Живлення свічки напруження імпульсним струмом
Перетворювач для живлення свічки розжарювання свічки обігрівача.
Всі користувачі рідної ЗАЗ/ЛУАЗ пічки знають, як багато вона їсть при розпалюванні. Просто непристойно багато, особливо якщо врахувати штатний малопотужний генератор. А печка, що знаходиться в запущеному стані, ще погано розпалюється, і ці 16А взимку призводять до розряду акумулятора.
При уважному розгляді бачимо свічку розжарювання 4В 16А, і опір, що гасить з нею послідовно. На ньому виділяється потужність 8В * 16А = 128Вт - більше, ніж всі інші прилади, разом узяті. Для самої свічки потрібно 4В*16А = 64Вт. Чим керувалися конструктори, коли ставили таку свічку – загадка. Єдине, що спадає на думку – щоб у свічки, навитої товстим проводом, була більша теплова інерція. Ходять чутки, що є свічка на 12В, але я її ніколи не бачив. Ну, а опір, що гасить - стандартне (і єдине) рішення для техніки 50-х років.
Один із способів вирішення проблеми – іскровий розпал. Його ЗАЗівники застосовували багато років. Їсть мало, розпалює швидко, але надійність розпалу, кажуть, кульгає. Не пробував, тому останнє твердження може бути спірним. Ставити поряд із грубкою котушку запалювання, комутатор на неї, переробляти свічку – мені стало ліньки. Вже давно є імпульсні перетворювачі напруги з непоганим ККД, які свічку розжарювання запитають нормально, і з бортмережі витягнуть небагато. Цим шляхом я й пішов. До речі, одна зі схем іскрового розпалювання (щоправда, моторошно кострубата) є в Радіо 9/2003, на мою думку. Не зрозумію, чому люди прагнуть поставити в управління котушкою запалення кволі низьковольтні транзистори. Це змушує штучно обмежувати струм котушки, напругу виходу, енергію іскри – заради чого? Навіть злиднями це не пояснити.
Шлях був довгий. Часу це все робити мало, причому влітку, коли більше часу, про грубку якось не згадується. Загалом почав я зі звичайного двотактного перетворювача з трансформатором. Схема складалася з TL494, двох транзисторів – драйверів, та двох потужних транзисторів КТ908, трансформатора на кільці 28мм, випрямляча на діодах із +5В каналу ДБЖ від комп'ютера. На польовики я потупився (за ними ще на базар їхати…), потужності перетворювач давав мало, транзистори грілися, вилітали як насіння. Взагалі, це було з перших моїх дослідів із потужних перетворювачів напруги, і настав я на всі граблі, які міг. Довести можна було, але місця це господарство займало багато – приблизно, як котушка запалювання. Не сподобалося. Серйозніше треба до процесу підходити J
Наступною думкою був знижуючий імпульсний стабілізатор. Дмитро ака Dmityu мені надіслав схему на 5В 10А, з польовиком замість комутувального діода. Довго я на неї дивився, думав, де добути польовики (ну, з цим проблем особливо не було, але ціна на них пригнічувала), пермалеві кільця (теж придивився – потім уже), танталові кондери. Потім мене осяяло – адже свіче байдуже, ніж харчуватися. Хоч постійка, хоч перемінка, хоч імпульси. Навіть стабілізації особливої не треба. Якщо менше 11В в бортмережі - грубку краще і не чіпати, тут би доїхати, не вбивши зовсім акк, а більше 14В там не буває (жужевський генератор більше дасть тільки у виняткових випадках). Тобто свічку запитуємо імпульсами 12В з потрібною шпаруватістю, і все!
У мережі 12В, на свічці 4. На перший погляд, шпаруватість повинна бути 3. Здається. Вона має бути 9. Ми ж не напругу на виході встановлюємо, а потужність. Пізніше з'ясувався цікавий факт - схему будувати потрібно до отримання на свічці 1.33В, що вимірюються звичайним вольтметром. Тутзаважає принцип вимірювання вольтметра. Середньоквадратичним потрібно будувати до правильних 4В.
Струм у ланцюгу свічки пульсуючий. При розігрітій свічці імпульси до 48А (16А*12В/4В). При холодній свічці він може бути і до 200 (особливо міряв опір холодної свічки – воно на порядок нижче, ніж гарячої). Потрібен дуже хороший комутуючий елемент. 10 років тому такого з прийнятною вартістю та розмірами не було. Зараз це найпростіший IRFZ48N вартістю 70 центів. Специфіка включення (комутація "+" харчування) просила засунути туди p-канальний транзистор, як і зробив Dmitryu. Але n-канальні дешевші і за параметрами краще. Доробка схеми полягала у додаванні 1 діода та додаткових 2 конденсаторів на живлення генератора. Харчування його стало плаваючим, і проблему вибору вирішено. Наразі такі схеми живлення драйвера польовика широко застосовуються, і називаються бутстрепними.
Діод VD1 знадобився у процесі налагодження. Як завжди, я не врахував, що стандартна схема включення 1006ВІ1 (555), без цього діода, дає шпаруватість менше 2, а мені треба 9. Довелося поміняти місцями резистори, що задають час, і вставити діод. Якби я ще не задзеркалив, за своїм звичаєм, полевик – все було б ідеально. Доріжки порізав, напаяв перемичок. Запустив – працює. Частота близько 6кГц. Можна більше (просто зменшити С20 до 0.01-0.033 мкФ), але зростуть комутаційні втрати, та й прикольно свистить піч на запуску J . До речі, діод VD3 - обов'язковий. Без нього при закритті польовика він може накритися, достатньої енергії, запасеної на індуктивності проводів при струмі 48А. Трохи покращити життя діода, і запобігти самозбудженню допомагає резистор R3, його опір можна для частоти вибирати від 20 до 100 Ом.
Поставив на машинку. Прикрутив до шторки обігрівача. Потім перекручувсередину (помилка попереднього виміру, думав, не влізе), зараз коробочка з боку багажника. Розмір 20х40х85мм. Радіатор – та сама шторка. На дотик – ледь тепла. Їсть з бортмережі розрахункові 5.3А, хоча налаштована на дещо форсований режим - шпаруватість 7-8. Напруга на свічці, виміряна китайським цифровиком, 1.41В (розрахункова 1.33). Вольтметр включення пічки на розпалювання не відчуває, розпалюється швидше, ніж було. Розпалювання можна тримати 10-20 сек, після подачі палива горіння починається через 5-10 сек. Побічний ефект - витки свічки резонують на цій частоті, і при відкритому багажнику це чути. Навіває думки про розгін турбіни :)
Ну, і найцікавіше – фотографії.
Розміщення у багажнику:
І трохи більше - але не зовсім вийшло:
Видно таймер 555, транзистор IRFZ48N, коричневе – запобіжник на 7.5А (обов'язковий, без нього при аварії проводу дуже швидко загоряться), купа кондерів синіх – 10шт по 220,0х25В, діод FR103 праворуч від них, чорний кондер між ним та таймером погано видно дрібні резистори, діод. На звороті плати біля купи електролітів припаяні SMD кондери 0.1мкФ 8 шт. На зворотний бік краще не дивитися - там купа перемичок через помилку в розведенні плати (див вище). Корпус - шматок кабельного короба перетином 40х20мм. У платі виріз навколо транзистора. Транзистор через ізолюючу прокладку прикручено до основи, гвинти кріплення плати кріплять і корпус до шторки пічки. Проводів 4 - 2 скручених до свічки (можна було і 1) жовтий/червоний, червоний до +12В, чорний на масу.
Трохи про заміну деталей.
Діод VD3 – будь-який швидкий зі струмом 1А і більше, FR1хх, FR2xx, навіть КД212 або 226 має піти. Також туди добре стане діод Шоттки, 1N5819 та потужніший
VD2 – будь-який малопотужнийімпульсний, КД521-522 або 1N4148, або який знайдеться в ящику, також і VD1.
Конденсатори – важко їм живеться – ємністю 220 і більше мкф у кількості від 10шт. Невеликий розрахунок показує, що вони використовуються за межами допустимого імпульсного струму. При цьому термін служби їх далекий від типових 2000год, але грубку повинні пережити. Нещодавно підказали ідею як зменшити габарити пристрою. Задерти частоту понад 100кГц, поставити підсилювач струму в ланцюг затвора, і замість електролітів застосувати кераміку на кілька десятків мкФ. Можливо, доведеться розмістити плату на пелюстці живлення свічки ( щоб індуктивність проводу не заважалася ). Можливо, поекспериментую – але не скоро. Також можна взяти полівик у корпусі під поверхневий монтаж і зробити радіатором йому майданчик фольги. У граничному випадку можна уміститися в об'єм половини сірникової коробки.
Транзистор польовий – з опором каналу до 0.02 Ом, прямим струмом понад 50А та імпульсним понад 200А. Таких багато і в IRF, і у ST, типова вартість його менше 1 $. Можна придивитися до дохлим материнкам, там бувають низьковольтні польовики з дуже великим допустимим струмом і малим Rds-on.
Керамічні шунтуючі живлення конденсатори, та й часозадаючі – будь-якого виду, їх також багато на комп'ютерних платах живлення. Власне, звідти вони в мене є.
Ще можна добути розведення друкованої плати тут - УВАГА: ПОМИЛКА в розводці - забута 1 ніжка мікросхеми, з'єднати коротеньким провідником з контактом OUT