VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF POWER ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING
NABÍJEČKA OLOVĚNÝCH AKUMULÁTORŮ 12V S PODPŮRNOU FUNKCÍ "START CAR"
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR’S THESIS
AUTOR PRÁCE AUTHOR
Tomáš Benada
BRNO 2009
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF POWER ELECTRICAL AND ELECTRONIC ENGINEERING
NABÍJEČKA OLOVĚNÝCH AKUMULÁTORŮ 12V S PODPŮRNOU FUNKCÍ "START CAR" CHARGER FOR LEAD-ACID ACCUMULATORS 12V WITH THE ADITIONAL FUCTION "START-CAR"
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR’S THESIS
AUTOR PRÁCE
Tomáš Benada
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO, 2009
doc. Ing. Pavel Vorel, Ph.D.
VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav výkonové elektrotechniky a elektroniky
Bakalářská práce bakalářský studijní obor Silnoproudá elektrotechnika a výkonová elektronika Student: Tomáš Benada Ročník: 3
ID: 98209 Akademický rok: 2008/09
NÁZEV TÉMATU:
Nabíječka olověných akumulátorů 12V s podpůrnou funkcí "start car" POKYNY PRO VYPRACOVÁNÍ: 1. Oživte řídicí a budicí elektronické obvody DC/DC měniče realizované v SP. 2. S pomocí vedoucího projektu oživte silový obvod měniče. 3. Dostavte regulační a ochranné obvody. 4. Ověřte funkci celého zařízení při nabíjení akumulátoru. DOPORUČENÁ LITERATURA: Dle doporučení vedoucího. Termín zadání: 1.10.2008
Termín odevzdání: 29.05.2009
Vedoucí projektu: doc. Ing. Pavel Vorel, Ph.D.
doc. Ing. Čestmír Ondrůšek, CSc. předseda oborové rady
UPOZORNĚNÍ: Autor semestrální práce nesmí při vytváření semestrální práce porušit autorská práva třetích osob, zejména nesmí zasahovat nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a musí si být plně vědom následků porušení ustanovení 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení § 152 trestního zákona č. 140/1961 Sb.
LICENČNÍ SMLOUVA POSKYTOVANÁ K VÝKONU PRÁVA UŽÍT ŠKOLNÍ DÍLO uzavřená mezi smluvními stranami: 1. Pan/paní Jméno a příjmení: Tomáš Benada Bytem: Rýchory 57E Trutnov Narozen/a (datum a místo): 08.04.1987, Hradec Králové, (dále jen „autor“) a 2. Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií se sídlem Údolní 53, Brno, 602 00 jejímž jménem jedná na základě písemného pověření děkanem fakulty: doc. Ing. Čestmír Ondrůšek, CSc., předseda oborové rady Silnoproudá elektrotechnika a elektroenergetika (dále jen „nabyvatel“) Čl. 1 Specifikace školního díla 1. Předmětem této smlouvy je vysokoškolská kvalifikační práce (VŠKP): □ disertační práce □ diplomová práce □ bakalářská práce jiná práce, jejíž druh je specifikován jako Semestrální projekt 1 (dále jen VŠKP nebo dílo)
Nabíječka olověných akumulátorů 12V s podpůrnou Název VŠKP:
funkcí "start car"
Vedoucí/ školitel VŠKP:
doc. Ing. Pavel Vorel, Ph.D.
Ústav:
Ústav výkonové elektrotechniky a elektroniky
Datum obhajoby VŠKP: VŠKP odevzdal autor nabyvateli v*: tištěné formě
*
hodící se zaškrtněte
–
počet exemplářů 1
elektronické formě
–
počet exemplářů 1
2. Autor prohlašuje, že vytvořil samostatnou vlastní tvůrčí činností dílo shora popsané a specifikované. Autor dále prohlašuje, že při zpracovávání díla se sám nedostal do rozporu s zákonem a předpisy souvisejícími a že je dílo dílem původním. 3. Dílo je chráněno jako dílo dle autorského zákona v platném znění. 4. Autor potvrzuje, že listinná a elektronická verze díla je identická. Článek 2 Udělení licenčního oprávnění 1. Autor touto smlouvou poskytuje nabyvateli oprávnění (licenci) k výkonu práva uvedené dílo nevýdělečně užít, archivovat a zpřístupnit ke studijním, výukovým a výzkumným účelům včetně pořizovaní výpisů, opisů a rozmnoženin. 2. Licence je poskytována celosvětově, pro celou dobu trvání autorských a majetkových práv k dílu. 3. Autor souhlasí se zveřejněním díla v databázi přístupné v mezinárodní síti ihned po uzavření této smlouvy □ 1 rok po uzavření této smlouvy □ 3 roky po uzavření této smlouvy □ 5 let po uzavření této smlouvy □ 10 let po uzavření této smlouvy (z důvodu utajení v něm obsažených informací) 4. Nevýdělečné zveřejňování díla nabyvatelem v souladu s ustanovením § 47b zákona č. 111/ 1998 Sb., v platném znění, nevyžaduje licenci a nabyvatel je k němu povinen a oprávněn ze zákona. Článek 3 Závěrečná ustanovení 1. Smlouva je sepsána ve třech vyhotoveních s platností originálu, přičemž po jednom vyhotovení obdrží autor a nabyvatel, další vyhotovení je vloženo do VŠKP. 2. Vztahy mezi smluvními stranami vzniklé a neupravené touto smlouvou se řídí autorským zákonem, občanským zákoníkem, vysokoškolským zákonem, zákonem o archivnictví, v platném znění a popř. dalšími právními předpisy. 3. Licenční smlouva byla uzavřena na základě svobodné a pravé vůle smluvních stran, s plným porozuměním jejímu textu i důsledkům, nikoliv v tísni a za nápadně nevýhodných podmínek. 4. Licenční smlouva nabývá platnosti a účinnosti dnem jejího podpisu oběma smluvními stranami.
V Brně dne: 29.5.2009
……………………………………….. Nabyvatel
………………………………………… Autor
Abstrakt Tato práce je návrhem a konstrukčním řešením inteligentní nabíječky olověných akumulátoru s podpůrnou funkci “start car“ . Jsou tu uvedeny výpočty jednotlivých prvků. Základ nabíječky tvoří spínaný zdroj, proto je nabíječka snadno přenosná její rozměry jsou malé a je lehká. Nabíjí akumulátor pomocí metody konstantního napětí, s proudovým omezením 0,5A, 5A, 20A, 50A. Proud 50A využijeme v zimě při startování automobilu, kdy baterie nedodá dostatečný proud. Zařízení také obsahuje bezpečnostní ochrany pro samotnou nabíječku, napájecí síť i baterii. Pro vizuální kontrolu jsou umístěny v přední straně 3 kontrolní LED popisující různé stavy nabíječky.
Abstract This thesis is engineering design of the intelligent CHARGER FOR LEAD-ACID ACCUMULATORS 12V WITH THE ADDITIONAL FUNCTION "START-CAR". It contains calculations of each component. The switching power supply is the mainstay of the charger that makes the charger small, lightweight and portable. The Intelligent CHARGER FOR LEADACID ACCUMULATORS 12V WITH THE ADDITIONAL FUNCTION "START-CAR“ charges the accumulator by method of constant voltage with current limitation of 0,5A, 5A, 20A, 50A. 50A current is used in winter during starting of a car, when the battery can´t provide sufficient current. The device comprises safety protection for the charger, supply network and battery. There are three LEDs placed on the front side of the charger reflecting status of the device.
Klíčová slova Olověný akumulátor; nabíječka; jednočinný propustný měnič, spínaný zdroj; nabíjení konstantním napětím; proudové omezení; řídící obvod
Keywords Lead akumulátor, charger, one-pulsed conducting changer, switching source, charging by constantly voltage, currnet limitation; control circuit
Bibliografická citace BENADA, T. Nabíječka olověných akumulátorů 12V s podpůrnou funkcí “Start Car“, Brno: FEKT VUT v Brně, 2009. 47 s. Vedoucí bakalářské práce doc. Ing. Pavel Vorel, Ph.D.
Prohlášení
Prohlašuji, že svou bakalářskou práci na téma Nabíječka olověných akumulátorů 12V s podpůrnou funkcí “Start Car“ jsem vypracoval samostatně pod vedením vedoucího bakalářské práce a s použitím odborné literatury a dalších informačních zdrojů, které jsou všechny citovány v práci a uvedeny v seznamu literatury na konci práce. Jako autor uvedené bakalářské práce dále prohlašuji, že v souvislosti s vytvořením této bakalářské práce jsem neporušil autorská práva třetích osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným způsobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plně vědom následků porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona č. 121/2000 Sb., včetně možných trestněprávních důsledků vyplývajících z ustanovení § 152 trestního zákona č. 140/1961 Sb.
V Brně dne ……………………………
Podpis autora ………………………………..
Poděkování Děkuji vedoucímu bakalářské práce doc. Ing. Pavel Vorel, Ph.D. za účinnou metodickou, pedagogickou a odbornou pomoc a další cenné rady při zpracování mé bakalářské práce.
V Brně dne ……………………………
Podpis autora ………………………………..
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
9
OBSAH 1.
ÚVOD ................................................................................................................................ 13
2.
OLOVĚNÉ AKUMULÁTORY .......................................................................................... 14 2.1 ZPŮSOB NABÍJENÍ OLOVĚNÝCH AKUMULÁTORŮ A JEJICH VLASTNOSTI .............................14 2.2 KONSTRUKCE OLOVĚNÝCH AKUMULÁTORŮ .....................................................................16 2.3 VYBÍJECÍ A NABÍJECÍ CHARAKTERISTIKY ..........................................................................17
3. SILOVÝ OBVOD AUTONABÍJEČKY ..............................................................................19 3. 1 VÝKONOVÝ TRANSFORMÁTOR ........................................................................................19 3. 2 TLUMIVKA NA PRIMÁRNÍ STRANĚ MĚNIČE ........................................................................ 24 3. 3 PROUDOVÝ TRANSFORMÁTOR .........................................................................................26 3. 4 BUDÍCÍ TRANSFORMÁTOR ................................................................................................ 30 4. CHLAZENÍ POLOVODIČOVÝCH SOUČÁSTEK.............................................................31 4. 1 DIMENZOVÁNÍ DIOD D3A D4: .......................................................................................... 31 4. 2 ZTRÁTY TRANZISTORU: ................................................................................................... 31 4. 3 MODIFIKACE CHLAZENÍ POLOVODIČOVÝCH PRVKŮ .......................................................... 33 5 DESKA REGULÁTORU NAPĚTÍ ....................................................................................... 34 6. ZÁVĚR ............................................................................................................................... 35 7. LITERATURA ....................................................................................................................36 8. PŘÍLOHY .............................................................................................................................37
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
10
SEZNAM OBRÁZKŮ Obr.2.2.1 Konstrukce klasického olověného akumulátoru .......................................................... 16 Obr.2.3.1 Vybíjecí křivka startovacího olověného akumulátoru ................................................. 17 Obr.2.3.2 Vybíjecí křivka akumulátoru při nízkých teplotách, IN=0,1%.....................................18 Obr. 3.1: Schéma zapojení výkonové části nabíječky.................................................................. 19 Obr. 3.1.1: Proud který teče jádrem I primárním vinutím I1 a sekundárním vinutím I2 výkonového transformátoru................................................................................................ 20 Obr. 3.2.1: Snížení střídy vlivem parazitních kapacit tranzistorů ...............................................24 Obr. 3.3.1:Zkreslení informace o pilovitém zvlnění,vlivem proudového transformátoru ............. 29 Obr.5.1: Schéma zapojení desky regulátoru napětí ....................................................................34 Obr.8.1: Profil hliníkového chladiče .......................................................................................... 37 Obr. 8.2: Výkonový transformátor .............................................................................................38 Obr. 8.3: Deska plošných spojů strana A
strana B ............ 39
Obr. 8.4: Ovládací deska ...........................................................................................................40 Obr. 8.5: Schéma hlavní desky.................................................................................................. 41
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
11
SEZNAM TABULEK Nabíjecí a vybíjecí charakteristika olověného akumulátoru ....................................................... 15 Tabulka 8.1.1: Seznam součástek hlavní desky...........................................................................43 Tabulka 8.1.2: Seznam součástek hlavní desky...........................................................................43 Tabulka 8.1.3: Seznam součástek hlavní desky...........................................................................44 Tabulka 8.1.4: Seznam součástek hlavní desky...........................................................................44 Tabulka 8.2.1: Seznam součástek ovládací desky ....................................................................... 45 Tabulka 8.2.2 Seznam součástek ovládací desky ........................................................................ 45
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
SEZNAM SYMBOLŮ A ZKRATEK GND Iz Uref Ucc DPS SMD EAGLE smax CCCV
uzel slučující funkci ochranného vodiče a záporného pólu svorka ovládací desky, která řídí nabíjecí proud referenční napětí řídicího obvodu napájecí napětí pro řídicí obvod deska plošných spojů součástky pro povrchovou montáž (Surface Mount Device) program pro tvorbu DPS (Easily Applicable Graphical Layout Editor) maximální střída (zvolená 0,43) konstatní napětí (constant cuurrent constant voltage)
12
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
1. ÚVOD V této práci se podrobně seznámíme s nabíječkou olověných akumulátorů, která je řešená jako spínaný zdroj. Obvody jsou nastaveny pro nabíjení olověných akumulátorů (tzn. nadřízená napěťová smyčka s podřízenou proudovou smyčkou). Pomocí nastavitelného rozsahu je možné výstupní proud regulovat, nabíječka je vhodná pro většinu vyráběných kapacit a typů olověných akumulátorů. Vysvětlíme si vlastní složení olověného akumulátoru s popisy jeho hlavních součástí a principy nabíjení a vybíjení s jejich charakteristikami. Nabíječka je postavena na principu jednočinného propustného DC-DC měniče s řídící jednotkou, regulačními obvody a elektronickými ochranami. Spínací frekvence tranzistoru se blíží 200kHz. Nabíječka je schopna dodávat dostatečný proud i pro startování automobilu (okolo 50A), to je velkou výhodou v zimních měsících kdy autobaterie není schopna dodat potřebně velký proud.
13
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
14
2. OLOVĚNÉ AKUMULÁTORY 2.1 Způsob nabíjení vlastnosti
olověných
akumulátorů
a
jejich
Olověné akumulátory se velmi často používají jako sekundární, záložní zdroje. Mezi jejich hlavní výhody patří, že mají přijatelnou cenu, spolehlivost a potřebné vlastnosti. Akumulátor je složen z článků ze kterých jsou vyvedeny vývody pólů spojené do série ty pak vytváří akumulátor. Velmi často bývají zapojeny do série zapojeny články 3 a nebo 6 podle toho je baterie 6V nebo 12V.Výrobci je na trh velmi často dodávájí v kapacitách v rozmezí od 34Ah po 240Ah. Články jsou složeny z desek (tzv. elektrod), které jsou ponořené do elektrolytu. Elektrolyt v článku je tvořen ředěnou kyselinou sírovou. Nádoby akumulátorů jsou z různých barevných plastů, dnes již mají články pod deskami záchytný prostor pro uvolněný štěp z olověných desek. Kladné póly jsou tvořeny oxidem olovnatým PbO2 a záporné elektrody samotným olovem Pb. Chemický proces při nabíjení a vybíjení je vratný pokud zůstane akumulátoru alespoň minimální napětí. Chemický proces můžeme vyjádřit chemickou rovnicí: 2 PbSO4 +
2 H2O ↔
PbO2
+
Pb
+
2 H2SO4
(směr šipky vpravo značí proces při nabíjení a vlevo při vybíjení).
Správným ukazatelem při nabíjení akumulátoru je zvyšující se hustota elektrolytu při růstu napětí při jeho nabíjení. V nabitém akumulátorovém článku je koncentrace H2SO4 přibližně 28 až 40% (podle typu akumulátoru). Čím menší je objem elektrolytu v porovnání s množstvím aktivních elektrodových materiálů, tím větší je pokles koncentrace při vybíjení. Ke konci vybíjení se koncentrace pohybuje okolo 12 až 24%. Dle toho je napětí jednoho nabitého článku naprázdno 2,06V až 2,15V a vybitého 1,95V až 2,03V. Pomocí měření hustoty elektrolytu můžeme přesně stanovit stupeň nabití (vybití) akumulátoru, protože pokles koncentrace kyseliny je přímo úměrný plošnému náboji. Během vybíjení se objem elektrolytu zmenšuje zhruba o 1 ml na každou ampérhodinu. Pro nabíjení a vybíjení olověného akumulátoru jsou typické křivky podle obr.2.1.1.
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
15
Charakteristika olověného akumulátoru U [V] 2,9 2,8 2,7 2,6 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1,2 1,1 1 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
Nabíjení Vybíjení
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
8,0
9,0
10,0
11,0
12,0
13,0
14,0
15,0
t [h]
Obr.2.1.1 Nabíjecí a vybíjecí charakteristika olověného akumulátoru Vnitřní odpor olověného akumulátoru je v jednotkách m. Závisí na hustotě a teplotě elektrolytu. Obecně platí že při nabíjení se vnitřní odpor akumulátoru zmenšuje , při vybíjení se zvětšuje. Nabitý akumulátor má asi dvakrát menší vnitřní odpor oproti vybitému akumulátoru. Při poklesu teploty vnitřní odpor akumulátoru roste asi o 0.4 %.Ri / °C . Kapacita akumulátoru je přímo úměrná ploše elektrod. Kapacita akumulátoru také závisí na velikosti vybíjecího proudu, zaručená minimální kapacita akumulátoru při určitém proudu, který činí proud velikosti 1/10 kapacity akumulátoru v ampérech po dobu 10 hodin.
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
2.2 Konstrukce olověných akumulátorů Většina olověných akumulátorů má vlastní samostatné nádoby. Akumulátor a jeho výroba, materiály ze kterých je vyroben musí odolávat dlouhodobému účinku kyseliny sírové. Takto odolným materiálem je olovo a proto jsou všechny části vedoucí proud
vyrobeny z olova nebo olověných slitin.
Obr.2.2.1 Konstrukce klasického olověného akumulátoru
Elektrodový komplex je skryt v nádobě z izolačního materiálu (protective casing). Elektrody na krajích (Negative electrode) jsou záporné. V každé elektrodové skupině jsou desky přivařeny k můstkům článků (cell connectors), opatřeným proudovými vývody (positive termal). Rozdělení jednotlivých článku je provedeno pomocí přepážek(Cell diver). Ve velkých akumulátorech jsou desky zavěšeny na příchytkách nádoby. Vzdálenost mezi horními hranami desek a víkem je minimálně 20mm, aby baterie mohla reagovat změny hladiny elektrolytu a oddělit kapičky elektrolytu při silném plynování na konci nabíjení. Víko má otvory pro proudové vývody a ventilační zátky (vent caps), které umožňují únik plynů během samovybíjení a malém přebíjení a při tom zabraňuje vylití elektrolytu při sklonech. Otvory pro ventilační zátky se také přidává elektrolyt, určuje se jeho hladina a koncentrace a unikají jím plyny při značném přebíjení. Jednotlivé články jsou spojeny olověnými spojkami (cell conectors).
16
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
17
2.3 Vybíjecí a nabíjecí charakteristiky Typické vybíjecí křivky startovacích akumulátorů jsou zachyceny na obr. 2.3.1. Zvýší-li se vybíjecí proud, značně se sníží kapacita a tudíž měrná energie. Změna kapacity je velmi patrná dokonce při změně IN z 0,05% na 0,2%. Na to se nesmí zapomenout při porovnávání parametrů akumulátorů, protože akumulátory různých typů mají různé předepsané způsoby vybíjení. Vybíjecí křivky Olov. akumulátoru U[V]
Upoč
2
IN=0,05 0,2
0,3
1,5 0,8 1 1,5 1
0,5
0 0
20
40
60
80
100 Qv/Cjm %
Obr.2.3.1 Vybíjecí křivka startovacího olověného akumulátoru
Na počátku vybíjení není napětí stálé, proto se za výchozí napětí považuje napětí po odebrání částečné kapacity, okolo 10 %. Konečné vybíjecí napětí je nižší zhruba o 0,2 V než napětí výchozí a činí 1,75V až 1,8V při malých proudech a 1,2V až 1,5 V při proudech větších. Kapacita akumulátoru je velmi závislá na teplotě. Když IN = 0,1% a teploty jsou nad 0°C způsobí malý pokles teploty o 1°C pokles kapacity o 0,6 až 0,7 %. Velmi prudký pokles kapacity nastává při nízkých teplotách a při velkých proudechw (obr. 2.3.2).
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
Obr.2.3.2 Vybíjecí křivka akumulátoru při nízkých teplotách, IN=0,1%
Při nabíjení akumulátoru konstantním proudem, vzrůstá napětí z 2,3 až 2,4 V a blíží se k 2,7 V Nyní když je již plně nabitý dochází k plynování. Silné plynování nenávratně poškozuje aktivní plochu desek, lze tomu zabránit pokud bude nabíjecí proud IN < 0,05 %I. Velmi častým způsobem nabíjení akumulátorů je změna proudu po skocích. Z počátku je velký, z důvodu zkrácení nabíjecího času a schopnosti akumulátoru přijímat velké množství energie a při dosažení napětí 2,4V proud klesne, aby se dokončilo nabíjení. Jinou možností nabíjení akumulátoru je metody konstantního napětí. Proud při začátku nabíjení je velky a postupně klesá.. prosněžení počátečního proudu můžeme použít proudový omezovač. Při práci akumulátoru ve vyrovnávací fázi kdy je vybíjen jen částečně můžeme nabíjecí napětí se může snížit na 2.2 V, to bude mít za důsledek zmenšení efektu plynování při přebíjení. Nabíjení akumulátoru metodou CCCV (constant cuurrent constant voltage), je využita především u Li-Iontových akumulátorů. Z počátku se bude akumulátor nabíjet velkým proudem a to do té doby než napětí jednoho článku nedosáhne hodnoty téměř 4,1V (pro Li-xx akumulátor). Nyní se nabíjení změní a proud se začne snižovat úměrně k udržení konstantního napětí. Jde o tzv. regulaci s nadřízenou napěťovou smyčkou a podřízenou proudovou smyčkou.
18
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
19
3. SILOVÝ OBVOD AUTONABÍJEČKY
Obr. 3.1: Schéma zapojení výkonové části nabíječky
3. 1 Výkonový transformátor Magnetický obvod pro výkonový transformátor je tvořen pomocí 6-ti paralelně složených toroidních jader LJT2010. Díky paralelenímu uspořádání získáme větší průřez obvodu.
Parametry toroidního jádra LJT 2010: Složení: CF138 Průřez jádra S1=48mm2 Al=2900 nH/z2
Když budeme uvažovat že sycení toroidního jádra bude 0,2T a maximální střída se bude rovnat 0,43 můžeme snadno vypočíst počet primárních a sekundárních závitů. Vypočteme dle vztahů: N1
U 1 .s max 2 .230V .0,43 12,15 z 12 z Bmax .6.S1 . f 0,2T .6.0,48.10 4 m 2 20.10 4 Hz
(3.1.1)
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně N2
U Výst max .N 1 U 1 .s max
24V .12
2 .230V .0,43
2,06 z 2 z
20
(3.1.2)
Pro zjištění průřezu primárního a sekundárního vinutí je třeba vypočíst efektivní hodnoty primárního a sekundárního proudu.Primární proud bude mít průběh daný superpozicí magnetizačního proudu I 1 a přetransformovaného sekundárního proudu.
1,5
Iµ 1
Iµ1max
0,5
0 0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
t
3,5
1,5
I2 1
0,5
0
1,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
t
I1 1
I 0,5
2
N N
2 1
0 0
0,5
1
1,5
2
2,5
t
3
Obr. 3.1.1: Proud který teče jádrem I primárním vinutím I1 a sekundárním vinutím I2 výkonového transformátoru
Pro určení magnetizačního proudu I 1 musíme znát indukčnost primárního vinutí. Tu lze spočítat pomocí konstanty Al toroidního jádra a z počtu závitu na něm.
L1 .N 12 6. AL N 12 6.2,9.10 6.12 2 2,5mH
(3.1.3)
3,5
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
21
Z toho maximální magnetizační proud I 1 bude:
I 1
N 1 .Bmax .S 12.0,2T .2,88.10 4 m 2 ´0,276 A L1 25.10 4 H
(3.1.4)
Z těchto hodnot pokud budeme respektovat průběhy proudu můžeme určit efektivní hodnotu primárního a sekundárního proudu transformátorem.
I . p.
I1ef
smax
2
2
2
I 1 . 2.smax 3 2
2 0,276A 50A. 0,43 . 0,86 12 3 2
(3.1.5)
29,861 0,022 5,467A
I 2 ef I 2 . s max 50 A 0,43 32,787 A
(3.1.6)
Z výpočtu je patrné že magnetizační proud je více než 1000krát menší než složka přetransformovaného sekundárního proudu a tak ji můžeme zanedbat. Pak lze zjednodušeně říci, že:
N1 I 2 S 2 p N 2 I 1 S1
(3.1.7)
Nyní můžeme určit průřez primárního a sekundárního vinutí transformátoru, při zvolené proudové hustotě J 6 A
S prim
S sek
I 1ef J
I 2 ef J
mm
5,467 A 0,911mm 2 2 6 A mm
32,787 A 5,465mm 2 2 6 A mm
2
(3.1.8)
(3.1.9)
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
22
Vytváří se zde však skinefekt a vodiče se musí realizovat tzv. vysokofrekvenčním svazkem, kde jednotlivé vodiče mají maximální průměr 2 . Kde závislost na frekvenci je dána podle následujícího vztahu:
75 f
75 200.10 3 Hz
0,1675mm
d max 2. 2.0,168 0,335mm
(3.1.10)
(3.1.11)
Vodič o průměru 0,335mm je pro naše účely přímo vyráběn dokonce se smaltovanou izolaci a pak má průměr 0,38mm. Průřez tedy je :
.d 2 .0,335 2 0,088mm 2 4 4
S max
(3.1.12)
Počet vodičů v primárním a sekundárním svazku tedy bude:
n prim
n sek
S prim S max
0,911 10 0,088
S sek 5,465 60 S max 0,088
(3.1.13)
(3.1.14)
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
23
Kontrola proudové hustoty: Pokud bychom uvažovali že vlivem skinefektu bude využit pouze vnější plášť drátu o tloušťce a zbylá vnitřní část drátu o průměru drátu d sk 2 nebude nijak vyžita potom bude proudová hustota následující:
J ´ prim N ´ prim .
d
I 1rf 2 sk
d sk 2. 4
2
5,467 6,16 A.mm 2 (3.1.15) 0,355 2 0,02 2 9. 4
Proudová hustota na sekundární straně bude stejná, poněvadž zde vzroste p-krát proud, ale stejně tak vzroste p-krát počet vodičů ve vysokofrekvenčním laně.
Pokud ale budeme uvažovat, že rozdíl mezi maximální a skutečným průměrem je malý a tak bude využita celá plocha, potom bude proudová hustota :
J ´´ prim
I 1rf N ´ prim .S sk
5,467 6,14 A.mm 2 9.0,099
(3.1.16)
Ve skutečnosti bude proudová hustota někde mezi těmito dvěmi krajními hodnotami.
Vyšla nám celkem vysoká hodnota proudové hustoty a to může mít negativní vliv ohřívání které může přerůst v poškození izolace. Jelikož je ale tento transformátor ofukován dvěmi ventilátory nemělo by to ničemu vadit. Navíc je na takto vysoké proudy nabíječka navrhována jen pro občasné používání v zimních měsících, kdy není akumulátor vlivem teploty schopen dodat potřebné množství proudu a nabíječka mu pomůže.
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
3. 2 Tlumivka na primární straně měniče Tlumivka je připojena paralelně k primárnímu vynutí výkonového transformátoru a to proto aby se zvýšil magnetizační proud. Zvětšení magnetizačního proudu je důležité z důvodu přebíjení parazitních kapacit mezi kolektorem a emitorem výkonových tranzistorů. Při frekvenci spínání 200 kHz je nutné dostatečně rychle přebít parazitní kapacitu, aby se transformátor mohl co nejrychleji začít demagnetizovat a nemuselo docházet ke zbytečnému snižování střídy, viz Obrázek 3.2.1
Obr. 3.2.1: Snížení střídy vlivem parazitních kapacit tranzistorů
24
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
25
Jako ideální zvýšení magnetizačního proudu jsem zvolil ztrojnásobení původního magnetizačního proud transformátoru: I p 2.I 1 2.0,276 0,552 A
Lp
U d .t zap
L
L p .L1
I p
L p L1
(3.2.1)
230. 2 .0,43 1,267mH 0,552.20.10 3
(3.2.2)
(12,67.25).10 4 0,841mH (12,67 25).10 4
(3.2.3)
Pro navinutí přídavné tlumivky bylo použito feritové jádro E1605 s průřezem Sp 20mm 2 s maximální indukcí Bmax 0,23T
Počet závitů na přídavné tlumivce určíme pomoci:
N
L p .L 2 Bm .S
12,67.10 4 H .0,552 A 151z 0,23T .0,201.10 4 m 2
(3.2.4)
Pokud přepokládáme, že magnetický odpor železa je zanedbatelný oproti odporu vzduchové mezery potom můžeme počítat pomocí vztahu:
l 1 N2 Rv v 0 .S L
po úpravě dostaneme:
lv
N 2 . 0 .S 1512.12,56.10 7.2,01.10 5 0,454mm L 12,67.10 4
(3.2.5)
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
26
Pro určení průřezu drátu je nezbytné znát efektivní hodnotu proudu tekoucího přídavnou tlumivkou. Efektivní hodnotu je možné určit z tvaru průběhu proudu a jeho maximální hodnoty pomocí následujícího vztahu:
I Pef
I Pf 3
. s max
O,552. 0,43 3
0,209 A
(3.2.6)
maximální hodnotu proudové hustoty zvolíme 4 A/mm2 což ej menší proudová hustota než u výkonného transformátoru. Závity tlumivky jsou namotány těsně vedle sebe a v několika vrstvách a tak se nemohou dostatečně chladit.
S Lp
d Lp
I Pef J
0,209 A 0,052mm 2 4
4.S LP
4.0,052 0,258mm
(3.2.7)
(3.2.8)
Naše tlumivka je zlovena z drátu o průměru 0,335mm
3. 3 Proudový transformátor Měřící transformátor proudu slouží ke snímaní skutečného proudu primárního vinutí výkonového transformátoru. Tato hodnota nám s určitou přesnosti určuje okamžitou velikost sekundárního proudu.
Proud sekundárního vinutí měřícího transformátoru proudu prochází přes diodu a rezistory. Úbytek, který proud sekundárního vinutí proudového transformátoru vytvoří na rezistorech slouží jako informace o skutečném proudu výkonového transformátoru a dále slouží řídícímu obvodu,který využívá jeho pilovité zvlnění pro PWM regulaci střídy.
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
27
Výpočet proudového transformátoru: Toroidní jádro LJT 1306 Materiál CF138 Al=1250nH/z2 S=17,4mm2
Výstupní napětí na měřícím transformátoru zvolíme s ohledem na vlastnosti řídícího obvodu .Řídící obvod považujeme za nadproud napětí vyšší než 2,5V. Vzhledem k tomu že v sérii s rezistory je ještě schottkyho dioda, uvažujeme maximální napětí 3V.
Musíme zajistit:
I 2 max I 1 ´max
To plyne z náhradního matematického modelu transformátoru proudu, kdy magnetizační tok transformátorem není tvořen proudem primárního vinutí,ale sekundárního.Pokud by magnetizační proud byl srovnatelný s přetransformovaným měřeným proudem,chyba by byla velká. Výsledný sekundární proud tekoucí do zátěže je rozdílem přetransformovaného primárního proudu a magnetizačního proudu. Zdálo by se tedy že primární vinutím neteče tak velký proud jak by ve skutečnosti tekl. Snažíme se tedy o to aby magnetizační proud byl co nejmenší a tím přesnější měření.
I 1 max I 2 max .
N2 N 2 I 1 I 2 max . 2 50 A. 8,33 A N1 N1 12
(3.3.1)
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
t1
s max 0,43 2,15.10 6 s 5 f 2.10
I 2 max
U 2 max .t1 U 2 max .t1 I 2 max L2 .N 22
28
(3.3.2)
(3.3.3)
U 2 max .t1 U .t U .t N N I 1 max . 1 2 max 1 I 1 max . 1 2 max 1 N 1 N 2 2 N2 .N 2 N2 .I 1 max .N 2
Po dosazení:
N 1 .N 2
3.2,15.10 6 N 1 .N 2 0,62 1250.10 9.8,33
Pokud by součin N1.N2 byl právě 0,62, potom by byl sekundární proud proudového transformátoru právě roven maximu magnetizačního proudu což by byla chyba.Z počátku pulsu by sice proud proudového transformátoru odpovídal přetransformovanému primárnímu proudu,avšak v průběhu pulsu by se začal zvyšovat magnetizační proud, čímž by se snižoval výstupní proud proudového transformátoru a tím i napětí na jeho zátěži. V důsledku by se pak velmi zkreslilo skutečně existující pilovité zvlnění proudu nezbytné pro řídící obvod.
Volíme si : N2=30z N1=2z
B max
U 2 max .t1 3.2,15.10 6 0,0124T N 2 .S 30.17,4.10 6
(3.3.4)
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
Rz
U 2 max N 2 3 30 . . 5,4 I 1 max N 1 8,33 2
29
(3.3.5)
Chyba proudového transformátoru: I 2 max
U 2 max .t1 U 2 max .t1 3.2,15.10 6 5,73mA L2 .N 22 1250.10 9.30 2
(3.3.6)
Pokud budeme nyní brát v potaz magnetizační proud a existenční vystup tlumivky měniče bude tento pilovitý průběh proudu přetransformovaný proudovým transformátorem vytvářet pilovité zvlnění důležité pro řídící obvod. Pilovité zvlnění proudu výkonového transformátoru je závislé na zatěžovacím proudu sekundárního usměrňovače. Pilovité zvlnění na výstupu proudového transformátoru :
Obr. 3.3.1:Zkreslení informace o pilovitém zvlnění,vlivem proudového transformátoru
Na obrázku 3.3.1 Je vidět jak magnetizační proud na sekundární straně proudového transformátoru zkreslí informaci o skutečném proudu a zkreslí pilovité zvlnění magnetizačního proudu výkonové transformátoru.Pokud bychom zvolili menší počet závitu na sekundární straně transformátoru, potom by jistě klesla indukčnost sekundárního vinutí proudového transformátoru a tím vzrostl magnetizační proud, což by mělo nejspíše za následek ztrátu pilovitého zvlnění proudu na výstupu proudového transformátoru a tím i napětí na zátěži proudového transformátoru.
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
30
3. 4 Budící transformátor
Parametry budícího transformátoru: 2x toroid LJT 1306 Al=1250 nH/z2 Materiál CF 138 S=17,4mm2
Řídící obvod napájí primární vinutí. Výstupní napětí je o něco menší než napájecí. Předpokládáme výstupní napětí řídícího obvodu je 8V a maximální sycení Bmax=0,1T
N1
U 1 max .t1 8.2,15.10 6 4,94 z 5 z Bmax .S 0,1.2.17,4.10 6
(3.4.1)
MOS-FET tranzistory se spínají napětím 15V. Jsou-li v sérii s hradlem ještě 2 diody, požadujeme výstupní napětí transformátoru 16V.
N 2 N1 .
U2 16 5. 10 z U1 8
(3.4.2)
Magnetizační proud primárního vinutí se spočte:
I max
U 1 max .t1 8.2,15.10 6 0,275 A .N 12 2.1250.10 9.25
(3.4.3)
Pokud bude naše výstupní napětí řídícího obvodu 8V,potom na něm budou ztráty:
P
U .I max .s 2
8.0,275.0,43 0,47W 2
(3.4.4)
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
31
4. CHLAZENÍ POLOVODIČOVÝCH SOUČÁSTEK 4. 1 Dimenzování diod D3a D4: D3: I 3avMax. I .s max 50.0,43 21,5 A
(4.1.5)
U D 3 max 2.U 2 max 2.24 48
D4: I 4 avMax I .(1 smin ) 50 A
(4.1.6)
U D 4 Max U 2 max 24 24V
Výkon na diodách D1 a D2 je: PD U D .I D U D .( I D 3av .I D 4 av ) U D .I 2 .s I 2 .(1 s ) U D .I 2 50W
4. 2 Ztráty tranzistoru: Proud tranzistorem: Parametry tranzistoru FDH44N50 Turn on-zpoždění Td(on)=16nS Rise time Tr=84nS Turn off-zpoždění Td(off)=45nS Rds(on)=0,11Ω
(4.1.7)
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
I I T Re f ( I O . p. s max ) 2 . s max 3
32
2
2
2 0,828 50. . 0,43 . 0,43 12 3 5,474 A 2
(4.1.8)
Ztráty vedením:
Pvedením RDS ( on ) .I12ef 0,11.5,4742 3,3W
(4.1.9)
Výpočet Energie potřebné pro vypnutí a zapnutí tranzistoru když zanedbáme parazitní kapacity a rozptyl transformátoru:
Won
U max .I max .(t d ( on ) t r ) 2
2 230. 2 .1,1. 50. 0,827 .(16.10 9 84.10 9 ) 12 1,639.10 4 J 2
(4.1.10)
Přepínací ztráty jsou závislé na frekvenci:
Ppřřepínac (Won Woff ). f (1,639.104 2,032.104 ).200000 73,42W
(4.1.11)
Teoretická hodnota celkových ztrát: Pcelkové ( Ppřřepínac Pvedením ) (73,42 3,3).200000 76,72W
(4.1.12)
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně Ve skutečnosti budou ztráty na tranzistorech při přepínání o mnoho menší. Při takto vysoké spínací frekvenci se již dostatečně uplatní parazitní kapacity mezi kolektorem a emitorem tranzistoru,které jsou při námi použitých MOS-FET tranzistorech řádově desítky pF. Závisí to přímo úměrně velikosti čipu tranzistoru a také a jeho geometrii a přesnou hodnotu můžeme najít v katalogu. Parazitní kapacita působí odlehčování tranzistoru při vypínání.Během vypínání se cívka snaží udržet si proud který skrze jí tekl při sepnutých tranzistorech. Když tranzistor vypneme,tak proud začíná téct parazitní kapacitou Cce a nabíjí jí tím. Proto v době vypínání tranzistoru neteče tranzistorem plný proud ale pouze jeho malá část. Tento děj působí příznivě na vypínací ztráty tranzistoru,kdy se zmenšuje součin U.I, ale nepříznivé působí na chod měniče,kdy se snižuje připustná střída se kterou může měnič pracovat. Avšak rozptylová indukčnost výkonového transformátoru nám snižuje zapínací ztráty tranzistoru. Při zapínání tranzistoru rozptylová indukčnost nedovolí aby proud ihned narostl na jmenovitou hodnotu.Proud narůstá pomaleji a tranzistor se stačí plně zapnout než jím začne téct plný proud. Celková ztráta vyzářeného tepla bude součtem ztrát na tranzistorech a na diodách. Ztráty budou lineárně vzrůstat při zvyšování nabíjecího proudu přičemž maximum ztrátového výkonu bude: P PcelkT PcelkD 76,72 50 126,72W
(4.1.13)
4. 3 Modifikace chlazení polovodičových prvků Polovodičové prvky v nabíječce jsou chlazeny do profilu L o rozměrech 158.50.30 mm s tloušťkou stěny 5mm Tento profil je svou jednou stranou spojen s hliníkovou krabičkou. Ztrátový výkon se tedy odvádí přímo do krabičky nabíječky. Krabička je zevnitř ofukovaná dvojicí ventilátorů,takže je dostatečně chlazen i výkonový transformátor včetně jeho sekundární tlumivky, která musí snášet na maximální rozsahu 50A.
33
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
34
5 . DESKA REGULÁTORU NAPĚTÍ Deska je navržena jako nadřazená napěťová regulace. O parametry PI regulátoru se starají součástky R8 a C1. Operační zesilovač TLC 272 SMD. Kondensátory C2 – C5 slouží k vyhlazení napájecího napětí pro operační zesilovač. Rezistory R9 – R15 nastavují parametry proudového omezení podle polohy přepínače S2. Rezistory R1 – R7 tvoří dvojitý napěťový dělič. Na odporech R1 – R3 je vždy napětí 5V. S1.1 a S1.3 jsou kontakty přepínače rozsahů. Svorka S1.1 odpovídá poloze přepínače při nabíjení 6-ti voltové baterie, to znamená, že proti zemi po regulaci napětí na tomto kontaktu bude 7,2V. Podobně na svorce S1.3, která odpovídá poloze přepínače při nabíjení 12-ti voltové baterie, bude napětí 14,4V. LED-Z+ je vývod na anodu zelené diody (kontrolky). Zenerovy diody D2, D3 sepnou při určité velikosti napětí na výstupu nabíječky. Rezistory R18, R19 omezují proudy tekoucí kontrolkou. Jsou dimenzovány tak, aby při splnění požadovaného napěťového rozsahu zelená LED svítila stejně.
Obr.5.1: Schéma zapojení desky regulátoru napětí
Deska regulátoru napětí je pouze jednostranná, neboť její zapojení není tolik složité jako u hlavní desky. Otvor v jejím spodním pravém rohu slouží k uchycení ke krabici a zároveň k hlavní desce. Obě DPS se musejí vzájemně propojit. K tomu slouží vývody Iz, Uref, Ucc a GND. Svorky obou desek se nacházejí proti sobě. Vývod B+ se přivede na anodu bílé LED diody, jenž je zapojená proti zemi. Signalizuje stav, při kterém dochází k nabíjení. Z+ se zapojí na anodu zelené LED diody. Ta svítí, když je na výstupu požadovaná hodnota napětí. Zároveň signalizuje chod nabíječky.
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
6. ZÁVĚR Celý projekt byl pro mě poučný, osvětlil jsem si problematiku spínaných zdrojů . Největší problémy mi způsobily nepřesné znalosti teorie spínaných zdrojů. Teoreticky jsem se seznámil s rozpracovanou prací nabíječky olověných akumulátoru. Nabíječka je dimenzovaná až na krátkodobý proud 50A například při startování automobilu v zimních měsících kdy nemůže baterie dodat dostatečný proud startéru. Plošný spoj je již navržen a vyroben, nastaly však problémy s výkonovými součástkami, které se velmi těžko sháněly. Pomocí mikropájky jsem napájel SMD součástky jak na základní desku tak i na ovládací desku. Pracuji na návrhu krabičky, do které bude vlastní aparát bezpečně uložen. Nyní se pokoušíme nabiječku oživtt. V budoucnu bych chtěl pokračovat v tomto výrobku v diplomové práci.
35
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
7. LITERATURA [1] Vorel. P. : Napájení elektronických zařízení elektronické skriptum [2] součástky www.semic.cz. [3] Rukopisné poznámky vedoucího projektu. [4] Snítilý D. : Inteligentní nabíječka pro olověný akumulátor [5] Olověný akumulátor : www.industryplayer.com
36
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
8. PŘÍLOHY Obr.8.1: Profil hliníkového chladiče
37
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně Obr. 8.2: Výkonový transformátor
38
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně Obr. 8.3: Deska plošných spojů strana A
39
strana B
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně Obr. 8.4: Ovládací deska
40
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně Obr. 8.5: Schéma hlavní desky
41
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
42
Výkonové trafo s tlumivkou Jádro:
6 kusů toroidních jáder typu LJT 2010/ CF138
Vinutí:
vysokofrekvenční svazek
× primární: × sekundární:
- 10 vodičů ve svazku, 12 závitů - 2 vysokofrekvenční svazky paralelně po 30ti vodičích ve svazku, 2 x 2 závity bužírka: silikon Ø 2,0 x 0,45mm - 3 závity teflonovým drátem Ø 0,4mm
Tlumivka: Plochý drát o průřezu 10mm2, 11,5 závitů, tlumivka má indukčnost asi ±9μH.
Přídavná indukčnost Jádro:
2 kusy jader typu E typu E1605
Vinutí:
150 závitů vodičem o průměru 0,258mm
Vzduchová cívka Indukčnost vzduchové cívky je ±1 μH, počet závitů 3,5
Proudový transformátor Jádro:
1 kus jádra typu LJT 1305/ CF 138
Vinutí: × primární:
- 1 závit silnějším lankovým vodičem v silikonové izolaci
× sekundární:
- 30 závitů teflonovým drátem Ø 0,4mm
Budicí transformátor Jádro:
2 kusy toroidních jáder typu LJT 1305/ CF 138
Vinutí: × primární:
- 5 závitů
× sekundární:
- 2 x 10 závitů, drát Ø 0,4
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
Seznam součástek Tabulka 8.1.1: Seznam součástek hlavní desky Název Hodnota Kondensátory C1 4n7/Y C2 470M/400 C3 330n/630V C4 1000M/63V C5 680p/1600V C6 680p/1600V C7 C8 100n C9 100n C10 10n C11 220M/25 C12 100n C13 C14 330p C15 2u2/400V C16 680n/400V C17 100u/35V
Typ pouzdra svitkový elektrolytický svitkový elektrolytický svitkový svitkový 1206 1206 1206 elektrolytický 1206 1206 svitkový svitkový svitkový elektrolytický
Tabulka 8.1.2: Seznam součástek hlavní desky Rezistory R1 R2 R3 R4 R7 R8 R14 R16 R17 R18 R19 R20 R21 R22 R24 R25 R26 R27
2K2 22 2K2 22 2K2 10k 4R7 3R3 10k 100 22 22 22 470 470 22k // 39k 100
1206 2W 1206 2W 1206 velké SMD 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206 1206
43
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně Tabulka 8.1.3: Seznam součástek hlavní desky Diody U$2 BAT46 U$3 BAT46 U$4 BAT46 U$5 BAT46 U$6 BAT46 U$7 BAT46 U$8 1N4148 SMD U$9 BAT46 U$10 1N4148 SMD U$11 BAT46 D1 MUR1660CT D2 MUR1660CT D3 BYV26C D4 BYV26C D5 BYV26C D7 STTH6003CW D8 STTH6003CW
SOT80 SOT80 SOT80 SOT80 SOT80 SOT80 SOT80 SOT80 SOT80 SOT80 TO220 TO220 SOD57 SOD57 SOD57 SOT93 SOT93
Tabulka 8.1.4: Seznam součástek hlavní desky Název Termistory R5 R6 Integrované obvody IO1 IO2 Diodové můstky B1 D9 D11 Tranzistory T1, T2 T3 T4 T5
Hodnota
Typ pouzdra 33 B57237S0330M000 33 B57237S0330M000
7809 UC3845
KBU 8G B250C1000SMD B250C1000SMD
TO220 DIL8
KBU SMD SMD
47N60C3 TO247 BDP950 SOT223 (SMD) BDP950 SOT223 (SMD) BS170 TO92
Tlumivka L2 Síťový transformátor TR5
TL.SMT75 820μH TRHEI202-1X9
SMT75 EE20
44
ÚSTAV VÝKONOVÉ ELEKTROTECHNIKY A ELEKTRONIKY Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Vysoké učení technické v Brně
Tabulka 8.2.1: Seznam součástek ovládací desky Název
Hodnota
Keramické kondenzátory (pouzdro 1206) C1 2n2 C2 10M C3 10M C4 10M C5 10M C6 100n Tabulka 8.2.2 Seznam součástek ovládací desky Rezistory (pouzdro 0805) R1 6K8 R2 330 R3 100 R4 2K2 R5 1K0 R6 6K8 R8 1K5 R9 1K5 R10 2K2 R11 2K2 R12 2K2 R13 3K3 R14 3K3 R15 3K3 R16 1K0 R17 470 R18 470
45