Tyristorové zapalování (BT) DC-CDI v5.0 pro jednoválcový motor

Autor: Tomáš Brožek („Chong“)
aktualizováno: 13.10.2016

Provozní životnostní zkoušky ukázaly, že jednočinné měniče nejsou pro STEP-UP měniče použité v CDI vhodné (typy 3.0 a 4.0). Ukázalo se, že usměrňovací diodu vysokého napětí jednočinných měničů je třeba dimenzovat na minimálně 2000V a protože se v případě rychlé diody nejedná o běžně sehnatelný typ, došel jsem k závěru, že rozumná cesta vede použitím dvojčinného měniče. Proto pro DC-CDI je vhodný typ 1.0, který je však pouze použitelný v provedení pro 12 V a typ 2.0, který je sice použitelný jak pro 12 V i 6 V, ale řídí jej procesor a to znesnadňuje reprodukci pro elektroniky nezabývající se mikroprocesory. Bylo proto potřeba vyvinout analogové CDI, které by bylo možné provozovat ve variantě pro 12 V i 6 V.

Protože na trhu neexistuje dostupný integrovaný obvod měniče (snad kromě problematicky dostupného ruského КР1211ЕУ1) pracujícího i s napájecím napětím 6V, zkusil jsem modifikovat zapojení s TL494, tak aby mohl pracovat i s napětím nižším než katalogově doporučeným. To bylo možné, protože proti jiným integrovaným měničům neobsahuje UVLO, tedy obvod vypínající výstupy při podpětí. Bylo však nutné do zapojení přidat vnější referenci pro zpětnou vazbu stabilizace napětí výstupu měniče TL431.

V zapojení jsem zúročil zkušenosti s předchozími provozními a životnostními testy CDI. Zapojení tedy obsahuje v sérii zapojené samostatné galvanicky oddělené vstupy pro řízení blokace  měniče v době zážehu a buzení tyristoru. Blokace zážehu obsahuje i paralelní kapacitu C6, která ovlivňuje PWM modulaci transformátoru, kdy způsobí měkký náběh napětí po zážehu vybitého zapalovacího kondenzátoru C1. V případě že by byla jeho kapacita nedostatečná, nebo nebyla použitá, vzrůst napětí na zážehovém kondenzátoru C1 by byl tak strmý, že dojde k samovolnému sepnutí tyristoru T1, zablokování měniče a přetížení trafa, nebo spínacích MOSFET tranzistorů a jejich destrukci, zároveň změkčení náběhu zmenšuje tepelné namáhání transformátorku, který se jinak obtížně chladí. Integrované obvody TL431 a TL494 doporučuji použít v mrazuodolném provedení (osobně jsem nakupoval u společnosti Semic).

Jako transformátorek jsem použil kostru Lj E 2005Sv 6p a jako jádro Lj E 2005S-CF139 ze sortimentu spol. Semic. Primární vinutí obsahuje 280 závitů Cul 0.1 ve třech vrstvách izolovaných izolační páskou. Primární vinutí bylo navinuto dvojitě lankem o vnějším průměru 1 mm a to 2×6 závitů. Závity se kladou vedle sebe, tedy nikoli nadivoko! Zařízení je určené do vodotěsné hliníkové krabičky (KH – 104).

Tranzistory jsou přišroubovány ke stěně krabičky přes izolační podložky a průchodky. Vstup je navržený pro připojení ke klasickému kladívku, nebo k hall snímači s otevřeným kolektorem, případně k optozávoře. Vstup není odolný k připojení na napájecí napětí, proto pozor i na krátkodobé dotknutí! Je nutné před měničem zapojit pojistku. Pro 6V je vhodná pomalá pojistka 3A.

Naměřené parametry verze 6V

Při použití předlohy simulující stav sepnutí a rozepnutí 1:1 bylo možné dosáhnout max. otáček 15.000rpm. Prakticky použitelných je však 12.000rpm, kdy nedochází ještě k přehřívání primárního vinutí transformátorku.

Oživení

Desku osadíme celou mimo odporů R1, R5, R7, tyristoru T1 a kondenzátoru C1. Odpor R5 se nahradí trimrem 100k. Mezi výstup kladného napětí měniče (společný bod diod D1 a D2) se zapojí proti GND odpor 4k7/10W a paralelně k němu kondenzátor 1uF nejméně 400V. Na výkonové tranzistory  je nutné připevnit alespoň malé chladiče, přičemž se chladič nesmí spojit s kostrou ani navzájem, případně je nutné použít izolační podložky a průchodky. Bez chladičů hrozí lokální přehřátí a destrukce tranzistorů během oživování.

Ideální je oživovat CDI na 6V akumulátoru s dostatečnou kapacitou, nebo silném zdroji schopném dodat proud nejméně 3A. K napájení se připojí ampérmetr a na svorky zátěžového odporu 4k7/10W se připojí stejnosměrný voltmetr na rozsahu nejméně 300V.

Po připojení napětí se laděním odporového trimru hledá poloha trimru, při které je co nejmenší spotřeba proudu a zároveň nejvyšší napětí na svorkách zátěžového odporu. Během ladění vhodné frekvence navinutého trafa se musí sledovat teplota. Jakmile se nastaví optimální napětí, které by mělo být někde kolem 250 V. Pozor zátěžový odpor se nadměrně zahřívá a může dojít k popálení, nebo i požáru pokud se dotýká snadno vznětlivých materiálů! Proto ladění je třeba v případě jeho přehřátí přerušit do jeho vychladnutí.

Odpojí se trimr a změří se jeho hodnota a nahradí se příslušnou nejbližší hodnotou odporové řady a zaletuje na místo odporu R5. Připojí se napětí a zkontroluje, zda měnič spolehlivě nabíhá a vyrábí napětí o hodnotě naměřené v zapojení s trimrem.

Následně se odpojí zátěžový odpor a kondenzátor. Na desku se doplní zbylé součástky (T1, R1, R7 a C1). Je vhodné otestovat funkčnost CDI pomocí simulátoru „kladívek“ zda nedochází k blokování tyristoru. Za předpokladu že je tyristor v pořádku je v takovém případě nutné buď zvýšit pokusně kapacitu C6 nebo zvýšit hodnotu odporu R6 případně kombinaci obojího.

Podklady pro výrobu CDI naleznete ZDE

Naměřený průběh na výstupu trafa při 12.000rpm (měřeno s napěťovou děličkou 1:10)