Przetwornica, Elektronika abc, ELEKTRONIKA

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Projekty AVT
Pros
t
t
ta
prze
t
t
tworn
i
i
ica
12V
/
/
/220V
2463
Do czego to służy?
Od pewnego czasu w listach skierowanych do
Redakcji, a ostatnio także w miniankietach po−
jawiają się prośby o zaprezentowanie w EdW
prostego układu przetwornicy napięcia akumu−
latora na napięcie zmienne 220V. Wielu Czy−
telnikom temat taki wydaje się bardzo trudny.
Okazuje się jednak, że budowa najprostszego
układu tego typu nie jest wcale skomplikowa−
na. Najdroższymi elementami przetwornicy są:
typowy sieciowy transformator toroidalny oraz
dwa tranzystory mocy typu MOSFET. Część
sterująca jest bardzo prosta i tania.
Przedstawiony dalej układ zainteresuje
wielu naszych Czytelników, ponieważ jest
prosty, niedrogi, a maksymalna moc wyjścio−
wa zależy praktycznie tylko od wielkości
transformatora.
Należy jednak dodać, że jest to rozwiąza−
nie bardzo proste i jego praktyczną przydat−
ność do różnych nietypowych zastosowań
trzeba sprawdzić we własnym zakresie. Cho−
dzi między innymi o to, że kształt przebiegu
wyjściowego daleko odbiega od sinusoidy,
Rys. 1
VCC
R15
+12V
P
B1
C1
1
00n
PR1
10k
C5
100R
10A
AKU
12V
C6
100nc
C2
1000u/16V
1000u/16V
R1
39k
O
2
3
1
U1
VCC
U2B
4
093
G
TR1
VCC
X
5
6
T1
BUZ11
4
O
10
H
6
(−)TRG
8
O
11
1
2
(+)TRG
3
12
REtrig
OSC
13
T2
BUZ11
A
U2A
4093
J
toroid 100W 2x9V
D4
C
9
5
4
4047
D3
D
R3
1k
VCC
VCC
VCC
VCC
R4
1k
B
K
D1
9V1
R7
10k
E
VCC
R5
10k
R6
10k
4xBAT85
R13
U2C
4093
R11
13
9
11
F
10
12
1M
D5
10k
Y1
PIEZO
8
U2D
3
T6
D7
D8
T3
4093
R9
PR2
1k
T5
2
R12
100k
D2
LED G
R8
100k
T4
C3
1u
R14
2,2R 2W
10k
1
C4
10u
R10
330R
D6
L
Y
96
Elektronika dla Wszystkich
Projekty AVT
co jest równoznaczne z dużą zawartością har−
monicznych, zwłaszcza nieparzystych.
Model pokazany na fotografii został
sprawdzony w warunkach laboratoryjnych
z różnymi typami obciążenia (żarówka, wier−
tarka, zasilacz), ale nie sprawdzano jego za−
chowania we wszystkich możliwych warun−
kach i przy jeszcze innym obciążeniu.
Nie ulega jednak wątpliwości, że pomimo
prostoty jest to dobry punkt startowy do
różnych eksperymentów.
Elementy D1, PR2, T4, T3, D3 pracują
w obwodzie kontrolującym napięcie akumu−
latora. Ponieważ pobór prądu z akumulatora
zazwyczaj będzie duży, akumulator może się
szybko wyczerpać. Wspomniany obwód za−
pobiegnie głębokiemu wyładowaniu akumu−
latora, sygnalizując dźwiękiem brzęczyka Y1
i światłem diody D3 obniżenie się napięcia
poniżej poziomu nastawionego za pomocą
PR2. Nadmierne obniżenie napięcia spowo−
duje zatkanie otwartego dotychczas tranzy−
stora T4 i otwarcie T3. Spowoduje to zaświe−
cenie diody D3, a dodatkowo stan niski na
nóżce 12 bramki U2D spowoduje pojawienie
się stanu wysokiego na wyjściu tej bramki.
Uruchomi to generator z bramką U2C i brzę−
czyk piezo Y2 wyda przerywany dźwięk
ostrzegawczy. Napięcie progowe sygnaliza−
tora można ustawić za pomocą PR2.
Obwód z elementami R14, D5...D8, T5,
T6, D4 dźwiękiem i świeceniem diody D2 po−
informuje o przeciążeniu i przekroczeniu do−
puszczalnej wartości prądu wyjściowego.
Układ działa następująco: na rezystorze R14
występuje spadek napięcia, proporcjonalny do
prądu wyjściowego. Napięcie z tego rezystora
jest prostowane w mostku D5...D8. Obwód
opóźniający R11, C3 zapobiega fałszywym
alarmom wynikającym z chwilowych impul−
sów prądowych. Dopiero gdy średnia wartość
prądu przekroczy ustalony poziom, otworzą
się tranzystory T5, T6, zaświeci się dioda sy−
gnalizacyjna D4 i odezwie się brzęczyk piezo.
W prezentowanym układzie w niektórych
obwodach będą płynąć duże prądy. Wystar−
czy policzyć, że przy napięciu 12V moc
100Wuzyskuje się przy prądzie przekraczają−
cym 8A. Tak duża wartość prądu oznacza, że
kluczowe połączenia muszą być wykonane
grubszymi przewodami, przynajmniej o prze−
kroju 1...1,5mm
2
. Na schemacie ideowym ob−
wody te narysowano grubszymi liniami.
Uwaga! W układzie występują napię−
cia groźne dla życia i zdrowia. Osoby
niepełnoletnie mogą wykonać i uru−
chomić układ wyłącznie pod opieką
wykwalifikowanych osób dorosłych.
Jak to działa?
Schemat ideowy przetwornicy 12V/220Vpo−
kazany jest na
rysunku 1
. Układ tylko na po−
zór jest skomplikowany, w rzeczywistości
przetwornicę stanowią cztery kluczowe
elementy:
− transformator
− dwa tranzystory MOSFET
− układ scalony CMOS 4047.
Część układu z elementami T3...T6, U2C,
U2D pełni jedynie rolę pomocniczą i można
jej nie montować (niewykorzystane wejścia
U2C i U2D należy wtedy zewrzeć do masy
albo do plusa zasilania). W najprostszej we−
rsji można zrezygnować z bramek U2A,
U2B i podać sygnały z układu U1 bezpośre−
dnio na bramki MOSFET−ów T1 i T2.
Źródłem energii jest akumulator o napię−
ciu 12V i pojemności rzędu kilkudziesięciu
amperogodzin. Kluczową rolę pełni transfor−
mator TR1. Jest to najzwyklejszy toroidalny
transformator sieciowy z dwoma uzwojenia−
mi wtórnymi (220V/2x9V). Transformator
ten współpracuje z dwoma tranzystorami
MOSFET T1 i T2, które włączane są na prze−
mian z częstotliwością 50Hz. Aby częstotli−
wość była stabilna, zastosowano popularny
układ czasowy CMOS 4047, który
tu pracuje w roli generatora. Czę−
stotliwość oscylatora wynosi
100Hz, a na wyjściach dzielnika
przez 2 (nóżki 10 i 11) występują
odwrócone z fazie przebiegi o czę−
stotliwości 50Hz.
W praktyce wartość częstotli−
wości oscylatora (100Hz) wyzna−
czona jest przez elementy R1,
PR1, C1 i można ją dokładnie
ustawić z pomocą PR1. Na wyj−
ściu, czyli na uzwojeniu siecio−
wym transformatora, występuje
przebieg zbliżony kształtem do
prostokąta. Przy zasilaniu z aku−
mulatora, ze względu na różnego
rodzaju straty oraz obniżanie się
napięcia akumulatora, należy stosować trans−
formator sieciowy o nominalnym napięciu
wtórnym 2x9V, a nie 2x12V. W układzie
można stosować transformatory o napięciach
2x8V...2x10V. Napięcie wyjściowe zależy
przede wszystkim od napięcia akumulatora
oraz przekładni transformatora, ale pewien
wpływ ma również obciążenie.
Szczególną uwagę należy zwrócić na ob−
wody tranzystorów mocy. Przewody do nich
prowadzące powinny być możliwie krótkie,
do 10cm, lub lepiej mniej.
Po zmontowaniu płytki, a przed dołącze−
niem tranzystorów mocy i transformatora
warto sprawdzić, czy układ sterujący wytwa−
rza przebieg prostokątny o częstotliwości
50Hz i wypełnieniu 50%.
Ciąg dalszy na stronie 111
Wykaz elementów
Rezystory
R1 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..39k
R3,,R4 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1k
ΩΩ
R5−R7,,R9,,R13 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..10k
ΩΩ
R8,,R12 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..100k
Montaż i uruchomienie
Układ sterująco−sygnalizacyjny można
zmontować na płytce pokazanej na
rysunku
2
. Montaż płytki jest klasyczny i nie sprawi
trudności.
ΩΩ
R10 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..330
ΩΩ
R14 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2,,2
ΩΩ
2W
R15 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..100
ΩΩ
PR1 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..10k
miiniiatturrowy
PR2 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1k
miiniiatturrowy
Kondensatory
C1 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..100nF ffolliiowy MKT
C2,,C5 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1000µF//16V
C3 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1µF cerramiiczzny
C4 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..10µ//16V
C6 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..100nF cerramiiczzny
Półprzewodniki
D1 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..diioda Zenerra 9V1
D2 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LED zziiellona
D3,,D4 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..LED czzerrwona
D5−D8 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..BAT85
T1,,T2 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..BUZ11
T3−T5 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..BC548B
T6 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..BC559B
U1 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4047
U2 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..4093
Pozostałe
Y1 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..piiezzo zz generrattorrem
TR1 .. .. ..ttorroiid 100W 2x9V ((niie wchodzzii w skłład kiittu))
Uwaga!
Trransfforrmattorr TR1 orrazz rradiiattorry do ttrranzzy−
sttorrów T1,, T2 niie wchodzzą w skłład kiittu AVT−2463..
Nalleżży jje zzdobyć we włłasnym zzakrresiie..
Rys. 2 Schemat montażowy
Jak wspomniano, w wersji minimalnej nie
muszą być montowane wszystkie elementy.
Wystarczy zmontować U1, R1, C1, PR1, T1,
T2, TR1. Dla pewności warto zmontować też
filtr R15, C2, C5, C6. W wersji minimalnej
nie trzeba stosować bramek U2A, U2B.
Komplet podzespołów z płytką jest
dostępny w sieci handlowej AVT jako
kit szkolny AVT−2463
Elektronika dla Wszystkich
97
R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1M
 Projekty AVT
Ciąg dalszy ze strony 97
Kto nie ma dostępu do miernika częstotliwości, może w miejsce
PR1 R1 zastosować jeden rezystor (lub dwa połączone szeregowo)
o wartości 45,5kΩ . Częstotliwość najprawdopodobniej będzie nieco
odbiegać od nominału, ale odchyłka o 5, 10 czy nawet 20% w ogrom−
nej większości przypadków nie ma znaczenia.
W układzie modelowym zastosowano transformator o mocy 100W,
i co bardzo istotne, tranzystory T1, T2 podczas prób, nawet przy obcią−
żeniu wyjścia mocą 80W grzały się niewiele. Nic nie stoi na przeszko−
dzie, by zastosować transformator o innej mocy, mniejszej lub większej.
Tranzystory sterujące typu BUZ11 mają rezystancję w stanie otwarcia
tylko 0,03...0,04Ω i mogą pracować z prądami rzędu kilkudziesięciu
amperów. Można więc wypróbować działanie układu z transformatorem
o znacznie większej mocy, nawet 300W przy obciążeniu wyjścia mocą
do 250W, stosując bezpiecznik B1 o odpowiednim nominale.
Stopień trudności projektu ustalono na 2 gwiazdki. Nie jest to zwią−
zane ze stopniem skomplikowania układu − w podstawowej wersji pro−
jekt nie wymaga uruchamiania i od razu będzie pracował poprawnie,
a odchyłka częstotliwości do ±20% nie ma znaczenia. Dwie gwiazdki
związane są z występowaniem w układzie napięć potencjalnie śmiertel−
nych.
Uwaga! Układ nie był testowany podczas pracy z wszystkimi moż−
liwymi rodzajami obciążenia. Ze względu na przebieg wyjściowy,
kształtem zbliżony do prostokąta, niektóre urządzenia mogą nie działać
poprawnie, a nawet ulec uszkodzeniu.
Krzysztof Nowak
98
Elektronika dla Wszystkich
[ Pobierz całość w formacie PDF ]