Forum o Simsonach

tarnus

Podczas prezentacji mojego simsona zapowiedziałem że mam zamiar przerobić w nim instalację 6V na 12V.
Instalacje 6V odchodzą do lamusa z dwóch powodów. Coraz trudniej kupić żarówki na to napięcie oraz styki przełączników bardziej się zużywają od wyższych dwukrotnie prądów w stosunku do instalacji 12V. Inni zauważą też wymagane większe przekroje przewodów zasilających.
Napięcie z cewek świetlnych zmienia się zależnie od obciążenia, oraz obrotów silnika. Gdy tylko żarówka zasilana jest wprost z takiej cewki powstają niemile znane wszystkim efekty świecenia żarówek z różną jasnością zależne od obrotów. Czyli na postoju za słabo a na pełnych obrotach przepala żarówkę. Problem przepalania żarówek eliminuje się w trochę dziwny sposób polegający na tym, że podłącza się specjalny układ dociążający cewki który aktywuje się w przypadku przekroczenia pewnego napięcia niebezpiecznego dla żarówek. Działa, ale efekt jest taki że niepotrzebnie te cewki są grzane jak i ten dociążający układ. W jakimś też stopniu na pewno wpływa to niekorzystnie na zużycie paliwa.

Do przerobienia oraz wyeliminowania tych zjawisk chcę użyć przetwornicy napięcia DC-DC. Zastosowanie przetwornicy praktycznie eliminuje konieczność przewijania cewek świetlnych z 6V na 12V. Jedynie co należy zrobić to odłączyć końce cewek od masy tak aby były tzw. bezmasowe i podlutować do nich dodatkowe przewody i doprowadzić do mostków prostowniczych. Tak wyprostowanym napięciem chcę zasilać przetwornicę. na wyjściu której uzyskać chcę stabilne napięcie 13,8-14,0V które zasilać ma wszystkie żarówki oraz ładować akumulator 12V/5,5Ah.
Jest więc jeszcze kolejna zaleta tej przeróbki. Można będzie zamienić także cewkę zapłonu na cewkę świetlną, wyprostować jej napięcie i również doprowadzić do tej przetwornicy, a zapłon przerobić tak aby cewka butelkowa 12V z przerywaczem zasilane były ze wspólnego akumulatora. Moc wszystkich cewek świetlnych wyniosła by wtedy około 90W.
Sprawa nie jest jednak taka oczywista z tymi napięciami z cewek gdyż napięcie z cewek świetlnych podczas pracy silnika zmieniać się zależnie od obciążenia (ilości i mocy żarówek) oraz od obrotów. Zmierzyłem i najniższe napięcie występuje przy najniższych obrotach przy włączonych światłach a najwyższe przy najwyższych obrotach przy światłach wyłączonych. W skrócie od 4V do około 20V przy cewkach 6Voltowych.

Należy więc wykonać przetwornicę o parametrach:
Napięcie wejściowe 4-21V
Napięcie wyjściowe stabilizowane 13,8-14V
Prąd wyjściowy 6A (lub 7A przy trzeciej cewce świetlnej zamiast zapłonowej)

I w tym punkcie nastąpił zwrot akcji. Kupiłem na giełdzie kompletny zestaw magneto, stator z cewkami 12V, oraz moduł do elektronika.

To oznacza że nie muszę już robić przetwornicy która podwyższa napięcie 6V na 12V. Pozostaje więc już "tylko" zaleta przejścia na pełne akumulatorowe zasilanie w instalacji motocyklowej 12V.
Oczywiście wykonanie przetwornicy z 6V jeśli ktoś jednak ją chciałby wykonać dla siebie, jest stosunkowo łatwe gdyż wymaga to w zasadzie tylko innego nawinięcia transformatora.

Pojawiły się więc nowe założenia do parametrów przetwornicy:
Napięcie wejściowe 8-42V
Napięcie wyjściowe stabilizowane 13,8-14V
Prąd wyjściowy 6A (lub 7A przy trzeciej cewce świetlnej zamiast zapłonowej).

Wstępnie wybór padł na przetwornicę typu push-pull sterowaną układem TL494. Układ ten jest dość popularny, tani i ogólnie dostępny, chociaż pasuje wiedzieć że układ ten występuje w dwóch wersjach temperaturowych. Z literką I jest to wersja która może pracować w zakresie temperatur otoczenia -40stC...+85stC podczas gdy bez tej literki czyli wszystki pozostałe wersje w zakresie 0stC...+70stC.
Jest to bardzo istotne gdyż zapewne motorkiem podróżuje się czasem także przy ujemnych temperaturach otoczenia.
Co to jest przetwornica
[link widoczny dla zalogowanych]

Zasada działania przetwornicy w skrócie wygląda następująco. Napięcie stałe jest kluczowane z bardzo wysoką częstotliwością tranzystorami lub tyrystorami. Kluczowane napięcie doprowadzone jest do pierwotnego uzwojenia transformatora. Na uzwojeniu wtórnym pojawia się odpowiednio przełożone napięcie mające niemal identyczny kształt jak to na wejściu. Wystarczy je tylko wyprostować diodami oraz wygładzić kondensatorem Elementem sterującym tranzystorami jest układ TL494. Najważniejsze co ten układ posiada to tzw. układ kontroli martwego czasu (chwila gdy żaden tranzystor nie przewodzi), oraz dwa wzmacniacze operacyjne które można wykorzystać do stabilizacji lub ogranicznika napięcia wyjściowego przetwornicy lub prądu wyjściowego.
Układ ten zaprojektowano z myślą o sterowaniu tranzystorów bipolarnych ale ja chcę użyć do kluczowania tranzystory typu mosfet gdyż posiadają o wiele lepsze parametry i są tańsze. Zastosowanie ich zmusza mnie do zastosowania dodatkowo czterech tranzystorów kluczujących bramki tranzystorów mosfet.
Zaletą przetwornic jest wysoka sprawność i niewielkie wymiary oraz waga. Wszystko to dzięki temu, że częstotliwości kluczujące są bardzo wysokie. Czasem jest to 28kHz a czasem nawet kilka MHz i więcej.
Wysoka częstotliwość daje możliwość wykonania transformatorów o niewielkich rozmiarach z niewielką liczbą zwojów.
Szybkie czasy przełączeń (kluczowania) daje nam na uzwojeniach napięcie zmienne niemal typu prostokątnego.
Zaletą takiego kluczowania jest to że tranzystor przełączany jest tylko między dwoma stanami, czyli tranzystor przewodzi albo jest zatkany.
Cechą tranzystorów przełączających mosfet są bardzo szybkie czasy przełączeń oraz bardzo niska rezystancja złącza dren-źródło podczas pełnego wysterowania tranzystora która wynosi dziesiąte a nawet setne części oma. Oznacza to, że tranzystor podczas pracy niewiele się nagrzewa, gdyż na jego rezystancji odkłada się znikome napięcie.
Do wyprostowania tak szybko zmieniającego się napięcia na wyjściu transformatora należy stosować szybkie diody przełączające schottkiego.
Te diody nie dość że mają szybkie czasy przełączeń to jeszcze najniższe z możliwych spadki napięć na złączu co powoduje że taki układ prostownika też zbytnio się nie nagrzewa. Wyprostowane napięcie mostkiem podczas poboru prądu zawiera niestety składową zmienną którą należy odfiltrować.
Do tego celu stosuje się dławik wyjściowy, który jest obliczany zawsze dla możliwego najwyższego płynącego prądu z przetwornicy. Za dławikiem stosuje się kondensatory o dobrym współczynniku ESR [link widoczny dla zalogowanych]
U mnie zamiast tych kondensatorów będzie akumulator 12V/5,5Ah.

W moim założeniu wykonać jest więc przetwornicę wcześniej podanych parametrach z częstotliwością kluczowania 28kHz. Ta częstotliwość jest dość powszechnie stosowana np. w zasilaczach PC.

Na dzień dzisiejszy nie przedstawiam schematu gdyż wymaga on jeszcze kilku poprawek, ale za to mogę pochwalić się prototypem zlutowanym bardzo nielubianą metodą przez każdego elektronika ale jednak mimo wszystko często wykonywaną czyli na pająka Happy

Szczegóły konstrukcyjne dotyczące jej wykonania a zwłaszcza sposób nawinięcia transformatora oraz dławika podam także w późniejszym czasie.

Oto efekt mojej dotychczasowej radosnej twórczości.
Proszę się tylko nie przerazić, to jest sklecone z czegotoniemiałempodręką.

http://www.youtube.com/watch?v=vyoblhGFPX8

Więc tak:
1. Nie przerażajcie się wyglądem i sposobem montażu. To tylko układ testowy. Docelowo zostanie wykonany na płytce drukowanej i zostanie tak wykonany tak jak np. inne moje urządzenie tu:
[link widoczny dla zalogowanych]

2. Ta zielona duża płytka to spalony zasilacz który został dawcą organów. Na tej zielonej dużej płytce wszystko co zbędne zostało wylutowane lub odcięte. To co na niej wykorzystałem obecnie to tylko układ TL494 z kilkoma elementami przy nim. Po prostu nie chciało mi się tych paru części wylutować. Ten pająk czyli transformator z orbitującymi elementami wokół został przeszczepiony do układu TL494 na zielonej płytce.

3. Transformator o przekładni 0,87 posiada podwójne uzwojenie pierwotne
nawinięte 2x7zwojów drutem o przekroju 1mm. Uzwojenie wtórne to 2x8zwojów takim samym drutem. Jest jeszcze uzwojenie zasilania TL494 czyli 2x8zw drutem 0,5mm. Wykonałem je po to, aby nie stosować stabilizatorów liniowych do zasilania TL494 lecz aby był zasilany z transformatora.

4. Elementami kluczującymi pierwotne uzwojenie transformatora są tranzystory BUZ11A (bo takich mam pod ręką setkę). Sterowane są one parami różnicowymi BC547/BC557.

5.Dławik wyjściowy to tymczasowo 15zw drutem 1mm na rdzeniu toroidalnym wyjętym ze starego zasilacza komputerowego. Ten ogromny kondensator to specjalny wysokoprądowy kondensator 22000uF/25V który w tym układzie testowym zastępuje mi akumulator.

Uzyskane tymczasowo spostrzeżenia i wartości.

Najważniejsze - działa i to od pierwszego uruchomienia.
Drugie co jest ważne - przy obciążeniu żarówką 21W tranzystory są tylko lekko ciepłe (35-40stC) więc jeszcze nie wymagają radiatorów. Tak samo półmostek na diodach schottkiego po stronie wtórnej. Obserwowane przebiegu oscyloskopem wskazały że gasiki zarówno po stronie pierwotnej jak i wtórnej są raczej prawidłowo dobrane. Bez nich szpilki napięć między drenem a źródłem, wystawały na 30V powyżej przebiegu prostokątnego. Z gasikami nie więcej niż około 5V.

[link widoczny dla zalogowanych]

Przykre ale, przekładnia transformatora jest za mała. Transformator trzeba będzie więc po raz kolejny przewinąć, z tym że z uzwojenia pierwotnego zabiorę 1 lub 2 zwoje z obu sekcji, podczas gdy do wtórnego dodam tyle samo. Zastanawiam się czy nie kupić drutu o przekroju 1,2mm.

Pomiary wykazały:
Bieg jałowy - bez obciążenia
Napięcie zasilania przetwornicy 13,11V z zasilacza testowego o wydajności prądowej 20A.
Prąd pobierany 88mA
Pobierana moc biegu jałowego 1,15W

Z obciążeniem żarówką 12V/21W
Strona pierwotna - zasilanie
Napięcie 12,82V
Pobierany prąd 1,74A
Moc pobierana = 22,30W

Strona wtórna po wyprostowaniu z dławikiem i kondensatorem 22000uF/25V i obciążeniu żarówką 12V/21W
Napięcie wyjściowe 11,51V ( :budzjelopa

za mała przekładnia)
Prąd wyjściowy 1,65A
Moc pobierana przez żarówkę z przetwornicy 18.99W

Sprawność przetwornicy przy obciążeniu tą żarówka wyniosła więc 85%

Dodam że przed korekcją gasików sprawność wynosiła 80%.

Nie sprawdzałem jeszcze przetwornicy przy wyższych napięciach wejściowych ale na pewno z tranzystorami BUZ11A ryzykowne by było przekroczyć napięcie zasilania na wejściu przetwornicy ponad 20V gdyż dopuszczalny Vds tych tranzystorów to 50V a przy napięciu 12,9V już mam Vds około 25V. Tak więc te tranzystory trzeba będzie zastąpić takimi których Vds to około 80-100V.

Spodziewany zakres napięć wejściowych przy których przetwornica będzie miała działać poprawnie to 8-42V.
Na próbę na sekundę podłączałem kilkakrotnie równolegle z tą żarówką 12V/21W drugą żarówkę, samochodową 12V/60/55W z połączonymi oboma włóknami. Amperomierz wskazał niemal 8A a tranzystory mimo że bez radiatora przeżyły to dość znacznie się nagrzewając.

Mam nadzieję że się uda, bo nieźle się zapowiada.
Myślę że nie przynudzam, będę informował o kolejnych pracach.
Dla informacji podam że ta przetwornica idealnie będzie także nadawać się do ładowania akumulatorów ołowiowych z ogniw słonecznych ale to już inna historia...

Marek

TAG-SYZ ELEK-ZMIA

Syzyf

Myślę, że przydało by się przedstawić do czego to urządzenie służy, jakie ma mieć zalety w stosunku do oryginalnego zasilania, co zamierzasz z niego zasilić itp. Takie informacje ogólne dla nieelektroników.
Przydałby się też schemat ideowy. Jak jest częstotliwość pracy?
Jeśli dobrze rozumiem ma to być układ, który podwyższa napięcie stałe z akumulatora 6V do ok. 14V i stabilizuje je na tym poziomie?

tarnus

Masz rację. Za mało szczegółów podałem do czego ma służyć. Tu w skrócie napisałem i w innym wątku też coś więcej więc zmieniłem treść pierwszego posta.
Co do schematu to oczywiście pojawi się, ale jeszcze nie taraz. Nie czas jeszcze gdyż ciągle dokonuję poprawek. Jeszcze chcę zrobić ogranicznik prądu na wejściu drugiego wzmacniacza operacyjnego który jest w TL494.
Podając wstępne wyniki pracy przetwornicy miałem na myśli ewentualne wczesne ostrzeżenia i uwagi od innych elektroników co do mojego pomysłu.

Dodano 4.07.2011 godzina.

Zrezygnowałem z uzwojenia wtórnego i teraz transformator pracuje jako autotransformator.
Efekt - Wzrost sprawności do 92% z jednoczesnym uzyskaniem stabilnego napięcia 13,8V ze sporym zapasem na spadek zasilania na wejściu.
Transformator muszę przewinąć ponownie tak czy siak, gdyż chcę zapełnić miedzią całe okno (wypełnić karkas na full) grubszym przekrojem drutu a dokładnie to już licą splecionych kilku drutów 0,3. To ile wejdzie drutów na lice jeszcze muszę przeliczyć..
Wypełnienie całej przestrzeni okna jest w przetwornicach ważne z punktu widzenia sprawności gdyż są wtedy mniejsze straty na przemagnesowanie
mniejszej ilości powietrza między zwojami.
W każdym bądź razie tyle miedzi ile odpadnie ze zbędnego uzwojenia wtórnego muszę nawinąć jako uzwojenie pierwotne. Dalsza korzyść to zmniejszenie rezystancji tegoż uzwojenia więc kolejne procenty sprawności do przodu.

Pomiary w tym stanie pokazały:
Zasilanie przetwornicy 12,77V
Prąd pobierany przez przetwornicę 2,13A
Moc pobierana 27,13W

Napięcie na żarówce 13,83V
Prąd pobierany przez żarówkę 1,81A
Moc oddawana 25,03W

Sprawność 92%
Tranzystory są wyraźnie chłodniejsze w dotyku niż w układzie z uzwojeniem wtórnym.

Marek