Czasami potrzeba coś na szybko…

Do kolejnego pokazu brakowało mi zasilacza bezprzewodowego, z którego mógłbym uruchomić urządzenie wymagające napięcia 9v i do 1 ampera natężenia. W szufladzie znalazłem zestaw przetwornicy MP2307 z wbudowanym woltomierzem i amperomierzem. Wystarczyło kilka akumulatorków 18650, wyłącznik, pistolet na klej – i gotowe! (no, prawie:))

Dane producenta

Zestaw dostarczany jest w postaci płytki z wyświetlaczem i plastikowej obudowy:

Dane przetwornicy podane przez producenta:

• napięcie wejściowe 5-23V (zalecane maksymalnie 20V),
• napięcie wyjściowe 0-16,5V regulowane przyciskami góra/dół,
• maksymalne obciążenie 3A (obciążenie ciągłe 2A),
• tolerancja 1%,
• woltomierz do dwóch miejsc po przecinku,
• amperomierz do dwóch miejsc po przecinku,
• sprawność przetwornicy około ~ 95%,
• chip MP2307,
• wymiary 62mm x 44mm x 18mm.

Dwa przyciski wyprowadzone na obudowę służą do zmiany napięcia na terminalu wyjściowym. Wciskając lewy – zmniejszacie napięcie o 0.04v – prawy je zwiększa. Moduł „pamięta” ostatnie ustawienia po wyłączeniu go.

Budowa

Najpierw  obudowa z kompletu:

Ponieważ przetwornica miała działać „bezprzewodowo”, musiałem ją jakoś zasilić. Wybór padł na akumulatory lion 18650 pozyskane ze starej baterii od laptopa. Każde 18650 to nominalnie 3.7v. Trzy baterie połączone szeregowo to 11.1v.

Ogniwa umieściłem w koszyku:

Niestety producent koszyka jakoś nie pomyślał, jak wydajne mogą być akumulatory tego typu. Jak na prąd, który mogą dostarczyć, kabelki były zadziwiająco cienkie. Wymieniłem je na grubsze:

Do kabelka zasilającego przylutowałem przełącznik (też jakiś złomek, nawet nie wiem, gdzie był wcześniej):

Wyłącznik umieściłem na denku pojemnika – podobnie jak samą przetwornicę:

Dla pewności zamalowałem na czerwono dodatnie terminale; w ten sposób w ferworze walki się nie pomylą:

Pierwsze testy bez obciążenia

Bez obciążenia okazało się, że wskazania woltomierza są grubo przekłamane. Zasilanie z 3 akumulatorów wynosiło 11.782. Przy ustawieniu np. 5v na wyświetlaczu, na wyjściu zasilacza pojawiło się ponad pół wolta więcej. Maksymalne wskazane napięcie wyniosło 9.55, podczas gdy na terminalach wyjściowych było już 10.6v.

Średnio błąd wskazania wyniósł 11%, a przy mniejszych wartościach – nawet 20%. Czy wyświetlanie napięcia z takim błędem w ogóle ma sens?!

Kalibracja

Na szczęście okazało się, że urządzenie można skalibrować. Nie jest to informacja łatwa do znalezienia – wykopałem ją na jakimś rosyjskim (chyba) portalu. Bez obciążenia, na wyłączonym zasilaniu, podłączcie multimetr na terminal wyjściowy:

1. Wciśnijcie i trzymajcie lewy przycisk (zmniejszający napięcie)
2. Teraz włączcie zasilanie – wyświetlacz zacznie mrugać,
3. Na wyświetlaczu pojawi się coś jak 4.99v
4. Urządzenie będzie wystawiało napięcie na terminal wejściowy. Musicie porównywać to co jest na jego wyświetlaczu i wskazania multimetra.
5. Użyjcie klawiszy lewego i prawego, żeby zsynchronizaować wskazania wyświetlacza i multimetra.

Teraz wskazania napięcia powinny już być dokładne.

Teraz błąd napięcia wskazywanego przez urządzenie w stosunku do napięcia zmierzonego multimetrem na terminalu wyjściowym, okazał się nie większy niż 1% – jedynie poniżej 2.5v wyniósł trochę ponad 5%.

Pod obciążeniem…

Nie „męczyłem” zasilacza za bardzo, obciążałem go w zakresie do 1A. I tu zaskoczenie: wskazania wyświetlacza pretwornicy, multimetru i obciążenia były prawie takie same!

Dla przykładu, przy obciążeniu ustawionym na 200mA, miernik pokazał natężenie 196mA a przetwornica 0.19A – czyli właściwie dokładnie. Podobnie dla obciążenia 500mA: multimetr pokazał 0.497mA a przetwornica 0.49A. Całkiem w porządku!

Alarm na zasilaniu

Pozostała jeszcze jedna kwestia… Akumulatory 18650 są fajne, ale nie można ich rozładować poniżej pewnej granicy. Bezpieczną wartością jest jeszcze 3v – a przy 3 ogniwach połączonych szeregowo, 9v. I trzeba to monitorować.

Najprościej było przykleić mały miernik modułowy – na przykład taki opisany w: Jeszcze jeden modułowy… Znalazłem jednak ciekawsze rozwiązanie: Low Voltage Warning Devices.

Jak to działa? Sercem tego układu jest TL431: regulowane źródło odniesienia – lub, jak kto woli, programowalna dioda Zenera.

TL431 zachowuje się jak dioda Zenera o napięciu 2v. Co jednak ciekawe, „uruchamia” się dopiero, gdy napięcie między końcówką Ref (1) a jego anodą (2) jest większe niż 2.5v. Poniżej tej wartości nie przewodzi prądu i zachowuje się jak rozwarcie. Powyżej 2.5 na końcówce ref, obniża napięcie do 2v.

Diodą steruje dzielnik napięciowy R2-R3. Napięcie na końcówce Ref będzie więc:

Jeżeli R2=4k7 i R3=1k8 i napięcie zasilania będzie poniżej 9v, to napięcie Uref na pinie Ref spadnie poniżej 2.5v i TL431 zachowa się jak przerwa w układzie. Prąd popłynie przez rezystor 2k2 na dwie led, które zaświecą – co powinno wzbudzić Waszą ostrożność:)

Autor układu zaleca stosowanie dokładnych, 1% rezystorów. Ja chwyciłem co pod ręką i zlutowałem układ na małej płytce. Powyżej 8.9v diody nie świeciły:

Poniżej 8.9v zapaliły się, całkiem wyraźnie:

„Miernik” poszedł na bok pudełka, wpięty do terminali wejściowych:

Podsumowanie

Projekcik okazał się całkiem ciekawy (i pożyteczny). Przetwornica wydaje się działać poprawnie, a wskazania wyświetlacza udało się skalibrować.

Najciekawszym wynalazkiem jest tu chyba układ do kontroli stanu naładowania ogniw. Oparty na regulowanym źródle napięcia odniesienie TL431, jest niezwykle prosty i skuteczny.

Oczywiście za wiele się po takiej przetwornicy spodziewać nie można. Nie jestem nawet pewien, czy dłuższa praca z obciążeniem 2A jest realna. Płytka nie zawiera żadnych radiatorów i pewnie nieźle by się podgrzała. Nie bez wad jest też mój „design” – totalnie chałupniczy i wiązany sznurkiem, z akumulatorami narażonymi na wszelkie urazy mechaniczne.

Ale spełnił swoją powinność i zadziałał bez problemu. Potrafi nawet zasilić Bulbę!

Źródła

• Лабораторен източник на напрежение и ток – z opisem kalibracji
• Słynne układy: TL431
• Low voltage warning
• Instrukcja do TL431