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-
2333
znacza to bynajmniej, że nie może on
okazać się użyteczny dla innych użyt-
kowników. Wprost przeciwnie, układ,
który za chwilę pozwolę sobie opisać,
może znalez
ć zastosowanie wszędzie
tam, gdzie potrzebujemy nieco pod-
wyższyć napięcie stałe z zakresu 12 ...
15V, które mamy do dyspozycji i użyć
go np. do Å‚adowania baterii akumulato-
rów.
Modelarze zajmujÄ…cy siÄ™ budowÄ…
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 sÄ… wyjÄ…tko-
wo niecierpliwi i chcÄ…, aby ich akumu-
latory można było ładować w terenie,
np. na lotnisku. Trudno siÄ™ im zresztÄ…
dziwić: jjazda na lotnisko aby wykonać czerpią energię z baterii akumulatorów sowana jest bateria złożona z ośmiu
jeden lot i następnie powrót do domu 7,2V. Baterie o takim napięciu można ogniw 1,2V, co daje napięcie robocze
w celu naładowanie akumulatorów, bez większego problemu naładować z 9,6V, a napięcie pełnego naładowania
mogłoby każdemu obrzydzić to piękne akumulatora samochodowego 12V. najczęściej 11,04V. Już w tym przy-
hobby. Najczęściej żądania modelarzy Kłopoty zaczynają się dopiero przy ła- padku regulacja prądu ładowania po-
są dość łatwe do spełnienia, ponieważ dowaniu baterii akumulatorów o bieranego z akumulatora samochodo-
odbiorniki zdalnego sterowania zasila- wyższym napięciu, a więc z
ródła zasi- wego o napięciu 12,6V byłaby nie-
ne są z baterii akumulatorków o napię- lania nadajników aparatury RC i wyczy- zwykle kłopotliwa, a przecież stosowa-
ciu 4,8V, a małe silniki elektryczne sto- nowych modeli z napędem elektry- ne są także baterie akumulatorów o
sowane do napędu modeli latających cznym. W typowym nadajniku RC sto- 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 dostarczajÄ…cej prÄ…du o wartoÅ›-
ci do 3A. Do przetwornicy moglibyśmy
dołączyć typową ładowarkę do akumu-
latorów i już bez przeszkód ładować
nawet dziesięć ogniw NiCd połączo-
nych szeregowo. UrzÄ…dzenie takie zo-
stało przeze mnie zaprojektowane i
wykonane, przeszło stosowne testy w
Pracowni Konstrukcyjnej AVT i obec-
nie jego opis przekazujÄ™ 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-
Rys. 1 Zasada działania przetwornicy
R
y
s
.
1
Z
a
s
a
d
a
d
z
i
a
Å‚
a
n
i
a
p
r
z
e
t
w
o
r
n
i
c
y
szÄ… liczbÄ™ ogniw akumulatorowych je-
56 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/99
Rys. 2 Schemat ideowy
R
y
s
.
2
S
c
h
e
m
a
t
i
d
e
o
w
y
dnocześnie, a także w każdym przy- zbudowana z dwóch diod, dwóch kon- Wróćmy teraz do analizy schematu
padku, kiedy będziemy chcieli pod- densatorów oraz przełącznika, z zasa- naszej przetwornicy. W układzie prak-
wyższyć o kilkadziesiąt procent napię- dy półprzewodnikowego. Przełącznik tycznym, pokazanym na rysunku 2,
cie stałe, jakie mamy do dyspozycji. na zmianę łączy jeden z kondensato- rolę przełącznika S1 pełnią tranzystory
Proponowany układ odznacza się rów z dodatnią szyną zasilania albo z MOSFET T1 i T2. T1 łączy kondensato-
dużą prostotą i zaprojektowany został masą. ry  pompujące C1, C2 i C3 z dodat-
A

a
d
o
w
a
n
i
e
k
o
n
d
e
n
s
a
t
o
r
a
z wykorzystaniem wyłącznie tanich i A
adowanie kondensatora nim napięciem zasilania, natomiast T2
łatwo dostępnych podzespołów elek- Gdy pompa jest w trybie ładowania zwiera je do masy.
tronicznych. Jego wykonanie nie prze- (czyli, gdy kondensator jest połączony Bramki tranzystorów sterowane są
kracza możliwości nawet mało zaa- z masą), to kondensatory są w ukła- z wyjść multipleksera IC2 - 4051, któ-
wansowanego konstruktora. dzie prawie równoległym, rozdzielone rego wejścia adresowe dołączone są
tylko przez diodę D2. Kondensator C1 do wyjść licznika binarnego IC1A -
Jak to działa? ładuje się niemal do poziomu napięcia 4520. Na wejście tego licznika impul-
Schemat elektryczny proponowane- zasilania poprzez diodę D1. W tym sa- sów prostokątnych wytwarzanych
go układu został pokazany na rysunku mym czasie kondensator C2 utrzymu- przez prosty generator zbudowany z
2. Zanim jednak przejdziemy do jego je ładunek, który zgromadził poprze- bramek IC3A i IC3B, którego częstotli-
szczegółowej analizy, zapoznajmy się dnio. W trakcie normalnej pracy napię- wość pracy określona jest pojemnoś-
bliżej z zasadą działania przetwornicy cie na tym kondensatorze jest wyższe, cią C7 i rezystancją R5. W miarę przy-
pojemnościowej, zwanej także niż na C1, zatem dioda D2 jest spolary- chodzenia na wejście licznika impul-
 pompą ładunku elektrycznego . zowana zaporowo. sów zegarowych kolejne wyjścia mul-
P
o
m
p
o
w
a
n
i
e
Przeciwnie do łatwości, z jaką mo- Pompowanie tipleksera łączone są za pośredni-
żemy podwyższyć napięcie przemien- W trybie pompowania elektroda ctwem rezystora R3 z dodatnim poten-
ne, zwiększenie napięcia stałego jest kondensatora C1, która poprzednio by-
dość skomplikowane. Jedną z metod ła po- łączona z masą, teraz jest poł- Takt Tranzystor T1 Tranzystor T2
jest indukcyjna przetwornica podwyż- ączona poprzez przełącznik z potencja-
szająca napięcie, inną - pompa ładun- łem szyny zasilania. A
adunek z C1 1 Włączony Wyłączony
ku. Jakichkolwiek jednak środków uży- przepływa do C2, przez co napięcie na 2 Włączony Wyłączony
jemy, zawsze musimy zamienić napię- tym drugim kondensatorze prawie się 3 Włączony Wyłączony
cie stałe na przemienne, ponieważ tyl- podwaja. Prawie, ponieważ zawsze 4 Wyłączony Wyłączony
ko wówczas możemy zwiększyć jego musimy się liczyć z stratą napięcia na 5 Wyłączony Włączony
poziom. Podstawowym fragmentem diodach, skończoną pojemnością kon- 6 Wyłączony Włączony
naszego układu jest pompa ładunku, densatorów, a także z małą, lecz zau- 7 Wyłączony Włączony
pokazana schematycznie na rysunku ważalną rezystancją tranzystorów 8 Wyłączony Wyłączony
1. Pompa, mająca dwie fazy pracy, jest MOSFET w stanie włączenia.
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/99 57
moprzewodzącej), a dopiero póz
niej
lutujemy tranzystory do płytki. W ra-
AVT-2333
A
V
T
2
3
3
3
diatorach umieszczone sÄ… 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 nagrzewajÄ… siÄ™ 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 wyjÄ…tkowych sytuacjach, kiedy
będzie nam zależeć na obniżeniu na-
pięcia wyjściowego, możemy dokonać
jego regulacji za pomocÄ… potencjome-
tru montażowego PR1. W każdym in-
nym przypadku potencjometr ten usta-
wiamy w skrajnym położeniu (suwak
zwarty z masÄ…).
Rys. 3 Schemat montażowy
R
y
s
.
3
S
c
h
e
m
a
t
m
o
n
t
a
ż
o
w
y
Zbigniew Raabe
Z
b
i
g
n
i
e
w
R
a
a
b
e
cjałem zasilania. Tak więc tranzystory komparatora powoduje chwilowe
T1 i T2 włączane są w sposób podany wstrzymanie pracy generatora zegaro-
w tabeli. wego i obniżenie napięcia do ustalone-
A
atwo zauważyć, że w cyklu pracy go poziomu.
przetwornicy występują dwa  martwe
Wykaz elementów:
W
y
k
a
z
e
l
e
m
e
n
t
ó
w
:
okresy , w których żaden z tranzysto- Montaż i uruchomienie
rów nie przewodzi. Dlaczego? Należy Na rysunku 3 została pokazana mo- Kondensatory
K
o
n
d
e
n
s
a
t
o
r
y
pamiÄ™tać, jak istotne znaczenie majÄ… zaika Å›cieżek pÅ‚ytki obwodu drukowa- C1, C2, C3, C4, C5, C6, C8 3300µF/25
czasy przełączania tranzystorów. W nego wykonanego na laminacie jedno- C7 1nF
C9 220nF
przypadku tranzystorów MOSFET typu stronnym oraz rozmieszczenie na nim
BUZ10 lub BUZ11, które zastosowaliś- elementów. Montaż wykonujemy w
Rezystory
R
e
z
y
s
t
o
r
y
my w układzie, są to pojedyncze mi- całkowicie typowy sposób, rozpoczy-
PR1 potencjometr montażowy miniatu-
krosekundy. Dla zapobieżenia jedno- nając od wlutowania zworek (oznaczo-
rowy 50k&!
czesnemu otwarciu obydwu tranzysto- nych na stronie opisowej płytki gruby-
R2, R1 10k&!
rów, co mogłoby spowodować zwar- mi kreskami) i rezystorów a kończąc
R3 200&!
cie o dużym prądzie, zapewniony zo- na kondensatorach elektrolitycznych.
R4 510k&!
stał czas martwy w momencie prze- Pomimo użycia w układzie tranzysto-
R5 220k&!
łączania z jednego tranzystora na dru- rów MOSFET, wydzielana na nich ilość
R7, R6 3k&!
gi. ciepła okazała się dość duża, co spo-
 Na wszelki wypadek układ został wodowało konieczność zastosowania
Półprzewodniki
P
ó
Å‚
p
r
z
e
w
o
d
n
i
k
i
wyposażony w prosty stabilizator na- niewielkich radiatorów. Musimy pa- D1, D2 1N5822
IC1 4520
pięcia, zbudowany w oparciu o scalo- miętać o zalecanej kolejności montażu
IC2 4051
ny wzmacniacz operacyjny typu TL081 tych elementów: najpierw przykręca-
IC3 4011
- IC5. Wzmacniacz ten, pracujący w my tranzystory do radiatorów (nie za-
IC4 LM385
naszym układzie jako komparator, po- pominając o zastosowaniu pasty ter-
IC5 TL081 lub odpowiednik
równuje ze sobą wysokostabilne
T1, T2 BUZ10, BUZ11
napięcie odniesienia pobierane z
wyjścia układu IC4 - LM385 z na- Prąd wyjściowy Napięcie wyjściowe
Pozostałe
P
o
z
o
s
t
a
Å‚
e
pięciem proporcjonalnym do na-
2 radiatory typ 3
pięcia panującego na wyjściu 0 23,6V
CON1,CON2 ARK2
przetwornicy, uzyskiwanym z 300mA 22,8V
dzielnika napięciowego R4 + 500mA 22,3V
PR1. Jeżeli napięcie wyjściowe 1000mA 21,2V
wzrasta ponad poziom określony 1500mA 20,4V
Komplet podzespołów z płytką
K
o
m
p
l
e
t
p
o
d
z
e
s
p
o
Å‚
ó
w
z
p
Å‚
y
t
k
Ä…
ustawieniem potencjometru 2A 18,9V
jest dostępny w sieci handlowej
j
e
s
t
d
o
s
t
Ä™
p
n
y
w
s
i
e
c
i
h
a
n
d
l
o
w
e
j
montażowego PR1, to  stan 3A 16,7V
AVT jako kit AVT-2333
A
V
T
j
a
k
o
k
i
t
A
V
T
2
3
3
3
niski pojawiający się na wyjściu
58 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 1/99