na obr. 2. Použil jsem ji např. na desce PZZ – viz poslední fotografii v článku.