PRESS-POLSKA
Nowy Elektronik, ul. Junaków 2, 82-300 Elbl¹g, tel./fax 055 236-22-63, e-mail: press-polska@pro.onet.pl
C5
R9-A
R19
R18
R10
R9-B
C11
C3
R2
47k
C1
R5
F1
15A T
B
C
A
L2
L1
R7
5,1k
R8
5,1k
E
D
R13
R17
R16
TR1
2x12/220
C9
C10
R14
1k
R15
C6
R6
C4
D1
C2
R1
US3
R4
R3
R11
5.1k
C12
R12
A
K
G
8
6
11,5-13,5
1
2
3
4
5
2
6
7
8
4
5
1
3
US1
US2
wyp.1
US2
wyp.8ix
US2
4049
3
11
2
12
7
6
9
10
14
15
7
T3
T2
T1
K3
K4
K1 (+)
K2 (-)
C8
C7
D2
T4
T6
T5
T7
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.
- ¯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-
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
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.
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
TR1
220V
12V
TR1
220V
12V
12V
Rys. 1 Przygotowanie transformatora
12V do pracy z przetwornic¹.
Rys. 2 Schemat przetwornicy
PRESS-POLSKA
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.
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-
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).
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
PRESS-POLSKA
Nowy Elektronik, ul. Junaków 2, 82-300 Elbl¹g, tel./fax 055 236-22-63, e-mail: press-polska@pro.onet.pl
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.
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.
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.
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