Náhrada anodové baterie

Náhrada anodové baterie
Vydáno dne 01. 08. 2013 (546 přečtení)

popis

menic Ještě jednou náhrada anodové baterie.

Ing. Bohumil Kyrian

Nejčastější anodovou baterií je jistě 67.5V, která se používala již od poloviny
čtyřicátých let v malých a miniarurních přenosných přijimačích a už dávno není
nikde k dostání. Protože tyto baterie jsou z velké části vložené v radiu, bylo
hledáno takové řešení, aby nebylo nutné měnič z radia vyndavat a zvlášt`
zapínat a po použití zase vypínat. Musí se prostě chovat přesně jako originální
baterie, t.j. bez obsluhy.

Popsáno bude řešení se zvyšujícím DC/DC měničem, napájeným dvěma litiovými
akumulátory, tedy jmenovitým napětím 7,2V. Tyto akumulátorové články sice
nejsou zrovna levné ( 249Kč, B-LI2300-SAN u GM-Electronic ), ale dají se získat
z vyřazené baterie z notebooku, kde sice již žádnou velkou výdrž nevykazují,
ale jde vlastně jen o jejich zvětšený vnitřní odpor. Při značné zátěži v
notebooku (ca.1,5A) dojde proto k rychlému poklesu napětí, takže hlídací obvod
počítač vypne. Při nízkém vybíjecím proudu (zde 120mA) zvýšený vnitřní odpor
tolik nevadí a hlídací obvod není nutný - při hodně vybité baterii přestane
měnič stejně včas fungovat. Tak vyjde celá náhrada anodky na pár korun – u
všech součástek byl brán ohled na snadné pořízení a co nejnižší cenu.

Hlavní součástí měniče je osvědčený a levný obvod MC34063, který obsahuje všechny hlavní komponenty:
oscilátor
spínací tranzistor
regulační obvod
zdroj ref. napětí
omezovač proudových špiček

Bohužel může MC34063 pracovat pouze do 40V, takže v prvním prototypu byl použit malý autotransformátor, který umožnil jednoduše zdvojit napětí pro usměrňovací diodu. Ale vhodný transformátor musel být navinout ručně, protože žádný vhodný hotový výrobek se najít nepodařilo. Jelikož se domnívám, že vinutí cívek nepatří do oblíbené činnosti většiny čtenářů, došlo na použití známého zdvojovače napětí s C3, D2 a D3. Obavy z přetížení obvodu MC34063 tímto zdvojovačem se nepotvrdily a zapojení pracuje naprosto spolehlivě. Proud z baterie a tím i účinnost měniče zůstaly úplně stejné, jako u prvního prototypu s transformátorem.
Akumulační i filtrační tlumivka je stejná: 09P-331K. Obě musí být kvůli minimální vazbě umístěny co nejdále a kolmo na sebe, protože L2 má silné rušivé pole. Toroidní akumulační tlumivky se neosvědčily, pravděpodobně vlivem přesycení. O jejich efektivní rozptýlené vzduchové mezeře chybějí jakékoli údaje, pokud vůbec nějakou mezeru mají.
Bližší údaje a postup výpočtu měničů s obvodem MC34063 jsou ke stažení na webu :

AN920/D, Application of the MC34063 and uA78S40

Jelikož MC34063 je citlivý na přepětí a samozřejmě i na krátkodobé špičky přes
40V (několik jich skončilo po neúspěšných pokusech o zvyšování napětí v koši),
zůstává řízení napětí děličem P1, R3 a R4 pro jistotu na prvním stupni, t.j. na
32V. Zdvojování napětí funguje přesto překvapivě přesně, i když už to pro
přepěťovou ochranu není důležité. Někteří autoři sice udávají na webu, že jim
pracuje MC34063 až do 75V, ale to je zřejmě náhodné a závisí na výrobci a
výrobní serii. Rohodně nemohu z vlastní zkušenosti doporučovat vyšší napětí,
než všemi výrobci zaručených 40V. Jako usměrňovací diody byly vzhledem k
nízkému proudu použity levné a dostatečně rychlé univerzální diody 1N4148 místo
doporučovaných Schottkyho diod. Vyšší prahové napětí zde nevadí. Napětí 67,5V,
udávané na originální anodové baterii je víceméně jen teoretické – v praxi mají
suché články při zatížení jen 1,4V, což odpovídá u celé originální baterie (45
článků) nejvýše 63V. Proto je úspornější nastavení měniče na 64V opodstatněné.
Navíc zde toto napětí zůstává konstantní, až do úplného vybití litiových
akumulátorů ( 5V ). Před prvním uvedením do provozu by měl být P1 nastaven na
minimum a pak teprve připojit měnič na zdroj a pomalu přidávat, až napětí na C4
dosáhne zmíněných 32V. Aby měnič při uvádění do chodu vůbec pracoval, musí být
zatížen, nejlépe odporem 6k8/1W. To také zhruba odpovídá pozdějšímu zatížení
měniče přijímačem. Základní požadavek na tento měnič byl, aby nepotřeboval
žádný vypinač – aby se sám zapínal a vypínal podle vypinače žhavení v radiu. K
tomuto účelu je měnič překlenut diodou D1, takže při jeho nečinnosti zůstává na
výstupu téměř celé napětí litiové baterie. Při zapnutí žhavení v přijímači toto
napětí způsobí malý, ale dostatečný anodový proud elektronkami a tím vznikne
určité napětí na odporu Rs. To otevře tranzistor T1 a následovně T2, spínající
proud pro obvod MC34063, takže měnič začne pracovat. Při aktivním provozu
měniče stoupne ovšem anodový proud mnohonásobně - proto musí být napětí na
rezistoru Rs omezeno diodami D5 a D6 na max. 1,2V. Tranzistor T2 je obzvláště
nízkoohmový spínací P-MOS, ale bohužel jen v provedení SMD, což je pro montáž
na níže zmíněnou destičku trochu obtížné. Je ale možné jej nahradit
tranzistorem IRFU9024 s drátovými vývody. Ten má sice vyšší odpor, ale na
celkovou účinnost měniče to má přijatelně malý vliv. Po vypnutí přijímače
klesne anodový proud na nulu, napětí na odporu Rs zmizí, a tranzistory T1 a T2
se zavřou. Tím je napájení měniče ukončeno. Je ovšem nutné, aby filtrační
kondenzátory v přijímači byly v pořádku, jinak vlivem jejich svodových proudů
napětí na Rs nemusí klesnout pod 0,6V a měnič by pak běžel dále. Ve výhodě jsou
přijímače, které vypínají jak žhavicí, tak i anodové napětí. V každém případě
je ale žádoucí, staré filtrační kondenzátory v radiu rozhodně vyměnit. Proti
případnému zkratu nebo přetížení na výstupu 64V je měnič chráněn omezovacím
rezistorem R5 (0,5 ě), který omezí proud spínacího tranzistoru v obvodu MC34063
na bezpečnou hodnotu. V pohotovostním stavu měniče je zbytkový proud z litiové
baterie neměřitelný (při použití kvalitních součástek v měniči), takže litiové
články nejsou vůbec zatíženy a čas pro jejich samovolné vybití se může počítat
na roky. V prototypu jsou zatím téměř rok při občasném zapínání radia, a napětí
baterie zatím nekleslo pod 7.8V. A při tom to nejsou články nové, ale právě ty
vyřazené z notebooku. Zbylé články z notebooku byly nasazeny v různých
tranzistorových měřících přístrojích a radiích - výsledkem je nesrovnatelně
delší provozní doba než s původními bateriemi. A hlavně, po delších,
několikaměsíčních pausách tam nejsou žádné vybité, nebo dokonce vyteklé baterie.

Provedení Měnič i s nabíječkou je postaven na laboratorní destičce o rozměrech
88x28mm, odříznuté z desky CU-TA 037 od GM Electronic, sklad. č. 661-084.
Jelikož měnič pracuje na frekvenci cca. 30KHz, a vyšší harmonické jeho
pravoúhlých kmitů by mohly rušit příjem slabších signálů, je i s oběma
litiovými články vestavěn do odstíněné krabičky o vnějších rozměrech
94x33x68mm. Krabička je spájena z kuprextitu 1,5mm nebo tenkých měděných či
mosazných plechů. Víčko je připevněno šroubky a pro nabíjení je vzadu
namontován nevyčnívající konektor pro připojení běžného DC - zdroje 12-18V /
0,5A. Vývody mají stejné patentky jako má originální baterie a vše může být
opatřeno papírovým obalem Bateria Slaný, který lze stáhnout na webu:
Náhrada historických baterií, L.Malina
a vytisknout na pokud možno silnější papír (nejlépe fotopapír A4).

Na prvním obrázku je vidět destičku měniče a Li-baterie při odklopeném víčku,
na dalším zavřenou krabičku s patentkami vývodů a na posledním hotový měnič
opatřený zmíněnou kopií obalu Bateria.

Oba články jsou k sobě slepeny lepicí pistolí, a vzadu v drážce mezi nimi je
pak zaletovaná pojistka 2A proti přímému zkratu akumulátorů. Pro snazší
manipulaci je na přední straně přilepena kontaktní destička z devítivoltové
baterie. Nevýhodou těchto vyčnívajících kontaktů je ovšem snadný zkrat, takže
je dobré přelepit je ochrannou páskou, kterou odstraníme teprve před
zamontováním. Nelze zamlčet nevýhodu těchto kontaktů – mívají značný přechodový
odpor, což u nízkého napětí a vyšších proudů může způsobit nepříjemné ztráty!
Proto byly později přívodní dráty raději připájeny natrvalo.

Některé starší přijímače se nechtěly spokojit s 67V, a tak vznikla ještě jedna
varianta měniče s výstupním napětím 90V (85V), která používá ještě jeden
násobič navíc (D2, D3 a C3). Samozřejmě je zde zatížení litiových akumulátorů
vyšší, cca 200mA. Proto by zde bylo lepší pro delší provoz zvětšit zdroj na 4
články (2+2). Je nutné brát v úvahu, že tyto starší přijímače potřebují nejen
vyšší anodové napětí, ale i podstatně vyšší anodový proud - kolem 17mA.
Zapojení tohoto měniče je patrné z následujícího obrázku:

Nabíječka Z bezpečnostních důvodů je nutné zabránit přehřátí litiových článků,
a tím i jejich případné (i když velmi nepravděpodobné) explozi. Taková situace
může nastat hlavně při přebíjení nebo při zkratu. Litiové akumulátorové články
se nemají nabíjet vyšším napětím než 4,2V a nenechávat vybíjet pod 2,5V, aby se
nezkracovala jejich životnost.

Tato nabíječka omezuje nabíjecí napětí na 8,4V a proud na cca 0,4A. Tudíž žádné
přehřívání ani přebíjení nehrozí a nabíjecí dobu není vůbec nutné hlídat.
Lineární regulátor LM317 v prvním prototypu nabíječky způsoboval značné ztráty
a tím i ohřívání krabičky, navíc tepelně isolované papírovým obalem „Bateria“.
Proto byl nakonec použit snižující spínaný měnič se stejným obvodem MC34063.
Dioda 1N4007 zabraňuje vybíjení litiové baterie přes P1, R2 a R3 při vypnutém
nabíjení, ale způsobuje určitou měkkost nabíjecího napětí a tím i nepřesnost
regulace. Proto je nutné nastavit výstupní napětí pomocí P1 na 8,4V při poměrně
nízkém proudu 2mA (zatížení rezistorem 4k7), což zhruba odpovídá poměrům ke
konci nabíjecího cyklu. Rezistor R4 (0,33ě) omezuje maximální proud nabíječky.
Kondenzátor C1 (470p) trochu zvyšuje účinnost měniče. Vzhledem k nepatrným
ztrátám lze tuto nabíječku bez obav umístit i s destičkou měniče anodového
napětí do zmíněné společné krabičky.

( Celý článek | Autor: Krysatec | Počet komentářů: 0 | Přidat komentář |

)



Dnešní datum: 18. 10. 2014	\| Hlavní stránka \| Seznam rubrik \| Download \| Weblinks \|