Samochodowa przetwornica 12V/220V/100VA

Samochodowa przetwornica 12V/220V/100VA

PRESS-POLSKA
Nowy Elektronik, ul. Junaków 2, 82-300 Elbl¹g, tel./fax 055 236-22-63, e-mail: [email protected]
Samochodowa przetwornica
12V/220V/100VA
Nowy Elektronik 167-K
Jak sama nazwa wskazuje prezentowana przetwornica idealnie nadaje siê do zastosowañ turystycznych: oœwietlenia
namiotu, zasilania odbiornika TV itp. Oczywiœcie mo¿na j¹ równie¿ zastosowaæ do zasilania urz¹dzeñ stacjonarnych,
takich jak pompa CO, domowe akwarium, ³adowarka telefonów itp. urz¹dzeñ wymagaj¹cych sta³ego zasilania.
Rozwój cywilizacji jednoczeœnie z zaœlepiaj¹c¹ wizj¹ dobrobytu generuje problemy wymuszaj¹c zmiany warunków i sposobu ¿ycia. Wp³ywa to na szybsz¹ ewolucjê pogl¹dów na
ekologiczne metody egzystencji cz³owieka. Zwolenników zachowawczych dzia³añ ekologicznych, polegaj¹cych na wstrzymywaniu procesów przemys³owych i eksploatacyjnych uzupe³niaj¹
entuzjaœci przyspieszenia rozwoju nowoczesnych, energooszczêdnych technologii. Skutecznoœæ
dzia³añ w tej dziedzinie zale¿y od rozmiarów uczestnictwa i zrozumienia problemu przez ka¿dego
z nas. Je¿eli natomiast nasze sk³onnoœci do oszczêdzania energii lub surowców wynikaj¹ z troski
o zawartoœæ w³asnego portfela, to i tak zmierza w tym samym kierunku.
Do koñca lat siedemdziesi¹tych dyspozycja gniazda z napiêciem zmiennym 220V w kabinie limuzyny, autokaru lub szosowej ciê¿arówki stanowi³a element luksusowego wyposa¿enia elektronicznego. Postêp w technologii zasilania bateryjnego sprzêtu ³¹cznoœci, przenoœnych urz¹dzeñ
audiowizualnych i sprzêtu informatycznego oraz drobnych elektronarzêdzi, golarek elektrycznych
itp. zmarginalizowa³ problem przenoœnych Ÿróde³ AC-220V.
Niektóre istniej¹ce od dawna oraz zupe³nie wspó³czesne urz¹dzenia wymagaj¹ jednak zastosowania wy¿szej wartoœci napiêcia oraz jego przemiennoœci. Przewa¿nie potrzeby nie przekraczaj¹
kilkuset VA, czemu s¹ w stanie sprostaæ akumulatorowe, elektroniczne generatory pr¹du przemiennego.
Wybra³em kilka rozpowszechnionych i istotnych u¿ytkowo urz¹dzeñ, których zastosowanie lub
jakoœæ pracy s¹ uzale¿nione od dyspozycji sieci 220V/50Hz.
220V
TR1
3
F1
TR1
12V
12V
12V
Rys. 1 Przygotowanie transformatora
12V do pracy z przetwornic¹.
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 samochodowych do ka¿dego modelu, to bezpowrotny wydatek.
- Elektryczny pistolet malarski. Urz¹dzenie ma³o rozpowszechnione, ale zapewnia bez kompresora nie osi¹galn¹ przez pêdzel jakoœæ pow³oki lakieru.
- Elektryczna zapalarka do gazu.
- Elektryczny odœwie¿acz powietrza. Modny w ostatnim okresie dystrybutor aromatów.
- ¯arówki energooszczêdne. Nowa generacja niskoprê¿nych lamp gazowych, których skutecznoœæ oœwietleniowa wynika z wysokiej sprawnoœci przemiany energii elektrycznej na œwietln¹
zakresu widzialnego. Przy emisji relatywna iloœci œwiat³a bia³ego nowe Ÿród³o œwiat³a wymaga 45-krotnie mniejszej mocy zasilania. Zjawisko migotania powoduj¹ce znu¿enie i niebezpieczny efekt
stroboskopowy w zale¿noœci od techniki wykonania jest bardzo ma³e lub praktycznie nie wystêpuje. Minimalna iloœæ emitowanego w czasie pracy ciep³a umo¿liwia poprawê oœwietlenia pomieszczeñ wyposa¿onych w oprawy z ograniczeniem mocy ¿arówek klasycznych do 60W. Forma
¿arówek energooszczêdnych: gwint, gabaryty i rodzaj zasilania zosta³y zaprojektowane w sposób u³atwiaj¹cy ekspansjê w miejsce tradycyjnych ¿arówek.
- Odbiorniki telewizyjne oraz odbiorniki radiowe. Stacjonarne OTVC do 21" oraz stacjonarne zestawy 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 prawid³owego przebiegu procesów podgrzewania wody pitnej i co, wymagana jest nieprzerwana praca pomp. Jest to niekiedy warunkiem funkcjonowania wêz³a co i cw, zatem brak zasilania 220V
mo¿e byæ powodem powa¿nych awarii instalacji pod nieobecnoœæ domowników w okresie zimowym.
- Lutownica transformatorowa. Istniej¹ lutownice grzejnikowe 12, 24 V DC, ale w niektórych
sytuacjach szczególnie przydatna jest lutownica transformatorowa. Lutowanie powierzchni niklowanych, wystêpuj¹cych na wyprowadzeniach ró¿nych rodzajów wtyczek urz¹dzeñ audiowizyjnych, 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-
K1 (+)
wym.
- Akcesoria akwaryjne. Szeroka gama
urz¹dzeñ filtruj¹cych i utrzymuj¹cych
sztucznie krytyczne warunki dla ¿ycia
wiêkszoœci gatunków ryb i innych zwierz¹t wodnych. Ci¹g³a praca tych urz¹dzeñ jest warunkiem przetrwania "owoców" wieloletniej troski bez czasowego
nadzoru.
- Komputer przenoœny. ród³a wewnêtrzne zapewniaj¹ funkcjonowanie przez 35 godzin, a nastêpnie konieczny jest
dostêp do zasilania komputera lub stacji dokuj¹cej. Zastosowanie przetwornicy i akumulatora o pojemnoœci 45 Ah
220V
Ju¿ w za³o¿eniu konstrukcyjnym przetwornicy przewidywano jej preferencyjne zastosowanie do
zasilania szczególnego typu nowoczesnych urz¹dzeñ oœwietleniowych.
Umieszczenie na pierwszej pozycji ¿arówki energooszczêdnej wynik³a z idei przewodniej, któr¹
by³o dostosowanie nowoczesnych technologii oœwietleniowych, a konkretnie ¿arówek gazowych,
transformatorowych lub elektronicznych do warunków sta³ego lub czasowego dostêpu do sieci
elektrycznej 220V/50Hz. W celu uzyskiwania dobrego oœwietlenia przy respektowaniu ograniczonych zasobów energii akumulatorów .
W przypadku ¿arówek energooszczêdnych ich cena nie jest jeszcze bardzo atrakcyjna, ale rachunek 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% oszczêdnoœci w relacji z poprzednimi kosztami lub przy ich zachowaniu
umo¿liwi poprawê oœwietlenia pomieszczeñ b¹dŸ stanowisk pracy. Poprawê ekonomicznoœci i
jakoœci oœwietlenia dla specjalnej, niskonapiêciowej instalacji oœwietleniowej 12V lub 24V zapewni¹ alternatywne dla zwyk³ych ¿arówek pró¿niowych ¿arówki halogenowe. Wype³nione otoczenia w³ókna gazami szlachetnymi umo¿liwi³o podwy¿szenie temperatury w³ókna, a tym samym
przesuniêcie w górê widma emitowanego œwiat³a . Efektywnoœæ œwietlna ¿arówki halogenowej
przewy¿sza o (20-30) % tradycyjn¹ ¿arówkê, co jest s³abym, ale jednak argumentem dla wydatków modernizacyjnych. Ceny ¿arówek halogenowych dla typowych opraw oœwietleniowych o
5
4
15A T
D2
R10
T1
11,5-13,5
R6
R5
R1
R9-A
R11
K
5.1k
US1 4
R3
8
C3
US2
wyp.1
C12
R9-B
C7
C6
G
C4
C5
A
US3
3
R2
7
3
2
47k
C1
1
6
R14
1k
T4
C2
2
9
4049
B
5
6
A
L1
R7
5,1k
11
K2 (-)
US2
wyp.8ix
C
12
L2
R12
10
D
T2
1
8
TR1
2x12/220
C9
C11
R18
R15
14
E
15
K4
R13
R8
5,1k
T5
R17
T3
R19
Rys. 2 Schemat przetwornicy
K3
T6
R16
US2
D1
7
2
7
R4
C8
T7
C10
6
PRESS-POLSKA
Nowy Elektronik, ul. Junaków 2, 82-300 Elbl¹g, tel./fax 055 236-22-63, e-mail: [email protected]
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 grzewcze w kserokopiarkach itp. ¯arówki gazowe nowej generacji nazywane energooszczêdnymi, zawdziêczaj¹ swoj¹ popularnoœæ i dostêpnoœæ sukcesom w zastosowaniach do oœwietlenia ulicznego i przemys³owego. ¯arówki energooszczêdne nie maj¹ niskonapiêciowych odpowiedników
dla powszechnego zastosowania. ¯arówki gazowe stosowane w nowoczesnej technice motoryzacyjnej s¹ drogie i wysoce specjalizowane (oprawa, kszta³t wi¹zki œwiat³a, urz¹dzenia dodatkowe) zatem i trudno je dowolnie wykorzystywaæ w innych dziedzinach.
Zastosowanie przetwornicy 12/220 w obiekcie uzale¿nionym od zasilania akumulatorowego pozwala obni¿yæ koszty poprzez skrócenie instalacji niskonapiêciowej, wymagaj¹cej kilkakrotnie
wiêkszych przekrojów przewodnika. W takiej sytuacji zasadnicza czêœæ instalacji mo¿e byæ oparta
na typowych komponentach instalacyjnych 220V, w³¹czniki, gniazda, oprawki na ¿arówki itp.
Nowoczesne ¿arówki gazowe s¹ Ÿród³ami œwiat³a o prawie 5-krotnie mniejszym poborze energii
elektrycznej. Nie posiadaj¹ wielu wad swoich "rurowych" poprzedniczek. Maj¹ zwart¹ konstrukcjê, wielk¹ trwa³oœæ i zmodyfikowany luminofor daj¹cy przyjemn¹ barwê œwiecenia. Nie wymagaj¹ dodatkowego osprzêtu w instalacji. Efekt stroboskopowy, który wystêpowa³ w lampach
rurowych powodowa³ znu¿enie oraz zagro¿enie przy oœwietlaniu maszynowych stanowisk pracy,
zosta³ w tañszych wykonaniach transformatorowych zminimalizowany, a w wykonaniach z elektronicznym transformatorem w.cz. praktycznie nie wystêpuje . Obudowy nowych Ÿróde³ œwiat³a
s¹ wykonywane w szerokiej gamie form estetycznych.
Prezentowany uk³ad przetwornicy DC/AC pozawala stworzyæ zasilan¹ z akumulatora, lokaln¹ sieæ
elektryczn¹ dla oœwietlenia domków wypoczynkowych, baraków pracowniczych, wojskowych
namiotów oraz kuchni i œwietlicy polowej. Akumulatory wraz z przetwornicami stanow¹ zespó³
elementów bazowych dla u¿ytkowania alternatywnych Ÿróde³ energii elektrycznej, opartych na
pr¹dnicach i alternatorach niskiego napiêcia.
Konstrukcja uk³adu
Pomimo pokusy zastosowania uk³adu mostkowego w stopniu mocy, które to rozwi¹zanie przy zastosowaniu tranzystorów N-MOS i P-MOS jest niebywale proste, poprzesta³em na
sterowanych naprzemiennie, bliŸniaczych kluczach z tranzystorami N-MOS. Na decyzjê wp³ynê³y
wyniki rozeznania dostêpnoœci podzespo³ów koniecznych do wykonania przetwornicy. Skojarzenie pary tranzystorów mocy N-MOS i P-MOS o wymaganych parametrach okaza³o siê byæ zadaniem bardzo trudnym z racji sk¹pego asortymentu powtarzalnie dostêpnych tranzystorów P-MOS
du¿ej mocy. W garniturze œwiatowej produkcji tranzystorów mocy w technologiach MOS rodzaj
z kana³em typu P stanowi bardzo nieliczn¹ grupê elementów. W stabilnej ofercie handlowej krajowych 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, oczywiœcie
poszukuj¹c tego w asortymencie toroidalnych transformatorów dla oœwietlenia halogenowego.
Chocia¿ w opisywanej przetwornicy zastosowano docelowo transformator toroidalny 100VA/
50Hz , UIN=220V/ UOUT=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 przypadku niskoprofilowe uzwojenie o dobrej symetrii u³o¿enia uzwojeñ niskonapiêciowych wzglêdem rdzenia. Takie kryteria spe³niaj¹ transformatory dwukolumnowe z rdzeniem zwijanym lub
profilowym. Przyznam, ¿e transformatory halogenowe z uzwojeniem 2x12V nie wystêpuj¹ w asor-
tymencie wiêkszoœci ich producentów, jednak cech¹ 80% konstrukcji transformatorów toroidalnych powy¿ej 80VA jest zastosowanie do wykonania uzwojenia wtórnego 12V podwójnego
drutu DNEE-Cu. Ta konstrukcyjna w³aœciwoœæ jest naszym sprzymierzeñcem i w razie trudnoœci ze
zdobyciem gotowego transformatora 2x12V z przekonaniem zachêcam do prostej przeróbki standardowego.
Druty nawojowe stanowi¹ jednoczeœnie wyprowadzenia. S¹ skrêcone lub proste i pozbawione
emalii izoluj¹cej na d³ugoœci (2-3) cm od ich koñców, po czym zalutowane. Prostymi zabiegami
mo¿emy oddzieliæ dwa po³¹czone równolegle uzwojenia. Przewody obu uzwojeñ maj¹ jednakowy przekrój. S¹ nawijane jednoczeœnie (bifilarnie), co gwarantuje identycznoœæ ich parametrów
elektrycznych w ca³ym zakresie obci¹¿eñ. W innym wykonaniu równoleg³e, galwaniczne po³¹czenie uzwojeñ transformatora nie jest dopuszczalne.
Szeregowe po³¹czenie odseparowanych uzwojeñ zgodnie z rys.1 jest ostatnim etapem zabiegów, w wyniku których uzyskujemy transformator o wymaganych parametrach. Doskona³a symetria uzwojeñ zapewnia maksymaln¹ sprawnoœæ 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 symetryczne czêœci uzwojeñ. Moc transformatora toroidalnego oraz wymienionych wczeœniej dwukolumnowych jest uzale¿niona od mocy PO, 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 wartoœci chwilowej lub ci¹g³ej od zera do wartoœci nominalnej zastosowanego
transformatora sieciowego. Obci¹¿enie nominalne jest do dyspozycji dla urz¹dzeñ oœwietleniowych: 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 urz¹dzeñ 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 zwartym oraz komutatorowe, nale¿y obci¹¿aæ przetwornicê od (60 - 80)% wartoœci jej mocy okreœlonej przez moc transformatora (120VA).
Radiator
Tranzystory IRF 640 zastosowane w uk³adach prototypowych pracuj¹ w parach (równolegle) dla zmniejszenia strat powstaj¹cych na rezystancji kana³u RDS(on).
Poniewa¿ tranzystory IRF 640 posiadaj¹ wartoœæ graniczn¹ UDS = 200V, to w naturalnym tego
nastêpstwie, wartoœci minimalnej rezystancji kana³u RDS(on) nie jest rewelacyjna i wynosi (0,18 0,14) W. Wybór tranzystorów z UDS >100V, przyk³adowo: IRF 540 lub BUK 456-100A, umo¿liwi³by zastosowanie ich pojedynczo, jednak nie daje gwarancji odpornoœci przetwornicy na wp³yw
zjawisk towarzysz¹cych zasilaniu obci¹¿enia reaktancyjnego.
Rezystancja dynamiczna RDS(on) powoduje straty mocy rozpraszanej w postaci ciep³a. Wartoœæ
RDS(on) podobnie jak ca³a charakterystyka RDS/UG istotnie zale¿y od temperatury w strukturze i ten
rodzaj start mo¿emy oszacowaæ dok³adnie dla przypadku obci¹¿enia o charakterze rezystancyjnym. 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 pó³przewodnikowych mo¿e byæ ponad wiele razy wiêkszej ni¿ przy obci¹¿eniu typu "R" o równowa¿nej mocy.
Doœwiadczenia przeprowadzane na prototypie dowodz¹, ¿e przy obci¹¿enie przetwornicy ¿arówkami 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. Minimalne jednak b³êdy symetrii transformatora albo sygna³u z generatora taktuj¹cego
mog¹ spowodowaæ szybki wzrost temperatury elementu, a w konsekwencji wartoœci rezystancji dynamicznej (rDS) sprzyjaj¹c dalej procesowi lawinowego wzrostu 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 rozwi¹zanie, w którym wszystkie cztery tranzystory zostan¹ zamocowane na wspólnym 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 zak³óceñ w zakresie Fal D³ugich.
Przy œwiadomym wykluczeniu stosowania przetwornicy do zasilania silników
indukcyjnych powy¿ej 25W dla 4 tranzystorów N-MOS ³¹cznie zalecany jest radiator o zdolnoœci 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
dm2 z blachy aluminiowej o gruboœci 3 [mm] lub miedzianej o gruboœci 1,5 [mm],
która mo¿e stanowiæ element obudowy.
Dla pe³nej asekuracji przy pracy z dowolnym typem obci¹¿eñ nale¿y stosowaæ
radiator o zdolnoœci rozproszenia mocy 45W/60°C.
Uruchomienie i regulacja uk³adu
Z uwagi na bezpieczeñstwo, pierwsze uruchomienie uk³adu nie powinno
odbywaæ siê bez wymaganego bezpiecznika. Bezpoœrednio z akumulatora nale¿y
zastosowaæ w obwodzie element limituj¹cy pr¹d zasilania, a najlepiej zastosowaæ
PRESS-POLSKA
Nowy Elektronik, ul. Junaków 2, 82-300 Elbl¹g, tel./fax 055 236-22-63, e-mail: [email protected]
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 oscyloskopowych, ale znacznie sprawniej informuje o parametrach czêstoœciomierz/czasomierz.
Proces strojenia jest bardziej pracoch³onny ni¿ skomplikowany. Chodzi o doprowadzenie do jednoczesnego spe³nienia nastêpuj¹cych warunków:
1. Przebieg taktuj¹cy wyprowadzenia pin 3 US1 jest w przybli¿eniu fal¹ prostok¹tn¹ o wype³nieniu 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 wartoœci 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 jednokana³owym z sond¹ 1:10 w celu uzyskania maksymalnej symetrii apogeum i perygeum przebiegu trapezoidalnego).
Symetria kszta³tów oscylogramów bêdzie œwiadczy³a o równomiernym obci¹¿eniu par kluczy
MOS.
3. Nale¿y obliczyæ (zmierzyæ) czy po korekcji, okres powtarzania przebiegu nie odbiega od przedzia³u (18-22) ms lub dok³adniej w przypadku zasilania prostych radiobudzików synchronizowanych czêstotliwoœci¹ sieci. Wiêksze odstêpstwa wymagaj¹ równoczesnej , proporcjonalnej regulacji PR1/PR2 i powtórzenia procesu z punktu 2 i 3 opisu strojenia.
4. Obci¹¿amy przetwornicê obci¹¿eniem rezystancyjnym (zwyk³a ¿arówka) do 30% wartoœci
mocy maksymalnej (w danej wersji wykonania) i sprawdzamy ponownie symetriê oscylogramu.
5. Próbê powtarzamy równie¿ dla obci¹¿enia o wartoœci 50% i 80%.
6. Je¿eli przy wzroœcie obci¹¿enia zniekszta³cenia symetrii bêd¹ porównywalne z poprzednimi lub
pokazanym w opisie oscylogramem 8, to proces mo¿emy uznaæ za zamkniêty.
Procesy towarzysz¹ce pracy przetwornicy
Przetwornica wykorzystuje sta³y element o sta³ym wspó³czynniku transformacji napiêcia.
Nie zawiera uk³adu stabilizacji napiêcia wyjœciowego. Ampituda napiêcia wyjœciowego jest sztywno
uzale¿niona od Ubaterii. Nale¿y zapewniæ tak¹ d³ugoœæ i przekrój przewodów zsilajacych po stronie 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 wiêkszoœci tranzystorów klasy POWER-MOS, zintegrowane ze struktur¹ podstawow¹ szybka dioda nie dopuszcza do zaistnienia odwrotnego potencja³u polaryzacji kana³u. W
obwodach obci¹¿enia kluczy MOS wynikaj¹ce z konstrukcji lub kondycji pacy przetwornicy oscylacje napiêcia nie osi¹gaj¹ zatem wartoœci ujemnych powy¿ej napiêcia z³¹czowego diody. Kszta³t
i wielkoœæ oscylacji zale¿y od przyczyny (charakter i parametry obci¹¿enia) i konstrukcji stopnia
koñcowego (parametry RLC obwodu tranzystor-transformator). Wartoœci skuteczne pr¹du przy
oscylacjach seryjnych lub synchronicznych z przebiegiem roboczym przetwornicy mog¹ byæ bardzo du¿e. Je¿eli przez specyficzne obci¹¿enie wywo³amy oscylacje harmoniczne o fazach sprzecznych z oscylacjami widma przebiegu taktuj¹cego, doprowadzimy do asymetrii czasowopr¹dowej 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, UDS > 0 lub na z³¹czu diody
zabezpieczaj¹cej, je¿eli na skutek zjawisk indukcyjnych napiêcie tranzystorów osi¹gnie wartoœæ
UDS < 0. Dla rozwiania w¹tpliwoœci mniej doœwiadczonych, warto przypomnieæ, ¿e w za³o¿eniu
teoretycznym, transformator idealny reprezentuje po stronie wejœciowej obci¹¿enie o takim charakterze, jakie do³¹czone zosta³o do jego wyjœcia obci¹¿enie. Wartoœæ reaktancji obci¹¿enia
podlega transformacji odwrotnej do prze³o¿enia napiêæ Uwe/Uwy. W realnych warunkach, w przewa¿aj¹cym zakresie obci¹¿enia transformatora jego w³aœciwoœci nie odbiegaj¹ znacznie od teoretycznych. 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. Wartoœæ skuteczna
pr¹du pobieranego w tych warunkach przez przetwornicê jest minimalna.
Proporcjonalny do pr¹du obci¹¿enia uzwojenia wyjœciowego przetwornicy wzrost pr¹du czerpanego z akumulatora (przy stabilnoœci napiêcia 12V na zaciskach p³ytki) œwiadczy o poprawnej
pracy urz¹dzenia.
Transformator typowo sieciowy o mocy oko³o 100VA (w zale¿noœci od wykonania) zdolny jest
przenosiæ pr¹dy zmienne o czêstotliwoœciach od 20Hz do kilku kHz bez istotnych strat mocy.
Transformator ma³ej mocy elektrycznej przeznaczony jest do pracy z pr¹dem przemiennym o
zmiennoœci sinusoidalnej i czêstotliwoœci podstawowej 50Hz. Parametry zasilania /obci¹¿enia
uzwojeñ oraz nominalna moc transformatora odnosi siê do wspomnianych warunków pracy. Kszta³t
przebiegu wyjœciowego z przetwornicy dwutaktowej jest trapezoidalny i jego widmo wymaga
pasma czêstotliwoœci do najwy¿ej 400Hz. Relacja amplitudy i wartoœci¹ 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 wartoœci skutecznej napiêcia AC z przetwornicy. Proste przyrz¹dy pomiarowe realizuj¹ce "œlepo" proces
przetwarzania dla kszta³tu "sinus". Minimalne b³êdy wyst¹pi¹ przy pomiarach prostym wskaŸnikiem galwanometrycznym oraz dobrej klasy przyrz¹dem cyfrowym z termometrycznym systemem pomiaru wartoœci skutecznej "True RMS". Wartoœæ napiêcia szczytowego o kszta³cie "trapez" jest ni¿sza od wartoœci szczytowej "sinus" przy jednakowej wartoœci skutecznej obydwu
napiêæ, o czym nale¿y pamiêtaæ przy analizie wskazañ oscyloskopu.
Je¿eli podstawowym czynnikiem ograniczaj¹cym moc przenoszon¹ przez transformator maksymalne natê¿enie pola magnetycznego w magnetowodzie, to stosowanie pr¹dów o przebiegu
trapezoidalnym, ktorego wartoœci szczytowe poszczególnych harmonicznych widma s¹ mniejsze, to istnieje mo¿liwoœæ przeniesienia wiêkszej mocy ni¿ moc nominalna transformatora podana dla pr¹du sinusoidalnego.
W prezentowanej przetwornicy klucze T5,T7 oraz T4,T6 s¹ zablokowane pojemnoœciami odpowiednio C10 oraz C9. o wartoœci 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 uzwojeniu 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 opisywanym rozwi¹zaniu) precyzyjna i pracoch³onna regulacja impulsów steruj¹cych kluczami, które
tworz¹ pó³okresy wyjœciowego 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 przetwornicy uzwojenia 2x12V jako wzbudzaj¹ce, jego ewentualna asymetria mo¿e byæ przeszkod¹ w
uzyskaniu ponad 92% sprawnoœci.
Silnej asymetrii indukcyjnoœci po³ówek uzwojenia przekraczaj¹cej 4% mo¿emy siê raczej spodziewaæ przy jednokolumnowych transformatorach sieciowych, w których z przyczyn konstrukcyjnych pierwsza i druga czêœæ uzwojenia wtórnego u³o¿ona jest kolejno na ró¿nych warstwach,
czyli na ró¿nej odleg³oœæ od rdzenia.
Przy ustawionym pocz¹tkowo symetrycznym czasie sterowania kluczami T4,T6 i T5,T7 kszta³t
elementów dodatnich i ujemnych oscylogramu napiêcia wyjœciowego jest niekiedy ró¿ny. Towarzyszy temu zjawisku du¿a wartoœæ pr¹du spoczynkowego powy¿ej 1A.
W celu ograniczenia strat mocy wynikaj¹cych z kolizji pr¹dów na pograniczu stanów nieustalonych w transformatorze, który jest najwolniejszym elementem uk³adu przetwornicy zastosowano
linie opóŸniaj¹ce dla optymalizacji czasów sterowania bramkami tranzystorów T3-T6 oraz ostateczne ograniczenia prêdkoœci zmian pr¹du w obwodach drenów przez wprowadzenie pojemnoœci C12,C13. Uzyskano istotn¹ redukcjê amplitudy przepiêæ w obwodach drenu T4 -T7 i w przebiegu wyjœciowym.
Nie nale¿y jednak lekcewa¿yæ monta¿u kondensatora C11, bowiem istnieje zagro¿enie uszkodzenia (przebicia) w uzwojeniu 220V i trwa³ego uszkodzenia transformatora lub odbiornika.
Spis elementów
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
Kondensatory:
C1 - 220nF
C2 - 10nF
C3 - 1000µF/25V
C4 - 47nF
C5 - 47µF/16V
C6 - 220µF/25V
C7 - 4700µF/25V
C8 - 4700µF/25V
C9 - 100nF
C10 - 100nF
C11 - 10nF/400V
C12 - 220nF
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
Inne:
L5 - 330µH
L6 - 330µH
P³ytka 167-K