Kłopoty z modułami przetwornic impulsowych

Artykuł przeznaczony jest dla osób interesujących się przetwornicami impulsowymi. Materiał ten jest efektem prób stworzenia oszczędnego źródła prądowego, wykorzystującego interesujący moduł przetwornicy impulsowej MINI 560. Pokazuje specyfikę i problemy występujące przy użyciu takich modułów.

Pracę nad impulsowym źródłem prądowym podjąłem w efekcie rozmowy z Jackiem Koseckim na temat trwałości i możliwości oceny stopnia zużycia styków przełączników, przekaźników i styczników, nie tylko w warsztacie, ale też w warunkach polowych. Napotkałem problemy opisane w dalszej części tego artykułu. Powstał pokrewny projekt Precyzyjny pomiar rezystancji styków.

Chciałbym jednak przedstawić pouczające doświadczenia i wnioski z przeprowadzonych testów. Mogą być inspiracją, ale przede wszystkim mają pokazać poważne problemy i ograniczenia, jakie pojawiają się przy próbie wykorzystania i modyfikacji gotowych modułów przetwornic.

Cel i założenia

Założonym na wstępie celem jest pomiar rezystancji styków realnych elementów w warunkach polowych, a nie w warsztacie. Co prawda jednorazowy pomiar rezystancji styku nie daje pełnej informacji o stopniu zużycia tych styków, ale przynosi bardzo cenne informacje i przez porównanie pozwala szybko wykryć styki mocno zużyte.

Zasadniczo pomiar małej rezystancji styku nie jest trudny, co udowodnił artykuł Mikroomomierz, jednak zadanie nie jest już takie łatwe, gdy pomiary trzeba wykonać w warunkach polowych. Wtedy praktycznie użyteczna przystawka pomiarowa powinna być autonomiczna i mieć własne zasilanie.

Celem jest pomiar w warunkach polowych bardzo małych rezystancji, rzędu miliomów, więc jeżeli wyniki mają być wiarygodne, niezbędny jest pomiar z wykorzystaniem czteropunktowego połączenia Kelvina.

W przypadku przekaźników występuje dodatkowy problem, którego nie ma przy pomiarze przełączników mechanicznych: przekaźnik trzeba włączyć, czyli podać na jego cewkę odpowiednie napięcie.

Problem w tym, że cewki przekaźników mają różne napięcia pracy. Dominują przekaźniki, wymagające podania na cewkę napięcia stałego 5 V, 12 V, 24 V. Ale są też przekaźniki z cewką na napięcie zmienne, głównie 24 V, 110 V i 230 V.

Do przekaźników dochodzą też styczniki, które mogą przełączać jeszcze większe prądy, a których cewki są zasilane napięciem zmiennym 230 V. Oczywiście cewki takie mogą być zasilone dużo niższym napięciem stałym, ale jego wartość trzeba dobrać, stosownie do przekaźnika czy stycznika, co oczywiście jest praktycznym utrudnieniem.

W każdym razie autonomiczna przystawka do pomiaru rezystancji styków w warunkach polowych powinna mieć własne zasilanie (akumulator lub baterie), przetwornicę o regulowanym napięciu do włączenia przekaźnika oraz oczywiście, niezbędne do pomiaru małych rezystancji, źródło prądowe, najlepiej o wydajności 1 ampera.

Wstępna koncepcja

Jeżeli pomiary mają być dokonywane w warunkach polowych, to powinny być możliwie łatwe i wygodne. Przy pomiarach w warsztacie nie ma problemu, bo w zasięgu ręki są zasilacze i mierniki – tam pomiary styków można przeprowadzić bez żadnej przystawki, wykorzystując dwa zasilacze, z których jeden zasili cewkę, a drugi będzie pracował jako źródło prądu 1 A. Natomiast przyrząd do pomiaru rezystancji styków w warunkach polowych musi mieć własne źródło zasilania. Planowany schemat blokowy pokazany jest na rysunku 1. Przetwornice zasila jeden akumulator Li-Ion rozmiaru 18650 (lub 2…4 akumulatorki NiMH). Minimalne napięcie częściowo rozładowanego akumulatora Li-Ion to 3,0 V. Minimalne napięcie akumulatorków NiMH i baterii jednorazowych to 1 V lub nawet mniej, więc raczej nie wystarczy jeden akumulatorek NiMH lub jedna bateria jednorazowa – trzeba połączyć w szereg co najmniej dwie, a może więcej.

Przetwornica podwyższająca ma mieć płynnie regulowane, za pomocą potencjometru, napięcie wyjściowe w zakresie co najmniej od 5 V do 24 V i służyć tylko do włączenia przekaźnika. Druga przetwornica jest impulsowym źródłem prądowym o wydajności 1 ampera.

Mierzona za pomocą woltomierza rezystancja styków jest mała, rzędu miliomów, wiec spadki napięcia na niej przy prądzie 1 A są małe, rzędu miliwoltów. Dlatego konieczne jest dokonanie pomiaru tego małego spadku napięcia w czteropunktowym układzie Kelvina. Realizują to niedrogie klipsy pomiarowe. Przy prądzie 1 A wskazanie w miliwoltach jest wartością zmierzonej rezystancji styku w miliomach.

Wiele dodatkowych cennych informacji o takich pomiarach zawartych jest w artykułach: Mikroomomierz oraz Precyzyjny pomiar rezystancji styków.

Zwykle przy pomiarze rezystancji styków nie jest potrzebna wysoka precyzja. Prąd pomiarowy nie musi mieć wartości dokładnie 1,0 A, a jego wartość nie musi być bardzo stabilna. Mierząc rezystancje poszczególnych styków chcemy tylko znaleźć te, które mają znacznie podwyższoną rezystancję. Dlatego ewentualne zmiany prądu o 10% czy nawet 20% nie mają tu większego znaczenia. Nominalna wartość prądu pomiarowego może być znacząco różna od 1 ampera – najważniejsze są bowiem nie tyle bezwzględne wartości rezystancji, co różnice rezystancji między stykami nowymi, a zużytymi, wypalonymi.

Kłopoty z MT3608, SX1306, B628

Do zasilania cewki przekaźnika potrzebna będzie jakaś nieduża przetwornica podwyższająca o mocy kilku watów. Tu wybór jest łatwy. Na rynku jest mnóstwo tanich przetwornic z układami scalonymi oznaczonymi MT3608, SX1308 oraz B628. Tak oznaczone układy mają podobne, zupełnie przyzwoite parametry. Zakres napięć wejściowych to 2…24 V, a maksymalne napięcie wyjściowe to 28 V – parametry wręcz idealne do planowanego zastosowania.

Fotografia 2 pokazuje moduły z takimi kostkami.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w numerze majowym czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 5/2024). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite i dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 10 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 5/2024 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

 

Uwaga! Osoby, które nie są (jeszcze) moimi stałymi Patronami, mogą nabyć PDF-y z pełną wersję tego numeru oraz wszystkich innych numerów czasopisma wydanych od stycznia 2023, „stawiając mi kawę” (10 złotych za jeden numer czasopisma w postaci pliku PDF).
W tym celu należy kliknąć link (https://buycoffee.to/piotr-gorecki), lub poniższy obrazek

Następnie wybrać:
– jeśli jeden numer ZE – 10 zł,
– jeśli kilka numerów ZE – WSPIERAM ZA. I tu wpisać kwotę zależną od liczby zamawianych numerów – wydań (N x 10 zł),
Wpisać imię nazwisko.
Podać adres e-mail.
Koniecznie zaznaczyć: „Chcę dołączyć wiadomość dla Twórcy” i tu wpisać, który numer lub numery ZE mam wysłać na podany adres e-mailowy. Jeśli ma to być numer z tym artykułem trzeba zaznaczyć, że chodzi o ZE 4/2024.
UWAGA!!! E-mail z linkiem do materiałów (weTransfer) wysyłamy zazwyczaj w ciągu 24 godzin. Czasem zdarza się jednak, że trafia do spamu. Jeśli więc nie pojawi się w ciągu 48 godzin prosimy sprawdzić w folderze spam, a ewentualny problem zgłosić na adres: kontakt@piotr-gorecki.pl.