Mamy sobotę – godzina 7:00 dobrze zapowiadający się dzień, będzie można coś podłubać … 😉 Tak sobie myślałem tego ranka. Mój entuzjazm szybko prysnął, gdyż zamęczany pytaniami Juniora odciągany byłem od wszystkich czynności, którymi bym się nie zajął. Młody człowiek wstał nad wyraz wcześniej jak na swoje upodobania … około godziny 8 już mnie dręczył :-p Spytałem się czy chory nie jest, bo było to bardzo dziwne :-d No cóż po chwili wiedziałem, że dzień będzie bardzo długi … Zaczęło się od pytań o prąd napięcie i jakieś tam przetworniczki zasilane z kilku ogniw R6 – po nowemu AA. Dla mnie pomysł był bezsensowny z tytułu zastosowania jako backup zasilania dla telefonu komórkowego. Ale cóż, Junior tak się napalił na „swoje” rozwiązanie, że nie dało się mu przemówić do rozsądku. Naoglądał się dodatkowo filmików w internecie których głównym bohaterem jest moduł S7V7F5 z przetwornicą step-up/step-down.

Sam układ w postaci modułu jest dość ciekawym rozwiązaniem i stanowi przetwornicę impulsową, zasilaną napięciem z zakresu: od 2,7 V do 11,8 V. Napięcie wyjściowe ustawione jest w fazie „produkcji” na 5V. Maksymalny prąd 1 A. Dodatkowo układ posiada zabezpieczenie przeciwzwarciowe, oraz funkcję automatycznego odcięcia zasilania gdy przekroczona zostanie dopuszczalna temperatura pracy. Z tym, że na uwadze trzeba mieć to, iż prąd maksymalny wynosi 1A, w przypadku gdy przetwornica pracuje w trybie buck. W trybie boost jej wydajność prądowa jest szacowana na 500mA. Rzeczywisty prąd spoczynkowy zależy od napięcia wejściowego. Bez obciążenia określony jest na 0.1 mA

Producent opracował całą serię modułów zasilających, których cechy i parametry możemy porównywać tutaj. Moduły te można zakupić w krajowej firmie Botland. Cena tego egzemplaża to 19,90PLN. Główny układ scalony to stosunkowo „młody” układ TPS63060 firmy Texas Instruments. Jego zalety:

• 93% Efficiency,
• 2A/1A O/P Current at 5V in Buck Mode & 1.3A at 5V in Boost Mode,
• Power Good Output

Układ jest bardzo nowoczesnym i efektywnym rozwiązaniem, do wszelkiego typu opracowań związanych z zasilaniem elektroniki.

Ja tam poradziłem Juniorowi aby skupił się na „obsłudze” niewielkiego akumulatora żelowego lub AGM. Tak aby próbować doładowywać go różnymi „mediami’, np dynamem rowerowym, bądź panelem słonecznym lub po prostu ładowarką zasilaną z gniazda w domu gdy będzie taka możliwość. Usłyszałem, że nie będzie wydawał kupy pieniędzy na akumulator i wiele temu podobnych stwierdzeń. Więcej nie dyskutowałem bo nie było sensu…  No więc zaglądnąłem do jednego z moich ulubionych sklepów z „żelkami” i okazało się, iż akumulator AGM 6V 1.3Ah kosztować może około 12pln 😀 . Jego wymiary (d/s/w)[mm]: 97/24/52.

Jaka jest różnica pomiędzy akumulatorem żelowym a AGM

Oba typy akumulatorów są akumulatorami rekombinacyjnymi. Oznacza to, że w normalnych warunkach pracy zachodzi w nich rekombinacja gazów wydzielanych podczas ładowania tworząc wodę. Oba rodzaje są produkowane w taki sposób, że zostały zaliczone do akumulatorów szczelnych. Dlatego mówi się o nich bezobsługowe gdyż nie mają występować w nich ubytki elektrolitu (wody). Główną różnicą jest to, że w akumulatorach AGM (ang. Absorbed Glass Mat) elektrolit jest całkowicie wchłonięty przez specjalną mate szklaną stanowiącą separatory płyt elektrod. Podczas gdy w akumulatorach żelowych kwas jest zmieszany z dwutlenkiem krzemu tworząc żel, który w tym wypadku unieruchamia elektrolit.
Zaletą akumulatorów AGM w stosunku do żelowych jest to, że zastosowane maty szklane umożliwiają pracę akumulatora pod zwiększonym ciśnieniem. Akumulatory zbudowane w technologii AGM doskonale nadają się do pracy buforowej. Oznacza to, że cały czas ładowane są niewielkim prądem. W przypadku zaniku energii, przez krótki czas mogą stanowić jej główne źródło. Niska rezystancja wewnętrzna umożliwia krótkotrwały pobór dużych prądów. Akumulatory tego typu znajdują zastosowanie w zasilaczach buforowych, w zasilaniu awaryjnym, UPSach, itp.
W przypadku akumulatorów żelowych nie można stosować podwyższonego ciśnienia, więc trwałość polepsza się przez zwiększoną gęstość pasty. Zabieg taki wydłuża okres życia akumulatora, ale nie zapewnia zwiększenia wydajności chwilowo pobieranego prądu. Te akumulatory lepiej odprowadzają ciepło i są bardziej odporne na wstrząsy i wibracje. Najważniejszą zaletą akumulatorów żelowych jest odporność na głębokie rozładowania. Ich główne zastosowanie do praca cykliczna (ładuj – rozładuj). Akumulatory żelowe stosuje się głównie w aplikacjach mobilnych, rzadziej do pracy buforowej – w dużych systemach zasilania awaryjnego.

Aby akumulator sprawował swoją funkcję przez wiele lat należy zadbać o prawidłowy proces ładowania i konserwacji.
Ładowanie akumulatora buforowego powinno zostać przeprowadzone metodą stałonapięciową z ograniczeniem prądowym. W pierwszej fazie akumulator ładowany jest stałym prądem, a napięcie zwiększa się, przy czym prąd ładowania powinien zostać ograniczony do 0,1C (dla zachowania największej trwałości ogniwa). Gdy napięcie osiągnie poziom 2,27 V/ogniwo, przechodzimy do drugiej fazy – ładowanie stałym napięciem. Jeśli ładowanie odbywa się w temperaturze poniżej 15°C lub powyżej 25°C należy pamiętać o kompensacji temperaturowej napięcia. Współczynnik kompensacji wynosi -0,005 V/ogniwo na °C i liczony jest od temperatury 20°C.
Akumulator przeznaczony do pracy cyklicznej ładowany jest napięciem 2,4 V/ogniwo. Gdy prąd ładownia spadnie do 0,015C, napięcie należy obniżyć do 2,25 V/ogniwo.

Wracamy do „naszego” tematu zasilanie rowerowe. Bazując na odkrytej przez Juniora przetwornicy i jej cenie zacząłem poszukiwać czegoś podobnego lecz w konkurencyjnej cenie. Bez problemu wyszukałem moduł buck and boost na układzie LM2577 w cenie US $2,99. Cechy układu:

Oczywiście że dla mnie jest lepszą alternatywą, ale … Tak jak to zawsze bywa młody wie lepiej …

Chymmm … Po dogłębnej analizie noty katalogowej scalaka wiem, że nie jest to przetwornica boost and buck jak opisał to sprzedawca modułu. Niemniej rozwiązani ebardzo ciekawe. Poszukałem „lepiej” i oto wynik Boost Buck Converter 3-35V to 2.2-30V w cenie US $3,99.Główny układ scalony XL6009.

Features:

• Module Properties: Non-isolated automatically Boost & Buck module
• Input voltage: 3-35V
• Output voltage: 2.25V-30V(adjustable,suggest no-load debugging)
• Input Current: 2A（Max）
• Output Current:1.5A(input9-35V,output 12V).If output about 5V the output current can be 1.5-2A.
• Output power: natural cooling 12W (input voltage higher than 10V), plus the heat sink can up to 20W
• The following is the maximum output current of the test, please left margin when using.
  Input 4.2V, Output 12V, The Max output current 0.5A
  Input 5.0V, Output 12V, The Max output current 0.6A
  Input 8.2V, Output 12V, The Max output current 1A
  Input 10V,  Output 12V, The Max output current 1.2A
  Input 12V,  Output 12V, The Max output current 1.3A
  Input 14V,  Output 12V, The Max output current 1.5A
  Input 24V,  Output 12V, The Max output current 1.7A
  Input 30V,  Output 12V, The Max output current 1.8A
• The following is the efficiency of the test(reference only):
  Input3.7V,  Output5V  0.55A, efficiency 75%
  Input5V,    Output5V  0.7A,  efficiency 78%
  Input7.4V,  Output5V  1.2A,  efficiency 80%
  Input12V,   Output5V  1.5A,  efficiency 80%
  Input24V,   Output5V  1.8A,  efficiency 80%
  Input30V,   Output5V    2A,  efficiency 76%
  Input10V,   Output12V   1A,  efficiency 81%
  Input14V,   Output12V   1A,  efficiency 83%
  Input24V,   Output12V   1A,  efficiency 83%
  Input24V,   Output12V   2A,  efficiency 84%
• Operating temperature: Industrial(-40 ℃ to +85 ℃), environmental temperature exceed 40℃, please reduce  power to use, or enhance cooling.
• Full load temperature rise: 45℃
• No-load current:typical 10mA (10-14V to 12V)
• Voltage Regulation: ± 0.5%
• Dynamic response speed: 5% 200uS
• Short-circuit protection: No(Please install fuse or protective circuit at input part)
• Connection mode: welding, plus lead wires can directly soldered to the PCB
• Size:48(L)*22.8(W)*13.5(H) mm

Some Applications:

• Battery regulator.
• Solar charge regulator

• Power Supply for your electronic device

Suma summarum Junior zaczął działać samodzielnie, zakupił dynamo – jakieś używane bo swoje kiedyś popsuł …

Jego parametry: 6V AC, 3W. Gdy Junior zamontował dynamo do roweru i zaczął robić testy z woltomierzem trochę się zdziwił. W stanie nieobciążonym uzyskał wskazanie około 40V na wyświetlaczu woltomierza … i jeszcze bardziej był zaskoczony generowanym napięciem AC. Szybko zaczął kombinować jak uzyskać napięcie DC. Ale nie radził sobie z tak wysokim napięciem, które nie jest akceptowane przez odnalezioną przetwornicę. Nie zważając na problemy eksperymentował dalej … Ze starego  monitora, a raczej z jego PCB wydłubał sobie stosowny kondensator elektrolityczny (z sekcji zasilającej) 100µF 160V, oraz diody aby zbudować prostownik. Wyszło Coś w ten deseń;
W układzie eksperymentalnym prostownika Junior zastosował zwykłe diody krzemowe, oczywiście lepsze były by diody germanowe lub Schottky’ego, ze względu na mniejsze straty. Aby poprawić ten detal mamy jeszcze czas …

zasilanie rowerowe, sprzęt do eksperymentu

Opornik 33Ω jako obciążenie prostownika

Nie zważając na przelotne opady testowaliśmy całą rodzinką (wszystkie chłopaki) układ i przeprowadzaliśmy eksperyment. Poniżej kilka pouczających chwil utrwalonych na filmie, z prowadzonym przez nas eksperymentem.

Doświadczenie – zasilanie rowerowe, obserwacja osiągniętych wyników na multimetrach mierzących prąd i napięcie, wygenerowane podczas symulacji jazdy.

Podejście prawie 😉 pierwsze.
dynamo + prostownik + kondensator filtrujący + „sztuczne obciążenie” w postaci opornika (2×10Ω szeregowo).

Podejście prawie 😉 drugie.
dynamo + prostownik + kondensator filtrujący, bez obciążenia wyjścia zasilacza. Robi się trochę niebezpiecznie …

Podejście prawie 😉 trzecie.
dynamo + prostownik + kondensator filtrujący + „sztuczne obciążenie” w postaci opornika 10Ω. Obserwujemy wynik na multimetrach.

Podejście prawie 😉 czwarte.
dynamo + prostownik + kondensator filtrujący + „sztuczne obciążenie” w postaci opornika 33Ω.

Podejście prawie 😉 piąte. Kaktus przychodzi z pomocą i radzi Juniorowi jak pozbyć się „wysokiego” napięcie w stanie bez obciążenia.
dynamo + opornik 4,7kΩ jako obciążenie dynama + prostownik + kondensator filtrujący, brak obciążenia zasilacza. Obserwujemy wyniki po zmianie.

Podejście prawie 😉 szóste.
dynamo + opornik 4,7kΩ jako obciążenie dynama + prostownik + kondensator filtrujący + obciążenie 33Ω. Obserwujemy wyniki na przyrządach po kolejnej zmianie.

Nota katalogowa IC tps63060_buck_boost.pdf (4203 pobrania )
Nota katalogowa IC lm1577-2577.pdf (4083 pobrania )
Nota katalogowa IC XL6009.pdf (4457 pobrań )