SCHEMAT PRZETWORNICY.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

1 00n

PR1

10k

100R

10A

AKU

12V

100nc

1000u/16V

39k

VCC

U2B

4 093

TR1

VCC

BUZ11

O 10

(−)TRG

O 11

(+)TRG

REtrig

OSC 13

BUZ11

U2A

4093

toroid 100W 2x9V

4047

VCC

9V1

10k

VCC

10k

4xBAT85

R13

U2C

4093

R11

10k

PIEZO

U2D

4093

PR2

R12

100k

LED G

100k

R14

2,2R 2W

10k 1

10u

R10

330R

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

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

Elektronika dla Wszystkich

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: