4 UrzÄ…dzenia zasilajÄ…ce
Układ CD 4047 można także wykorzy-
Przetwornica DC 12 V na
stać do pracy w układzie astabilnym, jako
generator pojedynczych impulsów. Istnie-
je wtedy możliwość wyzwalania genera-
AC 220 V
tora zboczem dodatnim lub ujemnym.
Jak by tego było mało istnieje jeszcze
Wiele przenośnych urządzeń zasilanych z sieci można zabrać ze sobą na niedzielny
możliwość pracy w trybie z ponawianym
wyjazd nad wodę. Co prawda jeziora skute są teraz lodem lecz czas już myśleć
wyzwalaniem. Wymaga to krótkiego ko-
o wiośnie. Latem rozpoczną się Mistrzostwa Świata w piłce nożnej i przyjemnie jest
mentarza. Klasyczny układ generatora po-
oglądać mecze siedząc na łonie przyrody. Niestety na dziewiczych terenach ciężko
jedynczych impulsów po wyzwoleniu ge-
jest o gniazdko do którego można podłączyć telewizor. Proponowany układ przetwor-
neruje impuls w czasie trwania którego
nicy umożliwia zasilanie przenośnego telewizora z akumulatora samochodowego. Układ
jest on niewrażliwy na ponowne wyzwo-
przetwornicy jest prosty i co bardzo ważne nie kosztuje zbyt wiele. Można więc poku-
lenie. Kolejne wyzwolenie jest możliwe
sić się o jego wykonanie.
dopiero po zakończeniu generacji impul-
su. W trybie pracy z ponawianym wyzwa-
laniem w czasie generowania impulsu
układ może zostać wyzwolony ponownie.
Generowany impuls wydłuża się o czas
liczony od chwili ponownego wyzwole-
nia.
Ponieważ istnieje wiele kombinacji
połączenia i sterowania układu wszystkie
rodzaje pracy i związane z nimi połącze-
nia nóżek zestawiono w Tabeli 1.
We wszystkich trybach pracy do ukła-
du dołącza się dwa elementy zewnętrzne.
Nie ma szczególnych ograniczeń na war-
Zasada działania przetwornicy polega ich wypełnienie jest równe dokładnie tości tych elementów, lecz kondensator nie
na zamianie niskiego napięcia stałego na 50%. Uzyskano to przez zastosowanie powinien być elektrolityczny. Chcąc na-
napięcie zmienne i podwyższeniu go przy wewnątrz układu dzielnika częstotliwo- tomiast uzyskać wysoką stabilność pracy
pomocy zwykłego transformatora siecio- ści generatora przez 2. Przebieg ten otrzy- generatora zalecane jest aby wartość kon-
wego. Ponieważ częstotliwość napięcia muje się na wyjściach Q (proste, nóżka densatora w układzie czasowym była
sieciowego ~220 V wynosi w naszym kra- 10) i Q (zanegowane, nóżka 11). Oprócz większa od pojemności rozproszonej ukła-
ju 50 Hz (w niektórych krajach np. USA tego na wyjściu OSC (nóżka 13) dostęp- du. Z kolei rezystancja rezystora powinna
i Wielka Brytania 60 Hz) taka sama powin- ny jest sygnał generatora o częstotliwości być znacząco większa od rezystancji sze-
na być częstotliwość zamiany napięcia sta- dwukrotnie większej niż na wyjściach Q. regowej tranzystora MOS w stanie włącze-
łego na zmienne. Do wytwarzania często- Należy zauważyć, że ten przebieg może nia. Zalecane przez producenta wartości
tliwości wzorcowej 50 Hz wykorzystano posiadać wypełnienie nieco różniące się elementów zewnętrznych powinny zawie-
układ generatora CD 4047 typu CMOS. od 50%. rać się w podanych poniżej granicach:
Schemat blokowy tego niedocenianego Oprócz tego układ może zostać wyze- C>100 pF dla pracy astabilnej,
w Praktycznym Elektroniku układu przed- rowany w każdej chwili (zerowanie asyn- C>1 nF dla pracy monostabilnej,
stawiono na rysunku 1. chroniczne) przez podanie jedynki logicz- 10 kW Wielka zaletą tego układu jest wytwa- nej na wejście R (nóżka 9). Możliwe jest Zatem generator jest już z głowy. Jak
rzanie dwóch przebiegów prostokątnych także bramkowanie generatora sygnałem już wcześniej wspomniano wartości ele-
przesuniÄ™tych w fazie o 180°, przy czym wysokim lub niskim. mentów zewnÄ™trznych C1, R1 (rys. 2) do-
Tabela 1
Wykaz trybów pracy układu CD 40447
o o o
o

DD o o
o

·
i i
·
i i i
o o o
I i
I i ·
i I i
Przetwornica DC 12 V na AC 220 V 5
prowadzone jest napięcie zasilania. Zaś
pozostałe dwa końce połączone są z dre-
nami tranzystorów T5 i T6. Ponieważ tran-
zystory te włączane są przez generator
naprzemiennie w rdzeniu transformatora
indukowane jest pole magnetyczne, któ-
rego kierunek ulega ciągłym zmianom.
Częstotliwość tych zmian wynosi 50 Hz,
czyli tyle ile częstotliwość sieci energetycz-
nej. Można powiedzieć, że działanie tego
układu jest analogiczne do działania pro-
stownika pełnookresowego z dwoma dio-
dami dołączonego do symetrycznych
uzwojeń transformatora.
Zmienne pole magnetyczne wywoła-
ne przez prąd płynący w uzwojeniach
wtórnych transformatora indukuje w uzwo-
Rys. 1 Schemat blokowy układu generatora CD 4047
jeniu pierwotnym odpowiednio wyższe
brano tak aby na wyjściach komplemen- jące w tego typu zastosowaniu. Jednakże napięcie. Stosując transformator sieciowy,
tarnych układu US1 (nóżki 10 i11) otrzy- tranzystory mocy MOSFET posiadają jed- w normalnych warunkach dostarczający
mać przebiegi o częstotliwości sieci ener- ną niewielką, ale istotna wadę. Jest nią napięcia po stronie wtórnej równego ~10 V
getycznej 50 Hz przesunięte w fazie duża pojemność obwodu bramka-z
ródło na wyjściu układu otrzymuje się napięcie
o 180°. SygnaÅ‚y te wykorzystane sÄ… do na- osiÄ…gajÄ…ca wartość nawet 1 nF. UkÅ‚ad ste- zmienne rzÄ™du ~230 V.
przemiennego sterowania dwóch kluczy rujący CMOS, ze względu na swoją sto- Kształt napięcia w uzwojeniu pierwot-
które zrealizowano na tranzystorach mocy sunkowo dużą rezystancję wyjściową nie nym jest jednak zbliżony do prostokątne-
MOSFET. jest w stanie szybko przeładować tak go mimo niedużej indukcyjności jaką
Klucze sterowane są za pośrednictwem znacznej pojemności. Efektem tego jest przedstawia sobą transformator. Powodu-
bramek (US2) których rola zostanie opisa- dość długi czas włączania i wyłączania się je to pewne straty w rdzeniu, który nie jest
na nieco póz
niej. Dodatkowymi elemen- tranzystora, a co za tym idzie wzrost strat przewidziany do pracy przy wyższych czę-
tami pośredniczącymi są przeciwsobne mocy w czasie pracy. Z tego też względu stotliwościach, a takie występują z racji
stopnie tranzystorowe T1, T2 i T3, T4, za typowym i klasycznym niemalże rozwią- harmonicznych w przebiegu prądu. Jest to
pośrednictwem których sterowane są tran- zaniem jest stosowanie przeciwsobnych główną przyczyną strat osiągających war-
zystory mocy T5 i T6. Tranzystory MOS- stopni tranzystorowych do sterowania tran- tość 15÷20%. Straty te objawiajÄ… siÄ™ grza-
FET charakteryzują się bardzo małą rezy- zystorów mocy MOSFET. niem się transformatora. Należy zwrócić
stancją włączenia rzędu 0,06 W (dotyczy Tranzystory T5 i T6 połączone są uwagę, że znacznie lepiej  spisują się
typu IRF 540) co sprawia, że doskonale z uzwojeniem wtórnym transformatora sie- w tych warunkach pracy transformatory to-
spełniają funkcję kluczy zbliżając się do ciowego TR1. Wykorzystano tu transfor- roidalne, posiadające  lepsze charaktery-
ideału. Ich prąd drenu może osiągać war- mator z symetrycznymi uzwojeniami. Do styki częstotliwościowe.
tość 28 A, co w zupełności jest wystarcza- wspólnego końca uzwojeń wtórnych do- Z uwagi na małe straty w tranzystorach
Rys. 2 Schemat ideowy przetwornicy
6 Przetwornica DC 12 V na AC 220 V
Rys. 3 Harmonogramy czasowe pracy układu wytwarzania czasu martwego
MOSFET tranzystory nie wymagają dużego płynął przez oba tranzystory równocze- narastającego zbocza wyzwalającego
radiatora. Małe straty w tranzystorach wy- śnie. Zatem prądy płynące w przeciwnych (rys. 3). Czas opóz
nienia jest niewielki
nikają z kilku przyczyn. Jedną z nich jest kierunkach przez uzwojenie transformato- i wynosi ok. 10 ms. Bramka US2B pełni
małą rezystancja włączenia. Drugą mała ra znoszą na wzajem wytwarzane przez funkcję negatora i na jej wyjściu otrzymu-
częstotliwość przełączania, czyli mało prze- nie pole magnetyczne. Wtedy transforma- je się dodatni impuls sterujący tranzysto-
łączeń w jednostce czasu. Każde przełącze- tor zachowuje się jak zwykła szpulka rami sterującymi MOSFET-a T1 i T2.
nie pociąga za sobą krótkotrwałe przejście z drutem  nie wykazuje indukcyjności. W układzie zastosowano bramki Schmitt a,
tranzystora ze stanu odcięcia do stanu na- Przez bardzo krótka chwilę ze z
ródła na- co pozwoliło uniknąć oscylacji w momen-
sycenia. Związane są z tym straty mocy  pięcia zasilania pobierany jest prąd, który cie przełączania się bramki sterowanej
prąd obciążenia płynie przez kanał które- nie powoduje pracy transformatora, z układu całkującego.
go rezystancja ulega zmianie od bardzo i w całości zamienia się w ciepło tracone Podobnie dzieje się w przypadku bra-
dużej wartości do niesłychanie małej. Moż- w tranzystorach i uzwojeniach transforma- mek US2C i US2D. Dzięki temu sygnały
na w przybliżeniu powiedzieć, że każde tora wpływając tym samym na pogorsze- sterujące mają wypełnienie minimalnie
przełączenie pociąga za sobą identyczną nie sprawności. mniejsze od 50% a pomiędzy nimi wystę-
stratę mocy. Im większa liczba przełączeń Zabezpieczenie przed tym niepożąda- puje niewielki czas kiedy to żaden z tran-
w jednostce czasu tym większa tracona nym zjawiskiem polega na skróceniu cza- zystorów mocy nie jest wysterowany.
moc. Trzecim czynnikiem sprzyjającym su włączenia tranzystorów. Efektem tego Po stronie wysokiego napięcia umiesz-
minimalizacji strat jest wprowadzenie cza- jest, krótki czas kiedy żaden z tranzysto- czono diodę LED D2 informującą o obec-
su  martwego (ang. dead time) przy stero- rów mocy nie jest sterowany. Pozwala to ności napięcia zmiennego ~220 V. Do
waniu tranzystorów. Wymaga to odrębne- uniknąć przewodzenia obu tranzystorów ograniczenia prądu diody zastosowano
go komentarza. równocześnie. kondensator C9 i rezystor R7. Dioda LED
Czasy włączania i wyłączania tranzy- Przesunięte w fazie sygnały zegarowe zabezpieczona jest przed ujemnym napię-
storów, zarówno typu MOSFET jak i bipo- doprowadzane są do dwóch identycznych ciem przez diodę D1.
larnych różnią się między sobą. W związ- układów bramek NAND. Do jednego wej- Moc dostarczana do obciążenia przez
ku z tym przy pracy naprzemiennej po- ścia bramki (US2A) dociera sygnał bezpo- tego typu układ nie jest ściśle sprecyzo-
wstaje ryzyko, że jeden z tranzystorów już średni a do drugiego sygnał opóz
niony wana i zależy od mocy zastosowanego
został włączony, a drugi jeszcze się nie przez układ całkujący R3, C4. Powoduje transformatora sieciowego. Jak już wcze-
wyłączył. W układzie takim jak na sche- to, że na wyjściu tej bramki pojawia się śniej wspomniano powinien to być trans-
macie z rysunku 2 istnieje zatem groz
ba, sygnał, którego opadające zbocze jest nie- formator toroidalny. Maksymalna moc jaką
że prąd przez bardzo krótki czas będzie co przesunięte (opóz
nione) w stosunku do można uzyskać wynosi ok. 150 W. Odpo-
Przetwornica DC 12 V na AC 220 V 7
taki można doprowadzić do
bramki biorÄ…c tranzystor
w rękę i tym samym spowo-
dować jego trwałe uszko-
dzenie. Zwłaszcza zimą,
w ogrzewanych i suchych
pomieszczeniach groz
ba
uszkodzeń przez ładunku
elektrostatyczne wzrasta
znaczÄ…co.
Dlatego też tranzystory
MOSFET powinny być prze-
chowywane w opakowa-
niach antystatycznych, lub
 wbite nóżkami w piankę
przewodzÄ…cÄ…. Do lutowania
należy używać lutownicy
z uziemionym grotem. Nie
wskazane jest też trzymanie
nóżek tranzystora w ręce
i  bawienie siÄ™ nim. Pod-
czas montażu można zwil-
żyć nieco ręce wodą i nało-
Rys. 4 Płytka drukowana i rozmieszczenie elementów
żyć uziemioną bransoletę.
wiada temu prąd rzędu 15 A pobierany ze wania tranzystorów MOSFET. Na płytce Piszę o tym dlatego, że podczas monto-
z
ródła napięcia zasilającego 12 V. Dla montuje się wszystkie elementy za wyjąt- wania prototypu pierwszy raz w życiu uda-
obciążeń rzędu 60 W prąd zasilania wy- kiem tranzystorów T5 i T6, które są umiesz- ło mi się uszkodzić tranzystor MOSFET.
nosi ok. 5 A. Wartości bezpieczników po- czone na radiatorze (rys. 5). Tranzystory Wcześniej mimo braku jakiejkolwiek
dane na schemacie odnoszą się do takiej należy odizolować od radiatora przekład- ochrony antystatycznej nigdy nie miałem
właśnie mocy. kami mikowymi lub tworzywowymi. Jakość do czynienia z podobnym przypadkiem.
Z uwagi na kształt napięcia wyjścio- izolacji sprawdzić omomierzem. Znacznie mniej kłopotów sprawiają
wego układ predysponowany jest do zasi- W tranzystorach mocy MOSFET z re- natomiast układy CMOS serii CD 4000 są
lania urządzeń sieciowych posiadających guły nie stosuje się żadnych zabezpieczeń one wewnętrznie bardzo dobrze zabezpie-
przetwornicÄ™. W urzÄ…dzeniach z transfor- przed Å‚adunkami elektrostatycznymi. Izo- czone przed Å‚adunkami elektrostatycznymi.
matorem sieciowym należy się liczyć ze lację pomiędzy bramką a kanałem stano- Następnie płytkę przykręca się do ra-
spadkiem sprawności transformatora sie- wi warstwa szkła (SiO2) o grubości kilku- diatora (rys. 5) przy pomocy tulejek plasti-
ciowego znajdującego się w urządzeniu set nanometrów. Wartość rezystancji tej kowych o wysokości 10 mm. Na samym
podłączonym do przetwornicy, ze wzglę- izolacji jest bardzo duża i ładunek elek- końcu zaś wygina się nóżki tranzystorów
dów na wyższe harmoniczne. Opisano to trostatyczny doprowadzony do bramki nie T5 i T6 do góry i lutuje je do odpowied-
już wcześniej. ma możliwości  odpłynięcia . A
adunek nich pól lutowniczych. Teraz pozostaje już
Montaż i uruchomienie
Układ przetwornicy zamontowano na
niewielkiej płytce drukowanej, na której
znajdują się także bezpieczniki i zaciski
przeznaczone do doprowadzenia zasila-
nia 12 V i odbioru napięcia ~220 V. Pod-
czas uruchamiania układu należy zacho-
wać szczególną ostrożność, wszak mamy
do czynienia z napięciem zmiennym
~220 V, które jest niebezpieczne.
Przed zamontowaniem elementów
w płytce drukowanej należy rozwiercić
otwory w narożnikach płytki (f3,2 mm).
W radiatorze także należy wykonać cztery
otwory mocujÄ…ce o identycznym rozstawie
i dwa otwory przeznaczone do przymoco-
Rys. 5 Montaż płytki i tranzystorów mocy na radiatorze
8 Pomysły układowe
wego oscyloskopu. Przy bra-
R2  47 W/0,125 W
ku sondy można wykonać re-
R7  270 W/0,5 W
zystorowy dzielnik napięcia
R3, R4  1 kW/0,125 W
(51 kW.5,1 kw). Kształt napię-
R1  20 kW/0,125 W
cia wyjściowego pokazano na
Kondensatory
rysunku 6.
C4, C5  10 nF/50 V ceramiczny
Napięcie wyjściowe prze-
C2  47 nF/50 V ceramiczny
twornicy przy zmianach ob-
C6  100 nF/63 V MKSE-20
Rys. 6 Kształt napięcia wyjściowego ~220 V
ciążenia może ulegać zmianie
C9  470 nF/400 V MKSE-20
tylko podłączenie transformatora sieciowe- w granicach 20% nie stanowi to jednak C1  220 nF/63 V MKSE-20
go. Ważne jest tu aby nie pomylić faz prze- problemu dla urządzeń zasilanych z sieci C3  10 mF/25 V
wodów uzwojenia wtórnego transforma- 220 V wyposażonych w przetwornicę. Dla
C10  100 mF/25 V
C7, C8  470 mF/25 V
tora, które w przetwornicy pełni funkcję biegu bez obciążenia napięcie na wyjściu
Inne
uzwojenia pierwotnego.
może osiągnąć nawet wartość 270 V co
Po sprawdzeniu poprawności monta- jest zjawiskiem normalnym.
B1  WTAT 8 A/250 V
żu pozostaje tylko włączyć napięcie zasi-
B2  WTAT 0,5 A/250 V
Wykaz elementów:
lania. Układ nie wymaga żadnego urucha-
TR1  toroidalny transformator
sieciowy, patrz opis w tekście
miania ani regulacji. Jeżeli wszystko dzia- Półprzewodniki
ła poprawnie powinna zapalić się dioda
płytka drukowana numer 625
US1  CD 4047
D2. Pomiar napięcia wyjściowego przy
US2  CD 4093 Płytki drukowane wysyłane są za zalicze-
pomocy miernika uniwersalnego nie jest
T1, T3  BC 548B niem pocztowym. Płytki można zamawiać
miarodajny, gdyż kształt przebiegu wyj-
T2, T4  BC 558B w redakcji PE.
ściowego jest daleki od sinusoidalnego.
T5, T6  IRF 540 Cena: płytka numer 625 - 8,70 zł
Kontrolę kształtu i pomiar napięcia moż-
D1  1N4148 + koszty wysyłki (10 zł).
na przeprowadzić tylko przy pomocy oscy-
D2  LED, kolor czerwony
loskopu. W tym przypadku konieczne jest
Rezystory
zastosowanie sondy 1:10, tak aby nie prze-
R5, R6  10 W/0,125 W
kroczyć maksymalnego napięcia wejścio- Ę%
Ę%
Ę% Tadeusz Kochański
Ę%
Ę%
Pomysły układowe  prosty
układ do rozładowywania
akumulatorów Ni-Cd
W dobie mikroprocesorów nikomu Jak już wspomniano elementem logicz-
chyba do głowy nie przychodzi stosowa- nym jest tu przekaz
nik Pk1. Pełni on funk-
nie logicznych układów z przekaz
nika- cję komparatora. Po podłączeniu do ukła-
mi. Okazuje się jednak, że na przekaz
- du ogniwa styki przekaz
nika pozostajÄ…
Rys. 1 Przekaz
nikowy układ do automatycznego
niku można zbudować bardzo proste otwarte. Zwarcie styków włącznika WA
1
rozładowywania akumulatorów Ni-Cd
urządzenie służące do rozładowywania powoduje włączenie przekaz
nika. Po roz-
akumulatorów Ni-Cd. Logika przekaz
ni- warciu WA
1 prąd płynie w dalszym ciągu
kowa jest dalej często i chętnie stosowa- przez zwarte styki przekaz
nika Pk1 tzw.
UA -UP
R1=
na w energetyce, gdzie niektóre funkcje układ samopodtrzymania. W chwili gdy
IROZ
logiczne realizowane w automatyce napięcie akumulatora spadnie poniżej za-
UP ×RP
R2 =
przemysłowej w dalszym ciągu są wy- danego napięcia styki przekaz
nik wyłączy
IROZ ×RP +UP
konywane w oparciu o przekaz
niki się kończąc proces rozładowywania.
i styczniki. Rozwiązania tego typu są bar- Obliczenie odpowiednich wartości gdzie:
dzo proste i wygodne w realizacji. Tak- elementów jest proste. Wystarczy zmierzyć UA  końcowe napięcie akumulatora;
że w elektronice można posłużyć się ta- rezystancję przekaz
nika i napięcie przy UP  napięcie rozwarcia styków przekaz

kimi układami. Przykładem niechaj bę- którym jego styki rozwierają się. Do obli- nika;
dzie przedstawiony na rysunku 1 układ czeń konieczne jest określenie wartości IROZ prąd rozładowania akumulatora;
do rozładowywania akumulatorów NI- prądu rozładowania i końcowego napię- RP  rezystancja cewki przekaz
nika.
Cd majÄ…cy na celu wyeliminowanie efek- cia akumulatorów (przyjmuje siÄ™ 0,9÷1,0 V
Ę%
Ę% Redakcja
Ę%
Ę%
tu pamięciowego. na ogniwo). Ę%