167-K Samochodowa przetwornica 12V _ 220V _ 100VA.pdf

Nowy Elektronik, ul. Junaków 2, 82-300 Elbl¹g, tel./fax 055 236-22-63, e-mail: press-polska@pro.onet.pl

Samochodowa przetwornica

12V/220V/100VA

Nowy Elektronik 167-K

Jak sama nazwa wskazuje prezentowana przetwornica idealnie nadaje siê do zastosowañ turystycznych: owietlenia

namiotu, zasilania odbiornika TV itp. Oczywicie mo¿na j¹ równie¿ zastosowaæ do zasilania urz¹dzeñ stacjonarnych,

takich jak pompa CO, domowe akwarium, ³adowarka telefonów itp. urz¹dzeñ wymagaj¹cych sta³ego zasilania.

Rozwój cywilizacji jednoczenie z zalepiaj¹c¹ wizj¹ dobrobytu generuje problemy wy-

muszaj¹c zmiany warunków i sposobu ¿ycia. Wp³ywa to na szybsz¹ ewolucjê pogl¹dów na

ekologiczne metody egzystencji cz³owieka. Zwolenników zachowawczych dzia³añ ekologicz-

nych, polegaj¹cych na wstrzymywaniu procesów przemys³owych i eksploatacyjnych uzupe³niaj¹

entuzjaci przyspieszenia rozwoju nowoczesnych, energooszczêdnych technologii. Skutecznoæ

dzia³añ w tej dziedzinie zale¿y od rozmiarów uczestnictwa i zrozumienia problemu przez ka¿dego

z nas. Je¿eli natomiast nasze sk³onnoci do oszczêdzania energii lub surowców wynikaj¹ z troski

o zawartoæ w³asnego portfela, to i tak zmierza w tym samym kierunku.

Do koñca lat siedemdziesi¹tych dyspozycja gniazda z napiêciem zmiennym 220V w kabinie limu-

zyny, autokaru lub szosowej ciê¿arówki stanowi³a element luksusowego wyposa¿enia elektro-

nicznego. Postêp w technologii zasilania bateryjnego sprzêtu ³¹cznoci, przenonych urz¹dzeñ

audiowizualnych i sprzêtu informatycznego oraz drobnych elektronarzêdzi, golarek elektrycznych

itp. zmarginalizowa³ problem przenonych róde³ AC-220V.

Niektóre istniej¹ce od dawna oraz zupe³nie wspó³czesne urz¹dzenia wymagaj¹ jednak zastoso-

wania wy¿szej wartoci napiêcia oraz jego przemiennoci. Przewa¿nie potrzeby nie przekraczaj¹

kilkuset VA, czemu s¹ w stanie sprostaæ akumulatorowe, elektroniczne generatory pr¹du prze-

miennego.

Wybra³em kilka rozpowszechnionych i istotnych u¿ytkowo urz¹dzeñ, których zastosowanie lub

jakoæ pracy s¹ uzale¿nione od dyspozycji sieci 220V/50Hz.

220V

wym.

- Akcesoria akwaryjne. Szeroka gama

urz¹dzeñ filtruj¹cych i utrzymuj¹cych

sztucznie krytyczne warunki dla ¿ycia

wiêkszoci gatunków ryb i innych zwie-

rz¹t wodnych. Ci¹g³a praca tych urz¹-

dzeñ jest warunkiem przetrwania "owo-

ców" wieloletniej troski bez czasowego

nadzoru.

- Komputer przenony. ród³a wewnêtrz-

ne zapewniaj¹ funkcjonowanie przez 3-

5 godzin, a nastêpnie konieczny jest

dostêp do zasilania komputera lub sta-

cji dokuj¹cej. Zastosowanie przetworni-

cy i akumulatora o pojemnoci 45 Ah

TR1

12V 12V

Rys. 1 Przygotowanie transformatora

12V do pracy z przetwornic¹.

12V

gwarantuje kilkunastogodzinn¹ pracê.

- £adowarki sieciowe telefonu komórkowego. W typowym zestawie na podstawowym wyposa-

¿eniu jest zasilacz sieciowy preferowany dla danego typu telefonu. Wy³¹cznie jego stosowanie

spe³nia warunki gwarancji. Czêsto zmieniamy aparaty, a zakup dodatkowych zasilaczy samocho-

dowych do ka¿dego modelu, to bezpowrotny wydatek.

- Elektryczny pistolet malarski. Urz¹dzenie ma³o rozpowszechnione, ale zapewnia bez kompreso-

ra nie osi¹galn¹ przez pêdzel jakoæ pow³oki lakieru.

- Elektryczna zapalarka do gazu.

- Elektryczny odwie¿acz powietrza. Modny w ostatnim okresie dystrybutor aromatów.

- ¯arówki energooszczêdne. Nowa generacja niskoprê¿nych lamp gazowych, których skutecz-

noæ owietleniowa wynika z wysokiej sprawnoci przemiany energii elektrycznej na wietln¹

zakresu widzialnego. Przy emisji relatywna iloci wiat³a bia³ego nowe ród³o wiat³a wymaga 4-

5-krotnie mniejszej mocy zasilania. Zjawisko migotania powoduj¹ce znu¿enie i niebezpieczny efekt

stroboskopowy w zale¿noci od techniki wykonania jest bardzo ma³e lub praktycznie nie wystê-

puje. Minimalna iloæ emitowanego w czasie pracy ciep³a umo¿liwia poprawê owietlenia po-

mieszczeñ wyposa¿onych w oprawy z ograniczeniem mocy ¿arówek klasycznych do 60W. Forma

¿arówek energooszczêdnych: gwint, gabaryty i rodzaj zasilania zosta³y zaprojektowane w spo-

sób u³atwiaj¹cy ekspansjê w miejsce tradycyjnych ¿arówek.

- Odbiorniki telewizyjne oraz odbiorniki radiowe. Stacjonarne OTVC do 21" oraz stacjonarne ze-

stawy audio (maksimum 2x25W) mog¹ byæ zasilane z akumulatora samochodowego 12V, jako

rozwi¹zanie bardziej luksusowe ni¿ ma³e odbiorniki turystyczne do sezonowego u¿ytku.

- Pompy cyrkulacyjne. W domowych wêz³ach centralnego ogrzewania i ciep³ej wody, do prawi-

d³owego przebiegu procesów podgrzewania wody pitnej i co, wymagana jest nieprzerwana pra-

ca pomp. Jest to niekiedy warunkiem funkcjonowania wêz³a co i cw, zatem brak zasilania 220V

mo¿e byæ powodem powa¿nych awarii instalacji pod nieobecnoæ domowników w okresie zimo-

wym.

- Lutownica transformatorowa. Istniej¹ lutownice grzejnikowe 12, 24 V DC, ale w niektórych

sytuacjach szczególnie przydatna jest lutownica transformatorowa. Lutowanie powierzchni niklo-

wanych, wystêpuj¹cych na wyprowadzeniach ró¿nych rodzajów wtyczek urz¹dzeñ audiowizyj-

nych, wymaga bowiem temperatury powy¿ej 400°C.

- Klejarka pistoletowa. "Hot Glue" nieodzowna w technologiach szybkiego monta¿u dowolnych

materia³ów, przydatna zw³aszcza do prac wykoñczeniowych w domku dzia³kowym lub letnisko-

Ju¿ w za³o¿eniu konstrukcyjnym przetwornicy przewidywano jej preferencyjne zastosowanie do

zasilania szczególnego typu nowoczesnych urz¹dzeñ owietleniowych.

Umieszczenie na pierwszej pozycji ¿arówki energooszczêdnej wynik³a z idei przewodniej, któr¹

by³o dostosowanie nowoczesnych technologii owietleniowych, a konkretnie ¿arówek gazowych,

transformatorowych lub elektronicznych do warunków sta³ego lub czasowego dostêpu do sieci

elektrycznej 220V/50Hz. W celu uzyskiwania dobrego owietlenia przy respektowaniu ograniczo-

nych zasobów energii akumulatorów .

W przypadku ¿arówek energooszczêdnych ich cena nie jest jeszcze bardzo atrakcyjna, ale rachu-

nek ekonomiczny dowodzi, ¿e przy korzystaniu z ¿arówki zastêpuj¹cej tradycyjn¹ przez 10 godzin

na dobê zwrot kosztów jej zakupu nast¹pi po oko³o 4-5 miesi¹cach, a dalsza praca bêdzie

przynosi³a ponad 70% oszczêdnoci w relacji z poprzednimi kosztami lub przy ich zachowaniu

umo¿liwi poprawê owietlenia pomieszczeñ b¹d stanowisk pracy. Poprawê ekonomicznoci i

jakoci owietlenia dla specjalnej, niskonapiêciowej instalacji owietleniowej 12V lub 24V za-

pewni¹ alternatywne dla zwyk³ych ¿arówek pró¿niowych ¿arówki halogenowe. Wype³nione oto-

czenia w³ókna gazami szlachetnymi umo¿liwi³o podwy¿szenie temperatury w³ókna, a tym samym

przesuniêcie w górê widma emitowanego wiat³a . Efektywnoæ wietlna ¿arówki halogenowej

przewy¿sza o (20-30) % tradycyjn¹ ¿arówkê, co jest s³abym, ale jednak argumentem dla wydat-

ków modernizacyjnych. Ceny ¿arówek halogenowych dla typowych opraw owietleniowych o

F 1

15A T

K1 (+)

R10

11,5-13,5

R9- A

R9- B

R11

5.1k

TR1

2x12/220

R14

US3

US1

C12

US2

wyp.1

R16

US2

C11

R12

47k

4049

R18

5,1k

R15

R13

K2 (-)

R17

C10

US2

wyp.8ix

5,1k

R19

Rys. 2 Schemat przetwornicy

Nowy Elektronik, ul. Junaków 2, 82-300 Elbl¹g, tel./fax 055 236-22-63, e-mail: press-polska@pro.onet.pl

mocy do 50W /12V s¹ niewiele wy¿sze od cen klasycznych ¿arówek samochodowych. Próby

wprowadzenia do powszechnego u¿ytku halogenowych ¿arówek 220V powiod³y siê jedynie w

obszarze zastosowañ specjalnych: projektory filmowe i dydaktyczne, reflektory, elementy grzew-

cze w kserokopiarkach itp. ¯arówki gazowe nowej generacji nazywane energooszczêdnymi, za-

wdziêczaj¹ swoj¹ popularnoæ i dostêpnoæ sukcesom w zastosowaniach do owietlenia ulicz-

nego i przemys³owego. ¯arówki energooszczêdne nie maj¹ niskonapiêciowych odpowiedników

dla powszechnego zastosowania. ¯arówki gazowe stosowane w nowoczesnej technice motory-

zacyjnej s¹ drogie i wysoce specjalizowane (oprawa, kszta³t wi¹zki wiat³a, urz¹dzenia dodatko-

we) zatem i trudno je dowolnie wykorzystywaæ w innych dziedzinach.

Zastosowanie przetwornicy 12/220 w obiekcie uzale¿nionym od zasilania akumulatorowego po-

zwala obni¿yæ koszty poprzez skrócenie instalacji niskonapiêciowej, wymagaj¹cej kilkakrotnie

wiêkszych przekrojów przewodnika. W takiej sytuacji zasadnicza czêæ instalacji mo¿e byæ oparta

na typowych komponentach instalacyjnych 220V, w³¹czniki, gniazda, oprawki na ¿arówki itp.

Nowoczesne ¿arówki gazowe s¹ ród³ami wiat³a o prawie 5-krotnie mniejszym poborze energii

elektrycznej. Nie posiadaj¹ wielu wad swoich "rurowych" poprzedniczek. Maj¹ zwart¹ konstruk-

cjê, wielk¹ trwa³oæ i zmodyfikowany luminofor daj¹cy przyjemn¹ barwê wiecenia. Nie wyma-

gaj¹ dodatkowego osprzêtu w instalacji. Efekt stroboskopowy, który wystêpowa³ w lampach

rurowych powodowa³ znu¿enie oraz zagro¿enie przy owietlaniu maszynowych stanowisk pracy,

zosta³ w tañszych wykonaniach transformatorowych zminimalizowany, a w wykonaniach z elek-

tronicznym transformatorem w.cz. praktycznie nie wystêpuje . Obudowy nowych róde³ wiat³a

s¹ wykonywane w szerokiej gamie form estetycznych.

Prezentowany uk³ad przetwornicy DC/AC pozawala stworzyæ zasilan¹ z akumulatora, lokaln¹ sieæ

elektryczn¹ dla owietlenia domków wypoczynkowych, baraków pracowniczych, wojskowych

namiotów oraz kuchni i wietlicy polowej. Akumulatory wraz z przetwornicami stanow¹ zespó³

elementów bazowych dla u¿ytkowania alternatywnych róde³ energii elektrycznej, opartych na

pr¹dnicach i alternatorach niskiego napiêcia.

tymencie wiêkszoci ich producentów, jednak cech¹ 80% konstrukcji transformatorów toroidal-

nych powy¿ej 80VA jest zastosowanie do wykonania uzwojenia wtórnego 12V podwójnego

drutu DNEE-Cu. Ta konstrukcyjna w³aciwoæ jest naszym sprzymierzeñcem i w razie trudnoci ze

zdobyciem gotowego transformatora 2x12V z przekonaniem zachêcam do prostej przeróbki stan-

dardowego.

Druty nawojowe stanowi¹ jednoczenie wyprowadzenia. S¹ skrêcone lub proste i pozbawione

emalii izoluj¹cej na d³ugoci (2-3) cm od ich koñców, po czym zalutowane. Prostymi zabiegami

mo¿emy oddzieliæ dwa po³¹czone równolegle uzwojenia. Przewody obu uzwojeñ maj¹ jednako-

wy przekrój. S¹ nawijane jednoczenie (bifilarnie), co gwarantuje identycznoæ ich parametrów

elektrycznych w ca³ym zakresie obci¹¿eñ. W innym wykonaniu równoleg³e, galwaniczne po³¹cze-

nie uzwojeñ transformatora nie jest dopuszczalne.

Szeregowe po³¹czenie odseparowanych uzwojeñ zgodnie z rys.1 jest ostatnim etapem zabie-

gów, w wyniku których uzyskujemy transformator o wymaganych parametrach. Doskona³a syme-

tria uzwojeñ zapewnia maksymaln¹ sprawnoæ i bezpieczne warunki pracy pó³przewodnikowych

elementów steruj¹cych. Straty mocy przy wystêpowaniu b³êdów symetrii transformatora mo¿na

korygowaæ przez zmiany czasowych i pr¹dowych parametrów impulsów steruj¹cych symetrycz-

ne czêci uzwojeñ. Moc transformatora toroidalnego oraz wymienionych wczeniej dwukolum-

nowych jest uzale¿niona od mocy P O , któr¹ mamy zamiar czerpaæ z przetwornicy w sposób ci¹g³y.

Uk³ad elektroniczny jest skonstruowany z przeznaczeniem sterowania transformatorów o mocy

(40-120)VA.

Obci¹¿enie o wartoci chwilowej lub ci¹g³ej od zera do wartoci nominalnej zastosowanego

transformatora sieciowego. Obci¹¿enie nominalne jest do dyspozycji dla urz¹dzeñ owietlenio-

wych: klasycznych, elektronicznych oraz innych urz¹dzeñ przeznaczonych do zasilania sieci¹ 220V/

50Hz z wyj¹tkiem dalej opisanych urz¹dzeñ indukcyjnych.

Przy zastosowaniu zalecanego transformatora toroidalnego i przy zasilaniu ma³oprecyzyjnych urz¹-

dzeñ o charakterze rezystancyjnym (¿arówki w³óknowe, grza³ki), dopuszczalne jest przeci¹¿enie

o 20% nominalnej mocy transformatora nawet w warunkach pracy ci¹g³ej. Przy zasilaniu urz¹dzeñ

o charakterze typowo indukcyjnym, jak silniki indukcyjne z kondensatorem lub uzwojeniem zwar-

tym oraz komutatorowe, nale¿y obci¹¿aæ przetwornicê od (60 - 80)% wartoci jej mocy okrelo-

nej przez moc transformatora (120VA).

Konstrukcja uk³adu

Pomimo pokusy zastosowania uk³adu mostkowego w stopniu mocy, które to rozwi¹za-

nie przy zastosowaniu tranzystorów N-MOS i P-MOS jest niebywale proste, poprzesta³em na

sterowanych naprzemiennie, bliniaczych kluczach z tranzystorami N-MOS. Na decyzjê wp³ynê³y

wyniki rozeznania dostêpnoci podzespo³ów koniecznych do wykonania przetwornicy. Skojarze-

nie pary tranzystorów mocy N-MOS i P-MOS o wymaganych parametrach okaza³o siê byæ zada-

niem bardzo trudnym z racji sk¹pego asortymentu powtarzalnie dostêpnych tranzystorów P-MOS

du¿ej mocy. W garniturze wiatowej produkcji tranzystorów mocy w technologiach MOS rodzaj

z kana³em typu P stanowi bardzo nieliczn¹ grupê elementów. W stabilnej ofercie handlowej kra-

jowych dystrybutorów jest zaledwie kilka typów tranzystorów mocy N-MOS i wypad³o mi siê z

tym pogodziæ.

Znacznie ³atwiej jest dobraæ transformator sieciowy z uzwojeniem wtórnym 2x12V, oczywicie

poszukuj¹c tego w asortymencie toroidalnych transformatorów dla owietlenia halogenowego.

Chocia¿ w opisywanej przetwornicy zastosowano docelowo transformator toroidalny 100VA/

50Hz , U IN =220V/ U OUT =2x12V przy i powtórzenie tego rozwi¹zania zagwarantuje wykonawcy

bezstresowy przebieg procesu uruchomienia i regulacji, to w przypadku opisywanego uk³adu,

zastosowanie ró¿nych typów transformatora sieciowego o mocy (100-120) VA i odpowiednio

dobranej konstrukcji przyniesie zadowalaj¹ce rezultaty. Odpowiednia konstrukcja, to w tym przy-

padku niskoprofilowe uzwojenie o dobrej symetrii u³o¿enia uzwojeñ niskonapiêciowych wzglê-

dem rdzenia. Takie kryteria spe³niaj¹ transformatory dwukolumnowe z rdzeniem zwijanym lub

profilowym. Przyznam, ¿e transformatory halogenowe z uzwojeniem 2x12V nie wystêpuj¹ w asor-

Radiator

Tranzystory IRF 640 zastosowane w uk³adach prototypowych pracuj¹ w parach (równo-

legle) dla zmniejszenia strat powstaj¹cych na rezystancji kana³u R DS(on) .

Poniewa¿ tranzystory IRF 640 posiadaj¹ wartoæ graniczn¹ U DS = 200V, to w naturalnym tego

nastêpstwie, wartoci minimalnej rezystancji kana³u R DS(on) nie jest rewelacyjna i wynosi (0,18 -

0,14) W. Wybór tranzystorów z U DS >100V, przyk³adowo: IRF 540 lub BUK 456-100A, umo¿liwi³-

by zastosowanie ich pojedynczo, jednak nie daje gwarancji odpornoci przetwornicy na wp³yw

zjawisk towarzysz¹cych zasilaniu obci¹¿enia reaktancyjnego.

Rezystancja dynamiczna R DS(on) powoduje straty mocy rozpraszanej w postaci ciep³a. Wartoæ

R DS(on) podobnie jak ca³a charakterystyka R DS /UG istotnie zale¿y od temperatury w strukturze i ten

rodzaj start mo¿emy oszacowaæ dok³adnie dla przypadku obci¹¿enia o charakterze rezystancyj-

nym. Obci¹¿enie reaktancyjne, a zw³aczcza indukcyjne o zmiennych parametrach powoduje w

obwodach kluczy T4 -T7 anomalie czasowopr¹dowe niezgodne z okresami sterowania przez

generator taktuj¹cy. W nastêpstwie tych zjawisk rozproszenie mocy w elementach pó³przewod-

nikowych mo¿e byæ ponad wiele razy wiêkszej ni¿ przy obci¹¿eniu typu "R" o równowa¿nej mocy.

Dowiadczenia przeprowadzane na prototypie dowodz¹, ¿e przy obci¹¿enie przetwornicy ¿arów-

kami w³óknowymi o ³¹cznej mocy 120W moc strat przypadaj¹ca na jeden element wykonawczy

MOS jest poni¿ej mocy, któr¹ zdolna jest rozproszyæ jego obudowa TO-220. Mini-

malne jednak b³êdy symetrii transformatora albo sygna³u z generatora taktuj¹cego

mog¹ spowodowaæ szybki wzrost temperatury elementu, a w konsekwencji war-

toci rezystancji dynamicznej (rDS) sprzyjaj¹c dalej procesowi lawinowego wzro-

stu temperatury, a¿ do trwa³ego uszkodzenia struktury pó³przewodnikowej.

Nie jest zatem zalecane podejmowanie próby uruchomienia bez radiatorów na

elementach T4-T7. Pary tranzystorów T4,T6 oraz T5 i T7 musz¹ byæ elektrycznie

odseparowane. Ze wzglêdów konstrukcyjnych i praktycznych nale¿y rozwa¿yæ roz-

wi¹zanie, w którym wszystkie cztery tranzystory zostan¹ zamocowane na wspól-

nym radiatorze poprzez podk³adki izolacyjne mikowe 0,1 mm nawil¿one smarem

silikonowym. Zapewni to jednakow¹ temperaturê tranzystorów pracuj¹cych w

cyklach naprzemiennych, nawet w przypadku ich nierównomiernego obci¹¿enia.

Sam radiator powinien byæ pod³¹czony do masy 12V dla zmniejszenia emisji zak³ó-

ceñ w zakresie Fal D³ugich.

Przy wiadomym wykluczeniu stosowania przetwornicy do zasilania silników

indukcyjnych powy¿ej 25W dla 4 tranzystorów N-MOS ³¹cznie zalecany jest radia-

tor o zdolnoci rozproszenia oko³o 20 W, przy temperaturze w³asnej do 60 °C w

otoczeniu o temp. 20 °C. W praktyce jest to przyk³adowo p³ytka o powierzchni 1

dm 2 z blachy aluminiowej o gruboci 3 [mm] lub miedzianej o gruboci 1,5 [mm],

która mo¿e stanowiæ element obudowy.

Dla pe³nej asekuracji przy pracy z dowolnym typem obci¹¿eñ nale¿y stosowaæ

radiator o zdolnoci rozproszenia mocy 45W/60°C.

Uruchomienie i regulacja uk³adu

Z uwagi na bezpieczeñstwo, pierwsze uruchomienie uk³adu nie powinno

odbywaæ siê bez wymaganego bezpiecznika. Bezporednio z akumulatora nale¿y

zastosowaæ w obwodzie element limituj¹cy pr¹d zasilania, a najlepiej zastosowaæ

na tym etapie zasilacz o pr¹dzie minimum 2A. Proces polega na dok³adnym strojeniem Ta/Tb

generatora taktuj¹cego z pomoc¹ PR1 i PR2. Wystarczaj¹ca jest ocena wskazañ oscyloskopo-

wych, ale znacznie sprawniej informuje o parametrach czêstociomierz/czasomierz.

Proces strojenia jest bardziej pracoch³onny ni¿ skomplikowany. Chodzi o doprowadzenie do jed-

noczesnego spe³nienia nastêpuj¹cych warunków:

1. Przebieg taktuj¹cy wyprowadzenia pin 3 US1 jest w przybli¿eniu fal¹ prostok¹tn¹ o wype³nie-

niu ta / tb = 50% / 50% i okresie powtarzania T = 20 ms (f=50Hz), tak nale¿y wstêpnie ustawiæ

generator obserwuj¹c oscylogram 1.

2. Na podstawie odczytu oscylogramów nieobci¹¿onej przetwornicy, korygujemy wartoci ta/tb

za pomoc¹ PR1/PR2 tak, aby uzyskaæ: wariant A - przebiegi niskonapiêciowe 6 i 7 (porównanie

lub jednoczesna obserwacja na dwóch kana³ach w celu uzyskania podobnych kszta³tów); wariant

B - przebiegi wysokonapiêciowe 8 ( ! Upp do 500V; obserwacja na oscyloskopie jednokana³o-

wym z sond¹ 1:10 w celu uzyskania maksymalnej symetrii apogeum i perygeum przebiegu trape-

zoidalnego).

Symetria kszta³tów oscylogramów bêdzie wiadczy³a o równomiernym obci¹¿eniu par kluczy

MOS.

3. Nale¿y obliczyæ (zmierzyæ) czy po korekcji, okres powtarzania przebiegu nie odbiega od prze-

dzia³u (18-22) ms lub dok³adniej w przypadku zasilania prostych radiobudzików synchronizowa-

nych czêstotliwoci¹ sieci. Wiêksze odstêpstwa wymagaj¹ równoczesnej , proporcjonalnej regu-

lacji PR1/PR2 i powtórzenia procesu z punktu 2 i 3 opisu strojenia.

4. Obci¹¿amy przetwornicê obci¹¿eniem rezystancyjnym (zwyk³a ¿arówka) do 30% wartoci

mocy maksymalnej (w danej wersji wykonania) i sprawdzamy ponownie symetriê oscylogramu.

5. Próbê powtarzamy równie¿ dla obci¹¿enia o wartoci 50% i 80%.

6. Je¿eli przy wzrocie obci¹¿enia zniekszta³cenia symetrii bêd¹ porównywalne z poprzednimi lub

pokazanym w opisie oscylogramem 8, to proces mo¿emy uznaæ za zamkniêty.

Je¿eli podstawowym czynnikiem ograniczaj¹cym moc przenoszon¹ przez transformator maksy-

malne natê¿enie pola magnetycznego w magnetowodzie, to stosowanie pr¹dów o przebiegu

trapezoidalnym, ktorego wartoci szczytowe poszczególnych harmonicznych widma s¹ mniej-

sze, to istnieje mo¿liwoæ przeniesienia wiêkszej mocy ni¿ moc nominalna transformatora poda-

na dla pr¹du sinusoidalnego.

W prezentowanej przetwornicy klucze T5,T7 oraz T4,T6 s¹ zablokowane pojemnociami odpo-

wiednio C10 oraz C9. o wartoci 100nF ka¿da dla spowolnienia procesów komutacyjnych i w

konsekwencji zmniejszenia impulsów przepiêciowych.

W przetwornicy dwutaktowej z uzwojeniem symetrycznym lub mostkowym wymagana jest

symetria czasów sterowania kluczy wzbudzaj¹cych kolejne pó³okresy przebiegu pr¹du w uzwoje-

niu pierwotnym. Ró¿nica polega jednak na tym, ¿e w uk³adzie z uzwojeniem symetrycznym mog¹

wystêpowaæ fizycznie ró¿nice uzwojeñ. W tym wypadku konieczna jest (zastosowana w opisy-

wanym rozwi¹zaniu) precyzyjna i pracoch³onna regulacja impulsów steruj¹cych kluczami, które

tworz¹ pó³okresy wyjciowego przebiegu przemiennego.

W uk³adzie mostkowym lub pó³-mostkowym, pojedyncze uzwojenie brane jest do pracy i w

kolejnych cyklach sterowane pr¹dem o naprzemiennych kierunkach.

W transformatorze sieciowym z wtórnymi uzwojeniami symetrycznymi nieuniknione s¹ b³êdy

wykonania tych uzwojeñ. Asymetria parametrów uzwojeñ w naturalnym zastosowaniu ujawnia

siê najwy¿ej ró¿nicami napiêæ przy wzrastaj¹cym obci¹¿eniu. Odwrotnie, wykorzystuj¹c w prze-

twornicy uzwojenia 2x12V jako wzbudzaj¹ce, jego ewentualna asymetria mo¿e byæ przeszkod¹ w

uzyskaniu ponad 92% sprawnoci.

Silnej asymetrii indukcyjnoci po³ówek uzwojenia przekraczaj¹cej 4% mo¿emy siê raczej spo-

dziewaæ przy jednokolumnowych transformatorach sieciowych, w których z przyczyn konstruk-

cyjnych pierwsza i druga czêæ uzwojenia wtórnego u³o¿ona jest kolejno na ró¿nych warstwach,

czyli na ró¿nej odleg³oæ od rdzenia.

Przy ustawionym pocz¹tkowo symetrycznym czasie sterowania kluczami T4,T6 i T5,T7 kszta³t

elementów dodatnich i ujemnych oscylogramu napiêcia wyjciowego jest niekiedy ró¿ny. Towa-

rzyszy temu zjawisku du¿a wartoæ pr¹du spoczynkowego powy¿ej 1A.

W celu ograniczenia strat mocy wynikaj¹cych z kolizji pr¹dów na pograniczu stanów nieustalo-

nych w transformatorze, który jest najwolniejszym elementem uk³adu przetwornicy zastosowano

linie opóniaj¹ce dla optymalizacji czasów sterowania bramkami tranzystorów T3-T6 oraz osta-

teczne ograniczenia prêdkoci zmian pr¹du w obwodach drenów przez wprowadzenie pojemno-

ci C12,C13. Uzyskano istotn¹ redukcjê amplitudy przepiêæ w obwodach drenu T4 -T7 i w prze-

biegu wyjciowym.

Nie nale¿y jednak lekcewa¿yæ monta¿u kondensatora C11, bowiem istnieje zagro¿enie uszkodze-

nia (przebicia) w uzwojeniu 220V i trwa³ego uszkodzenia transformatora lub odbiornika.

Procesy towarzysz¹ce pracy przetwornicy

Przetwornica wykorzystuje sta³y element o sta³ym wspó³czynniku transformacji napiêcia.

Nie zawiera uk³adu stabilizacji napiêcia wyjciowego. Ampituda napiêcia wyjciowego jest sztywno

uzale¿niona od Ubaterii. Nale¿y zapewniæ tak¹ d³ugoæ i przekrój przewodów zsilajacych po stro-

nie 12V aby przy prz¹dzie I =10A napiêcie na zaciskach K1[+],K2[-] nie ró¿ni³o siê wiecej ni¿

0,5V od napiêcia na zaciskach akumulatora. Oznacza to, ¿e rezystancja obwodu powinna byæ

mniejsza ni¿ 0,05 W.

W wiêkszoci tranzystorów klasy POWER-MOS, zintegrowane ze struktur¹ podstawo-

w¹ szybka dioda nie dopuszcza do zaistnienia odwrotnego potencja³u polaryzacji kana³u. W

obwodach obci¹¿enia kluczy MOS wynikaj¹ce z konstrukcji lub kondycji pacy przetwornicy oscy-

lacje napiêcia nie osi¹gaj¹ zatem wartoci ujemnych powy¿ej napiêcia z³¹czowego diody. Kszta³t

i wielkoæ oscylacji zale¿y od przyczyny (charakter i parametry obci¹¿enia) i konstrukcji stopnia

koñcowego (parametry RLC obwodu tranzystor-transformator). Wartoci skuteczne pr¹du przy

oscylacjach seryjnych lub synchronicznych z przebiegiem roboczym przetwornicy mog¹ byæ bar-

dzo du¿e. Je¿eli przez specyficzne obci¹¿enie wywo³amy oscylacje harmoniczne o fazach sprzecz-

nych z oscylacjami widma przebiegu taktuj¹cego, doprowadzimy do asymetrii czasowopr¹do-

wej w obwodzie koñcowym. W nastêpstwie mog¹ powstaæ kilkudziesiêcioprocentowe straty

mocy zasilania wydzielonej w postaci ciep³a przez radiatory tranzystorów mocy. Taka sytuacja

mo¿e wyst¹piæ na ró¿nym poziomie obci¹¿enia przetwornicy. Moc mo¿e byæ tracona zarówno na

rezystancji kana³u tranzystora MOS w chwili kiedy masa- dren, U DS > 0 lub na z³¹czu diody

zabezpieczaj¹cej, je¿eli na skutek zjawisk indukcyjnych napiêcie tranzystorów osi¹gnie wartoæ

U DS < 0. Dla rozwiania w¹tpliwoci mniej dowiadczonych, warto przypomnieæ, ¿e w za³o¿eniu

teoretycznym, transformator idealny reprezentuje po stronie wejciowej obci¹¿enie o takim cha-

rakterze, jakie do³¹czone zosta³o do jego wyjcia obci¹¿enie. Wartoæ reaktancji obci¹¿enia

podlega transformacji odwrotnej do prze³o¿enia napiêæ U we /U wy . W realnych warunkach, w prze-

wa¿aj¹cym zakresie obci¹¿enia transformatora jego w³aciwoci nie odbiegaj¹ znacznie od teo-

retycznych. Anomalie wystêpuj¹ w stanie pracy ja³owej oraz w stanie przesterowania ( nasycenia

rdzenia magnetowodu).

Poprawnie "zestrojone" czasy sterowania kluczy doprowadzaj¹ transformator do stanu rezonansu

równoleg³ego, kiedy pr¹d przep³ywa synchronicznie w za³¹czanych kluczach. Wartoæ skuteczna

pr¹du pobieranego w tych warunkach przez przetwornicê jest minimalna.

Proporcjonalny do pr¹du obci¹¿enia uzwojenia wyjciowego przetwornicy wzrost pr¹du czerpa-

nego z akumulatora (przy stabilnoci napiêcia 12V na zaciskach p³ytki) wiadczy o poprawnej

pracy urz¹dzenia.

Transformator typowo sieciowy o mocy oko³o 100VA (w zale¿noci od wykonania) zdolny jest

przenosiæ pr¹dy zmienne o czêstotliwociach od 20Hz do kilku kHz bez istotnych strat mocy.

Transformator ma³ej mocy elektrycznej przeznaczony jest do pracy z pr¹dem przemiennym o

zmiennoci sinusoidalnej i czêstotliwoci podstawowej 50Hz. Parametry zasilania /obci¹¿enia

uzwojeñ oraz nominalna moc transformatora odnosi siê do wspomnianych warunków pracy. Kszta³t

przebiegu wyjciowego z przetwornicy dwutaktowej jest trapezoidalny i jego widmo wymaga

pasma czêstotliwoci do najwy¿ej 400Hz. Relacja amplitudy i wartoci¹ skutecznej napiêcia

sinusoidalnego, to 1 do 0,707. W przypadku przebiegu trapezoidalnego nale¿y przyj¹æ relacjê,

jak 1 do 0,85-0,95. Zwracam uwagê na zwi¹zane z tym problemy prawid³owego pomiaru warto-

ci skutecznej napiêcia AC z przetwornicy. Proste przyrz¹dy pomiarowe realizuj¹ce "lepo" proces

przetwarzania dla kszta³tu "sinus". Minimalne b³êdy wyst¹pi¹ przy pomiarach prostym wskani-

kiem galwanometrycznym oraz dobrej klasy przyrz¹dem cyfrowym z termometrycznym syste-

mem pomiaru wartoci skutecznej "True RMS". Wartoæ napiêcia szczytowego o kszta³cie "tra-

pez" jest ni¿sza od wartoci szczytowej "sinus" przy jednakowej wartoci skutecznej obydwu

napiêæ, o czym nale¿y pamiêtaæ przy analizie wskazañ oscyloskopu.

Spis elementów

C5 - 47µF/16V

C6 - 220µF/25V

C7 - 4700µF/25V

C8 - 4700µF/25V

C9 - 100nF

C10 - 100nF

C11 - 10nF/400V

C12 - 220nF

Rezystory:

R1 - 47k

R2 - 47k

R3 - 47k pot. poziomy

R4 - 47k pot. poziomy

R5 - 22

R6 - 3,3k

R7 - 5,1k

R8 - 5,1k

R9A - 10k

R9B - 10k

R10 - 220k

R11 - 5.1k

R12 - 8,2k

R13 - 8,2k

R14 - 1k

R15 - 1k

R16 - 100

R17 - 100

R18 - 100

R19 - 100

Pó³przewodniki:

T1 - BD137

T2 - BD137

T3 - BD137

T4 - IRF640

T5 - IRF640

T6 - IRF640

T7 - IRF640

D1 - 1N4148

D2 - 1N4007

Uk³ady scalone:

US1 - NE555

US2 - 4049

US3 - TL431

Kondensatory:

C1 - 220nF

C2 - 10nF

C3 - 1000µF/25V

C4 - 47nF

Inne:

L5 - 330µH

L6 - 330µH

P³ytka 167-K

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: