Samochodowy zasilacz do laptopów

Zasilacz jest oparty o przetwornicę podwyższająca zasilaną napięciem z zakresu 9…16 V dostępnym w instalacji samochodowej. Znamionowa moc przetwornicy to 65 W, a szczytowo można ją obciążyć do 85 W, co w zupełności wystarcza do podładowania akumulatora nawet bardzo energochłonnego laptopa.

Schemat ideowy zasilacza pokazano na rysunku 1. Jako sterownik przetwornicy wybrano układ scalony typu LM3478 firmy Texas Instruments. Jest to uniwersalny sterownik przetwornic, pracujący w szerokim zakresie napięcia zasilającego (2,7…45 V), zawierający generator PWM z wbudowanymi zabezpieczeniami oraz driverem zewnętrznego tranzystora MOSFET. Schemat blokowy układu LM3478 zaczerpnięty z noty katalogowej, pokazano na rysunku 2.

Napięcie zasilające 12V/8A z gniazda zapalniczki samochodowej doprowadzone jest do złącza VIN przetwornicy. Napięcie 12 V bezwzględnie musi być zabezpieczone bezpiecznikiem topikowym 10 A zamontowanym, na przykład, wewnątrz obudowy wtyku zasilania. Transil DZ1 zabezpiecza urządzenie przed przepięciami z instalacji i odwrotną polaryzacją napięcia zasilającego. Kondensator CE1 filtruje lokalnie zasilanie układu. Obwód RC złożony z opornika R10 i kondensatora C5 oprócz filtrowania napięcia zasilającego sterownik U1 zapewnia niewielką zwłokę podczas startu ograniczając udary prądowe. Rezystor R6 ustala częstotliwość pracy przetwornicy na około 350 kHz. Kondensatory C2, C3 i rezystor R5 są elementami kompensacji pętli regulacji. Opornik R1 jest rezystorem pomiarowym dla sterownika U1 (praca w trybie prądowym) oraz obwodu zabezpieczenia przeciwzwarciowego. Rezystor R2 i kondensator C4 filtrują zakłócenia z obwodu pomiaru prądu.

Z wyjścia drivera U1-6 (DR) jest sterowany tranzystor kluczujący Q1 cewkę L1. Jako diodę D1, ze względu na znaczny prąd wyjściowy oraz konieczność zmniejszenia strat, zastosowano wysokonapięciową diodę Schottky w wykonaniu podwójnym. Zespół kondensatorów CE8, CE2, CE3 filtruje napięcie wyjściowe. Koniecznie muszą być to kondensatory o bardzo małym współczynniku ESR (ESR w CE2 i CE3 na poziomie 20…35 m<W>). Dzielnik złożony z rezystorów R3 i R4 ustala napięcie wyjściowe przetwornicy na 19 V. Dioda świecąca LD1 sygnalizuje jego obecność. Do złącza FAN jest dołączony wentylator o wymiarach 40 mm×40 mm×20 mm, zasilany napięciem 24 V, wymuszający chłodzenie w trudnych warunkach występujących podczas eksploatacji urządzenia w samochodzie. Wentylator stanowi też wstępne obciążenie przetwornicy konieczne do poprawnej pracy pętli regulacji. Przetwornica powinna pracować z podłączonym obciążeniem gwarantującym pobór około 0,2 A. Praca bez obciążenia wprowadza sterownik w tryb nieciągły, co skutkuje zwiększeniem tętnień na wyjściu.

Zasilacz zmontowano na niewielkiej dwustronnej płytce drukowanej, której schemat montażowy zamieszczono na rysunku 3. Montaż układu nie wymaga opisu. Krytyczne dla poprawnego funkcjonowania zasilacza jest zastosowanie kondensatorów elektrolitycznych oraz dławika zgodnych z wykazem elementów lub dobranie odpowiednich zamienników. Wentylator jest zamontowany na tulejkach dystansowych M3 z tworzywa sztucznego. Pod śruby mocujące od strony płytki należy założyć podkładki izolujące M3, a sam wentylator zabezpieczyć osłoną. Układ należy umieścić w obudowie z odpowiednimi otworami wentylacyjnymi. Otwory należy zabezpieczyć przed wnikaniem kurzu tkaniną filtrującą.

Przetwornica nie wymaga uruchamiania. Należy jedynie sprawdzić wartość napięcia wyjściowego po dołączeniu do akumulatora samochodowego (poprzez bezpiecznik 10 A). W zależności od wymagań laptopa (18…20 V), ewentualnie dobrać R3. Ze względu na znaczny prąd występujący przede wszystkim w obwodzie zasilania 12 V, należy zastosować przewody połączeniowe o odpowiednim przekroju oraz zminimalizować ich długość. Wtyk przewodu wyjściowego należy dopasować do posiadanego laptopa. Układ współpracuje poprawnie z laptopami, które nie identyfikują zasilacza, to jest, nie mają dodatkowej linii komunikacyjnej laptop-zasilacz. W tym wypadku możliwe będzie tylko zasilanie i praca z instalacji samochodowej 12 V, ale nie zostanie uruchomione ładowanie akumulatora wbudowanego w komputer.

Podczas pomiarów sprawności przetwornicy w zależności od wartości napięcia zasilania uzyskano wartość do 92% (Uwe=12 V, Uwy=19 V, Iwy=3,7 A). Dla mniejszego napięcia zasilającego sprawność będzie o kilka procent niższa.

Adam Tatuś, EP