26

r

OD i DO CZY

TELNIKÓW

Wielokrotnie w czasie

wyjazdów urlopowych

i innych, gdy

podró¿owa³em

samochodem, mia³em

k³opot z ”pod³¹czeniem

siê” do napiêcia 220 V.

O

pisany uk³ad przetwornicy za-

projektowa³em tak, aby by³ uni-

wersalny. Moje za³o¿enia kon-

strukcyjne sprawdzi³y siê, po-

niewa¿ korzystaj¹c z tego samego sche-

matu uk³adu mo¿emy wykonaæ trzy pod-

stawowe wersje przetwornic napiêcia:

_ 12 V na 220 V/200 W

_ 24 V na 220 V/400 W

_ 12 V lub 24 V/200 W lub 400 W.

Uk³ad jest maksymalnie uproszczony, dziê-

ki czemu jest tañszy i ³atwiejszy do wykona-

nia. Zabezpieczenia strony pierwotnej i wtór-

nej bezpiecznikami topikowymi okaza³y siê

wystarczaj¹ce.

Jako generator steruj¹cy tranzystorami mo-

cy wykorzysta³em popularny uk³ad scalony

UNIWERSALNA PRZETWORNICA

NAPIÊCIA 12/24 V NA 220 V

CMOS typu CD4047. Na koñcówkach 10

i 11 tego uk³adu s¹ przebiegi prostok¹tne

o wype³nieniu 50% i przeciwnych fazach.

Kluczami otwieraj¹cymi i zamykaj¹cymi

przep³yw pr¹du przez symetryczne uzwoje-

nia pierwotne transformatora s¹ tranzysto-

ry mocy MOSFET.

G³ówny element przetwornicy to transforma-

tor toroidalny o mocy 400 W. Jako pierwsze

jest nawiniête uzwojenie 220 V, a na nim

cztery uzwojenia po³¹czone szeregowo. S¹

one nawijane bifilarnie, tzn. jednoczeœnie

dwoma drutami o przekroju 1,8 mm. Jest to

konieczne ze wzglêdu na du¿y pr¹d p³yn¹-

cy przez te uzwojenia w czasie pobierania

maksymalnej mocy z przetwornicy. Transfor-

mator ma 4 uzwojenia pierwotne, aby prze-

twornica mog³a byæ zasilana z akumulatora

o napiêciu 12 V albo 24 V. Uzwojenia te s¹

prze³¹czane za pomoc¹ przekaŸników PK1

i PK2 o napiêciu 24 V i pr¹dzie zestyków mi-

nimum 20 A. W czasie zasilania przetwor-

nicy napiêciem 12 V kotwice przekaŸników

pozostaj¹ w spoczynku i s¹ w³¹czone dwa

uzwojenia transformatora po 12 V ka¿de.

W przypadku zasilania napiêciem 24 V,

przekaŸniki przyci¹gaj¹ kotwice i do³¹czaj¹

kolejne uzwojenia, dziêki czemu uzyskuje

siê mo¿liwoœæ przetwarzania napiêcia

24 V na 220 V.

Ze wzglêdu na to, ¿e niektóre typy przeka-

Ÿników maj¹ tendencjê przyci¹gania kotwic

przy ni¿szych napiêciach ni¿ znamionowe

napiêcie cewki przekaŸnika, mo¿e siê oka-

zaæ konieczne do³¹czenie szeregowe diod

typu 1N4002 (oznaczone Dx) tak, aby kotwi-

ce przekaŸników by³y przyci¹gane przy na-

piêciu nie wiêkszym ni¿ 18 V.

Po do³¹czeniu napiêcia zasilania p³ynie nie-

wielki pr¹d przez przekaŸniki i uk³ad scalo-

ny US1. W zwi¹zku z tym zastosowa³em

czerwon¹ diodê migaj¹c¹, zasilan¹ przez re-

zystor 5,1 k

Ω

, która przypomina o koniecz-

noœci od³¹czenia zasilania, gdy nie korzysta

siê z przetwornicy.

W wersji 24 V pomija siê przekaŸniki i dio-

dê z rezystorem 5,1 k

Ω

, a transformator

mocy 400 W wyposa¿a w dwa uzwojenia

24 V, po³¹czone szeregowo. W we-

rsji 12 V pomija siê stabilizator

z uk³adem scalonym US1, a trans-

formator ma moc 200 W i dwa

uzwojenia 12 V. LED1 sygnalizuje

w³¹czenie przetwornicy, a LED2 _

obecnoœæ napiêcia 220 V na

wyjœciu.

Miernik M1 (woltomierz o zakresie

25 V) mierzy napiêcie akumulatora

i napiêcie wyjœciowe. Woltomierz

prze³¹cza siê prze³¹cznikiem W2.

Rezystor dobiera siê w zale¿noœci od

rezystancji wewnêtrznej miernika,

a potencjometrem P2 ustawia siê

dok³adne wskazanie napiêcia wyj-

œciowego.

Kondensator C1 4700

µ

F 50 V

t³umi przepiêcia powstaj¹ce na

uzwojeniach transformatora

w chwilach prze³¹czania napiêcia

przez tranzystory.

PrzekaŸnik PK3 nie jest konieczny,

lecz lepiej go zastosowaæ, aby

mieæ pewnoœæ co do zabezpiecze-

nia przetwornicy w wersji uniwersal-

nej. Prze³¹cza on bezpiecznik B2.

Bezpiecznik B2 jest zw³oczny,

Schemat przetwornicy uniwersalnej

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 12/2001

27

0,8 A w przetwornicy 12 V/200 W i 1,6 A w

wersji 24 V/400 W oraz uniwersalnej. Bez-

piecznik B1 20 A jest typu samochodowego.

Podczas monta¿u po³¹czenia g³ówne (wy-

sokopr¹dowe) nale¿y wykonaæ przewoda-

mi o przekroju mini 3 mm

2

.

W tablicy podane s¹ informacje dotycz¹ce

poszczególnych elementów stosowanych

w ró¿nych wersjach przetwornicy.

Uruchomienie

Po zmontowaniu i sprawdzeniu po³¹czeñ

usuwa siê bezpiecznik B1, do³¹cza na-

piêcie zasilania i wy³¹cznikiem W1 w³¹cza

generator przetwornicy. Nastêpnie za po-

moc¹ potencjometru P1 ustawia miêdzy

wyjœciami 10 i 11 uk³adu CD4047 czêsto-

tliwoϾ 50 Hz. Potrzebny jest przy tym

czêstoœciomierz. Po tej czynnoœci wk³ada

siê bezpiecznik B1 i ponownie w³¹cza

przetwornicê. Na wyjœciu powinno siê po-

jawiæ napiêcie ok. 230 V, mierzone bez

obci¹¿enia.

Nastêpnie do³¹cza siê obci¹¿enie, najlepiej

¿arówki i testuje przetwornicê a¿ do mocy

maksymalnej, zale¿nej od wykonanej we-

rsji. Przy ma³ych mocach ciep³o wydziela-

ne w tranzystorach jest niewielkie, jed-

nak roœnie wraz z moc¹. Nale¿y wiêc umie-

œciæ tranzystory na radiatorach ¿ebrowych

o d³ugoœci 5

÷

10 cm, zale¿nie od warunków

ch³odzenia.

Z pomiarów, które wykona³em wynika, ¿e

sprawnoœæ przetwornicy jest doœæ du¿a _

oko³o 92%. Wartoœæ pr¹du ja³owego jest

równie¿ zadowalaj¹ca i mieœci siê

w przedziale 0,4

÷

0,7 A, zale¿nie od wersji.

Ostrze¿enie. W uk³adzie jest wytwarzane

niebezpieczne dla ¿ycia napiêcie 220 V, tote¿

podczas uruchamiania i korzystania z prze-

twornicy nale¿y zachowaæ ostro¿noœæ.

n

Krzysztof Powierza

Od redakcji. Dzia³anie przetwornicy sprawdzo-

no w redakcyjnym laboratorium. Obci¹¿eniem

by³y ¿arówki o mocy 25, 60 i 100 W. Stwierdzo-

no poprawne dzia³anie urz¹dzenia. Prostota

uk³adu sprawi³a, ¿e napiêcie wyjœciowe

220 V nie jest stabilizowane i waha siê doœæ

znacznie, zarówno przy zmianach pr¹du

obci¹¿enia jak i napiêcia zasilaj¹cego. Pr¹d

ja³owy, tzn. pr¹d pobierany z akumulatora,

gdy do przetwornicy nie jest do³¹czone ob-

ci¹¿enie, zale¿y w du¿ym stopniu od napiê-

cia akumulatora i wyraŸnie wzrasta, gdy to

napiêcie jest wy¿sze ni¿ 12,5

÷

13 V.

r

OD i DO CZY

TELNIKÓW

Wersja

12 V 100 W 12 V 200 W 12 V 400 W 24 V 200 W 24 V 400 W 24 V 800 W uniwersalna

Element
T1, T2

IRF 540 IRFP 250 IRFP 260 IRF 540

IRFP 250

IRFP 260

IRFP 250

US1-7812

_

_

_

+

+

+

+

B1

10 A

20 A

35 A

10 A

20 A

35 A

20 A

B2

(zw³oczny)

0,4 A

0,8 A

1,6 A

0,8 A

1,6 A

3,15 A

0,8 i 1,6 A

LEDm

_

_

_

_

_

_

+

5,1 k

Ω

_

_

_

_

_

_

+

PK1, PK2

_

_

_

_

_

_

+

PK3

_

_

_

_

_

_

+

TR

100 W

200 W

400 W

200 W

400 W

800 W

400 W

2 x 12 V 2 x 12 V

2 x 12 V

2 x 24 V

2 x 24 V

2 x 24 V

4 x 12 V

1 x 1,8 mm 2 x 1,8 mm 4 x 1,8 mm 1 x 1,8 mm 2 x 1,8 mm 4 x 1,8 mm 2 x 1,8 mm

Elementy stosowane w ró¿nych wersjach przetwornicy

Pomys³ z inteligentnymi akumulatorami

NiCd, NiMH czy Li-Ion nie jest nowy i wie-

le firm produkuje ju¿ takie bloki wyposa-

¿one w elektroniczny uk³ad nadzorczy.

Tymczasem, o³owiowe akumulatory sa-

mochodowe ci¹gle s¹ takie jak za panów

Daimlera i Benza _ tyle ¿e nieco ulep-

szone technologicznie. Zmuszane do roz-

ruchu zimnego silnika, zw³aszcza przy

silnych mrozach, maj¹ praktycznie te sa-

me problemy co przed wiekiem; jest im tyl-

ko trochê ³atwiej, bo sterowane mikropro-

cesorem uk³ady zap³onowe zapewniaj¹

³atwiejszy zap³on. Ale mo¿e coœ siê zmie-

ni. Wspó³pracuj¹c z Texas Instruments, fir-

ma iQ Power (USA) opracowa³a w³aœnie

inteligentny system zarz¹dzania energi¹

SEM (Smart Energy Management Sy-

stem) _ fot. Umieszczony w akumulatorze,

opracowany wspólnie przez te firmy mikro-

procesor nadzoruje jego stan, mierz¹c

na³adowanie i ogólny ”stan zdrowia”.

W termicznie izolowanym piank¹ polipro-

pylenow¹ bloku akumulatora jest umie-

szczony grzejnik elektryczny, regulowany

przez mikroprocesor i uk³ad wykonawczy

tak, aby utrzymywa³ optymaln¹ tempera-

turê akumulatora, zale¿n¹ od bie¿¹cych

stanów akumulatora. Ca³a historia akumu-

latora jest zapamiêtywana w pamiêci

i wp³ywa na procesy regulacyjne, odpo-

wiednio do bie¿¹cej sytuacji. Regulacja

stanu akumulatora generuje sygna³y prze-

sy³ane do komputera pok³adowego wprost

z zacisków i na³o¿one na pr¹d zasilaj¹cy,

co pozwala obyæ siê bez dodatkowych

przewodów. Komputer pok³adowy usta-

wia z kolei warunki pracy silnika, bior¹c

pod uwagê wszystkie czynniki zwi¹zane

ze starzeniem siê akumulatora. Jak twier-

dz¹ specjaliœci z IQ Power, system popra-

wia skutecznoϾ akumulatora na mrozie

a¿ o 600%, u³atwiaj¹c ponadto diagnosty-

kê akumulatora podczas serwisu. W ka¿-

dej chwili mo¿na wyprowadziæ z pamiêci

jego historiê i odpowiednio zadzia³aæ lub

bez oporów oddaæ na z³om. Oprócz wersji

12 V (samochody osobowe) i 24 V (ciê¿a-

rówki) opracowano te¿ wersjê 36 V, prze-

widzian¹ do stosowania w nowych, uni-

wersalnych instalacjach samochodowych.

Widaæ tylko jedno ograniczenie. System

zastosowany w amerykañskim kr¹¿owni-

ku szos z potê¿nym akumulatorem mo¿e

byæ wielk¹ pomoc¹ w ostr¹ zimê, ale nie-

zbyt siê nadaje do stosowania we wspó³-

czesnych samochodach europejskich, w

których stosuje siê akumulatory o nie-

wielkiej pojemnoœci i które nie lubi¹ ci¹-

g³ych obci¹¿eñ grzejnikiem. A ”lubi¹” siê

wtedy za szybko roz³adowaæ.

(lk)

INTELIGENTNY AKUMULATOR SAMOCHODOWY

Radioelektronik Audio-HiFi-Video 12/2001