przetwornica 12V-24V POMPA ŁADUNKOWA.pdf

Przetwornica 12VDC − 24VDC

Do czego to służy?

Proponowany układ jest kolejnym z

serii urządzeń projektowanych i wyko−

nywanych na zamówienie określonej

grupy odbiorców − modelarzy. Nie o−

znacza to bynajmniej, że nie może on

okazać się użyteczny dla innych użyt−

kowników. Wprost przeciwnie, układ,

który za chwilę pozwolę sobie opisać,

może znaleźć zastosowanie wszędzie

tam, gdzie potrzebujemy nieco pod−

wyższyć napięcie stałe z zakresu 12 ...

15V, które mamy do dyspozycji i użyć

go np. do ładowania baterii akumulato−

rów.

Modelarze zajmujący się budową

modeli RC, a w szczególności specja−

liści od modeli z napędem elektry−

cznym są dość specyficzną i wyma−

gającą grupą odbiorców. Nie dość, że

wciąż żądają nowych i coraz doskonal−

szych ładowarek do akumulatorów, re−

gulatorów obrotów i układów zdalnego

sterowania, to w dodatku są wyjątko−

wo niecierpliwi i chcą, aby ich akumu−

latory można było ładować w terenie,

np. na lotnisku. Trudno się im zresztą

dziwić: jjazda na lotnisko aby wykonać

jeden lot i następnie powrót do domu

w celu naładowanie akumulatorów,

mogłoby każdemu obrzydzić to piękne

hobby. Najczęściej żądania modelarzy

są dość łatwe do spełnienia, ponieważ

odbiorniki zdalnego sterowania zasila−

ne są z baterii akumulatorków o napię−

ciu 4,8V, a małe silniki elektryczne sto−

sowane do napędu modeli latających

2333

czerpią energię z baterii akumulatorów

7,2V. Baterie o takim napięciu można

bez większego problemu naładować z

akumulatora samochodowego 12V.

Kłopoty zaczynają się dopiero przy ła−

dowaniu baterii akumulatorów o

wyższym napięciu, a więc źródła zasi−

lania nadajników aparatury RC i wyczy−

nowych modeli z napędem elektry−

cznym. W typowym nadajniku RC sto−

sowana jest bateria złożona z ośmiu

ogniw 1,2V, co daje napięcie robocze

9,6V, a napięcie pełnego naładowania

najczęściej 11,04V. Już w tym przy−

padku regulacja prądu ładowania po−

bieranego z akumulatora samochodo−

wego o napięciu 12,6V byłaby nie−

zwykle kłopotliwa, a przecież stosowa−

ne są także baterie akumulatorów o

napięciu pełnego naładowania 13,8V

(dziesięć ogniw) i większym.

Najprostszym wyjściem z sytuacji

jest zbudowanie prostej przetwornicy,

podwyższającej napięcie pobierane z

akumulatora samochodowego do 16

...20V i dostarczającej prądu o wartoś−

ci do 3A. Do przetwornicy moglibyśmy

dołączyć typową ładowarkę do akumu−

latorów i już bez przeszkód ładować

nawet dziesięć ogniw NiCd połączo−

nych szeregowo. Urządzenie takie zo−

stało przeze mnie zaprojektowane i

wykonane, przeszło stosowne testy w

Pracowni Konstrukcyjnej AVT i obec−

nie jego opis przekazuję Czytelnikom

EdW.

Jeszcze raz zaznaczam, że zastoso−

wanie proponowanego układu w mo−

delarstwie, to tylko jeden z wielu moż−

liwych przykładów. Układ przetwornicy

okaże się użyteczny dla każdego, kto

potrzebuje ładować „w terenie“ więk−

szą liczbę ogniw akumulatorowych je−

Rys.. 1 Zasada dziiałłaniia przetworniicy

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/99

Rys.. 2 Schemat iideowy

dnocześnie, a także w każdym przy−

padku, kiedy będziemy chcieli pod−

wyższyć o kilkadziesiąt procent napię−

cie stałe, jakie mamy do dyspozycji.

Proponowany układ odznacza się

dużą prostotą i zaprojektowany został

z wykorzystaniem wyłącznie tanich i

łatwo dostępnych podzespołów elek−

tronicznych. Jego wykonanie nie prze−

kracza możliwości nawet mało zaa−

wansowanego konstruktora.

zbudowana z dwóch diod, dwóch kon−

densatorów oraz przełącznika, z zasa−

dy półprzewodnikowego. Przełącznik

na zmianę łączy jeden z kondensato−

rów z dodatnią szyną zasilania albo z

masą.

Ładowaniie kondensatora

Gdy pompa jest w trybie ładowania

(czyli, gdy kondensator jest połączony

z masą), to kondensatory są w ukła−

dzie prawie równoległym, rozdzielone

tylko przez diodę D2. Kondensator C1

ładuje się niemal do poziomu napięcia

zasilania poprzez diodę D1. W tym sa−

mym czasie kondensator C2 utrzymu−

je ładunek, który zgromadził poprze−

dnio. W trakcie normalnej pracy napię−

cie na tym kondensatorze jest wyższe,

niż na C1, zatem dioda D2 jest spolary−

zowana zaporowo.

Pompowaniie

W trybie pompowania elektroda

kondensatora C1, która poprzednio by−

ła po− łączona z masą, teraz jest poł−

ączona poprzez przełącznik z potencja−

łem szyny zasilania. Ładunek z C1

przepływa do C2, przez co napięcie na

tym drugim kondensatorze prawie się

podwaja. Prawie, ponieważ zawsze

musimy się liczyć z stratą napięcia na

diodach, skończoną pojemnością kon−

densatorów, a także z małą, lecz zau−

ważalną rezystancją tranzystorów

MOSFET w stanie włączenia.

Wróćmy teraz do analizy schematu

naszej przetwornicy. W układzie prak−

tycznym, pokazanym na rysunku 2,

rolę przełącznika S1 pełnią tranzystory

MOSFET T1 i T2. T1 łączy kondensato−

ry „pompujące“ C1, C2 i C3 z dodat−

nim napięciem zasilania, natomiast T2

zwiera je do masy.

Bramki tranzystorów sterowane są

z wyjść multipleksera IC2 − 4051, któ−

rego wejścia adresowe dołączone są

do wyjść licznika binarnego IC1A −

4520. Na wejście tego licznika impul−

sów prostokątnych wytwarzanych

przez prosty generator zbudowany z

bramek IC3A i IC3B, którego częstotli−

wość pracy określona jest pojemnoś−

cią C7 i rezystancją R5. W miarę przy−

chodzenia na wejście licznika impul−

sów zegarowych kolejne wyjścia mul−

tipleksera łączone są za pośredni−

ctwem rezystora R3 z dodatnim poten−

Jak to działa?

Schemat elektryczny proponowane−

go układu został pokazany na rysunku

2. Zanim jednak przejdziemy do jego

szczegółowej analizy, zapoznajmy się

bliżej z zasadą działania przetwornicy

pojemnościowej, zwanej także

„pompą ładunku elektrycznego“.

Przeciwnie do łatwości, z jaką mo−

żemy podwyższyć napięcie przemien−

ne, zwiększenie napięcia stałego jest

dość skomplikowane. Jedną z metod

jest indukcyjna przetwornica podwyż−

szająca napięcie, inną − pompa ładun−

ku. Jakichkolwiek jednak środków uży−

jemy, zawsze musimy zamienić napię−

cie stałe na przemienne, ponieważ tyl−

ko wówczas możemy zwiększyć jego

poziom. Podstawowym fragmentem

naszego układu jest pompa ładunku,

pokazana schematycznie na rysunku

1. Pompa, mająca dwie fazy pracy, jest

Takt Tranzystor T1 Tranzystor T2

Włączony

Wyłączony

Włączony

Wyłączony

Włączony

Wyłączony

Wyłączony Wyłączony

Wyłączony Włączony

Wyłączony Wyłączony

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/99

AVT−2333

moprzewodzącej), a dopiero później

lutujemy tranzystory do płytki. W ra−

diatorach umieszczone są specjalne

kołki, zapewniające po przylutowaniu

do płytki pewne połączenie mechani−

czne tych elementów. Próby prakty−

czne wykazały, że diody Schottky’ego

D1 i D2 nie nagrzewają się zbytnio i

nie wymagają dodatkowego chłodze−

nia.

Zbudowany w Pracowni Konstruk−

cyjnej AVT układ został poddany stoso−

wnym testom na obciążenie, których

wyniki przedstawiamy w poniższej ta−

beli.

Zmontowany ze sprawnych ele−

mentów układ nie wymaga jakiejkol−

wiek regulacji ani uruchamiania. Jedy−

nie w wyjątkowych sytuacjach, kiedy

będzie nam zależeć na obniżeniu na−

pięcia wyjściowego, możemy dokonać

jego regulacji za pomocą potencjome−

tru montażowego PR1. W każdym in−

nym przypadku potencjometr ten usta−

wiamy w skrajnym położeniu (suwak

zwarty z masą).

Rys.. 3 Schemat montażowy

cjałem zasilania. Tak więc tranzystory

T1 i T2 włączane są w sposób podany

w tabeli.

Łatwo zauważyć, że w cyklu pracy

przetwornicy występują dwa „martwe

okresy“, w których żaden z tranzysto−

rów nie przewodzi. Dlaczego? Należy

pamiętać, jak istotne znaczenie mają

czasy przełączania tranzystorów. W

przypadku tranzystorów MOSFET typu

BUZ10 lub BUZ11, które zastosowaliś−

my w układzie, są to pojedyncze mi−

krosekundy. Dla zapobieżenia jedno−

czesnemu otwarciu obydwu tranzysto−

rów, co mogłoby spowodować zwar−

cie o dużym prądzie, zapewniony zo−

stał czas martwy w momencie prze−

łączania z jednego tranzystora na dru−

gi.

komparatora powoduje chwilowe

wstrzymanie pracy generatora zegaro−

wego i obniżenie napięcia do ustalone−

go poziomu.

Zbiigniiew Raabe

Montaż i uruchomienie

Na rysunku 3 została pokazana mo−

zaika ścieżek płytki obwodu drukowa−

nego wykonanego na laminacie jedno−

stronnym oraz rozmieszczenie na nim

elementów. Montaż wykonujemy w

całkowicie typowy sposób, rozpoczy−

nając od wlutowania zworek (oznaczo−

nych na stronie opisowej płytki gruby−

mi kreskami) i rezystorów a kończąc

na kondensatorach elektrolitycznych.

Pomimo użycia w układzie tranzysto−

rów MOSFET, wydzielana na nich ilość

ciepła okazała się dość duża, co spo−

wodowało konieczność zastosowania

niewielkich radiatorów. Musimy pa−

miętać o zalecanej kolejności montażu

tych elementów: najpierw przykręca−

my tranzystory do radiatorów (nie za−

pominając o zastosowaniu pasty ter−

Wykaz ellementów::

Kondensatory

C1, C2, C3, C4, C5, C6, C8 3300µF/25

C7 1nF

C9 220nF

Rezystory

PR1 potencjometr montażowy miniatu−

rowy 50k

R2, R1

10k

Ω

R4 510k

Ω

R5 220k

R7, R6

„Na wszelki wypadek“ układ został

wyposażony w prosty stabilizator na−

pięcia, zbudowany w oparciu o scalo−

ny wzmacniacz operacyjny typu TL081

− IC5. Wzmacniacz ten, pracujący w

naszym układzie jako komparator, po−

równuje ze sobą wysokostabilne

napięcie odniesienia pobierane z

wyjścia układu IC4 − LM385 z na−

pięciem proporcjonalnym do na−

pięcia panującego na wyjściu

przetwornicy, uzyskiwanym z

dzielnika napięciowego R4 +

PR1. Jeżeli napięcie wyjściowe

wzrasta ponad poziom określony

ustawieniem potencjometru

montażowego PR1, to „stan

niski“ pojawiający się na wyjściu

Półłprzewodniikii

D1, D2

1N5822

IC1 4520

IC2 4051

IC3 4011

IC4 LM385

IC5 TL081 lub odpowiednik

T1, T2 BUZ10, BUZ11

Prąd wyjściowy Napięcie wyjściowe

Pozostałłe

2 radiatory typ 3

CON1,CON2 ARK2

23,6V

300mA

22,8V

500mA

22,3V

1000mA

21,2V

1500mA

20,4V

Kompllet podzespołłów z płłytką

jjest dostępny w siiecii handllowejj

AVT jjako kiit AVT−2333

18,9V

16,7V

E LEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/99

R3 200

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: