Dioda Idealna (prawie)

Już jakiś czas nie było na blogu soczystego kawałka rozważań technologicznych. Ponieważ jestem przekonany, że bardzo tęsknicie pomyślałem, że coś wyskrobię… cieszycie się?

A może to lekka grypa, która mnie od wczoraj trawi, padła mi na mózg ?

Nieważne. Zaczynamy…

Dioda.

Każdy z was na pewno słyszał o takim ustrojstwie jak dioda. Dawniej, gdy jeszcze po ziemi chodziły dinozaury były to lampy elektronowe, podobnie jak triody, pentody i inne. Dzisiaj diody to głównie elementy półprzewodnikowe. A kto wie jak działa dioda i do czego służy? Łapka w górę! Koollleeżanko wikipedia, proszę się nie pchać, tu kolejka obowiązuje. Patrzcie co za maniery, tak się wciskać z odpowiedzią. A może ja też bym chciał opisać? A może ja chcę to opisać nieco prościej niż przy użyciu modelowania równaniem Shockley’a.

No właśnie.

Tłumacząc na chłopski rozum, dioda to takie cóś, co puszcza prąd elektryczny tylko w jedną stronę. W hydraulice jej odpowiednikiem jest zawór zwrotny. A bardzo specyficzną diodę spotykacie codziennie na drogach – znak poziomy P-3 – linia jednostronnie przekraczana (przerywana-ciągła) jest właśnie diodą. Można przez nią przejechać tylko od strony przerywanych pasków, a od strony ciągłej jest „nieprzepuszczalna” No chyba, że się jedzie wypasionym Mercedresem ML. Wówczas może nastąpić zjawisko zwane przebiciem diody. Czasami prowadzi do całkowitego zniszczenia układu 😉

A po co to komu taka dioda?!

W elektronice zastosowań jest bez liku, ale my chcielibyśmy przyjrzeć się zastosowaniom na jachcie.

Zaczniemy od zastosowania najpopularniejszego: rozdzielanie ładowania akumulatorów.

Generalnie zaleca się by na jachcie akumulatory zostały podzielone na banki – co najmniej dwa – rozruchowy i hotelowy. Ja na Fayce przewiduję trzy – rozruchowy, hotelowy i do elektroniki. Do każdego banku podłączone są urządzenia z jego „parafii”. To zapewnia bezpieczeństwo energetyczne – np. pracująca lodówka nie rozładuje do końca akumulatora rozruchowego. Bo lepiej mieć ciepłe piwo niż nie móc odpalić silnika…

Pojawia się jednak problem ładowania. Mając na jachcie jeden alternator produkujący prąd do ładowania akumulatorów, musimy je jakoś „spiąć”. Nie możemy ich połączyć razem, bo szlag trafi cała ideę rozdzielania banków. Czasami spotyka się ręczne przełączniki – użytkownik przełącza ładowanie na ten bank, który chce naładować. Rozwiązanie proste i pewne, ale wymaga ciągłej uwagi ze strony użytkownika.

A gdyby tak podłączyć akumulatory do alternatora przez diody?

Dokładnie tak działają diodowe rozdzielacze ładowania. Prąd do akumulatora płynie przez diodę i ładuje go, ale „pomiędzy sobą” akumulatory się „nie widzą się – diody blokują przepływ prądu między obwodami.

W świecie idealnym to byłby koniec tematu. Ale świat nie jest idealny. Gdyby dioda była idealna to w kierunku przewodzenia była by kawałkiem drutu, a w kierunku zaporowym (nie przewodzenia) izolatorem. Diody rzeczywiste niestety takie nie są. Mają trzy zasadnicze wady. Po pierwsze mają ograniczenie maksymalnego prądu (zależne od modelu) – przy prądach ładowania – około 100A diody muszą być już dość spore. Po drugie w stronę zaporową mają ograniczenie napięcia maksymalnego. Na szczęście w układach jachtowych 12/24V to nie jest problemem. I po trzecie wada najważniejsza. W kierunku przewodzenia, powstają na diodach straty napięcia. Nie wchodząc zanadto w szczegóły, za zwykłą diodą krzemową napięcie jest o 0,7 Volta mniejsze. Niby niewiele, ale to już wystarczy, by akumulator nie był doładowywany należycie. Jeżeli zastosujecie na jachcie taki rozdzielacz diodowy, musicie „podkręcić” napięcie na regulatorze alternatora o jakieś 0,7V by skompensować ten spadek. Aby całkowicie wyeliminować to zjawisko opracowano rozdzielacze ładowania bazujące na tranzystorach polowych FET (a konkretnie na ich wariantach MOSFET, HEXFET). Taki układ odpowiada diodzie prawie idealnej – spadek napięcia w kierunku przewodzenia wynosi 0,02V lub mniej. Czyli można przyjąć, że jest zaniedbywalny. I taki właśnie rozdzielacz ładowania mam zastosowany na Fayce. Konkretnie jest to Victron ArgoFET. Do kupienia np. w Sailservice lub w Eljachcie.

Ale ten artykuł nie ma być reklamówką Victro’a – trzeba przyznać, że działa on elegancko. Choć mi po głowie chodzi układ jeszcze fajniejszy – z ustawianiem priorytetów ładowania.

Na Fayce znalazłem jeszcze trzy miejsca, gdzie diody mają zastosowanie. I we wszystkich tych miejscach doszedłem do wniosku, że spadek napięcia 0,7 V byłby szkodliwy. Można by zastosować tzw. Diody Shotkyego o spadku ok 0,25V, ale to nadal mnie nie uszczęśliwiało. Poszukałem więc w Internecie i wśród wielu rozwiązań odnalazłem takie, które spodobało mi się najbardziej – specjalizowany układ scalony Diody Idealnej. Dla elektroników powiem, że jest to LTC@4358 firmy Linear. Na podstawie tego układu opracowałem malutką płyteczkę drukowaną, która pozwala na dolutowanie do niej kabelków oraz chłodzi wyżej wspomniany scalak. Jest to konieczne, bo sam ten układ scalony jest mikroskopijny – 4 x 3mm, ma szesnaście nóżek –  raster 0,65 mm 🙂

Tak powstała YID Jachtowa Dioda Idealna – no może prawie idealna – wytrzyma 5 Amperów, a spadek napięcia ma 0,02 Volta. Ale płytka jest sprytnie zaprojektowana, że  można je bardzo łatwo łączyć równolegle mnożąc maksymalny prąd.

Do czego to zastosuję:

  • awaryjne zasilanie elektroniki bezpieczeństwa
    W obwód elektroniki bezpieczeństwa (radio VHF, GPS, nawigacja) zostanie wpięty dodatkowy akumulator żelowy – 10-20Ah – zasilanie tego układu zostanie przepuszczone przez taką właśnie diodę. Co to da? W sytuacji normalnej pracy układ będzie pobierał prąd z banku akumulatorów, pomijalny spadek napięcia na diodzie będzie sprawiał, że akumulator żelowy cały czas będzie naładowywany. Gdy bank akumulatorów z jakiegoś powodu się wyładuje, dioda nie pozwoli na wyładowanie akumulatora żelowego dając jeszcze wiele godzin pracy awaryjnej radia i nawigacji.
  • pompa do toalet.
    Jak wiecie na Fayce mam dwie toalety elektryczne. Te toalety do spłukiwania potrzebują wody pod ciśnieniem i do tego celu została zainstalowana dedykowana wydajna pompa Shurflo. Ale toalety są dwie, a pompa jedna. Nie chcę ryzykować „chamskiego” połączenia równoległego obwodów wyjściowych z toalet na pompie. Prawdopodobnie w sterownikach toalet są przekaźniki, więc nic by się nie stało. Jednak strzeżonego Pan Bóg strzeże… gdyby nie było przekaźników, tylko elektronika, to mogłoby się to skończyć dla niej fatalnie. Owszem, gdyby tam były zastosowane tzw. układy otwartego kolektora lub otwartego drenu, to nic by się nie stało. Nie byłem niestety w stanie zdobyć schematu, ani wiążącej odpowiedzi od producenta… Więc wystarczy, że podłączę toalety i pompę przez YID. Spadek napięcia zaniedbywalny, a diody zabezpieczą układy sterownicze w toaletach przed wstecznym napięciem. Zapytałem o takie rozwiązanie producenta i dostałem odpowiedź, że jest to bardzo dobre eleganckie rozwiązanie.
  • pompa(y) zęzowa
    Mam trzy banki akumulatorów na Fayce. Do którego z nich podłączyć pompę zęzową by była najpewniejsza? Oczywiście do wszystkich. Jednak już wiecie z przykładu rozdzielacza ładowania, że nie można tego zrobić tak po prostu. Przy zwykłym podłączeniu kabelkiem będą „wyżerały” sobie prąd. Więc co trzeba użyć? Dobrze kombinujecie – diody. A najlepiej YID Jachtowe Diody Idealne. Trzy malutkie płyteczki i pompa zęzowa zawsze będzie miała zasilanie. Konkretnie zasilanie z najbardziej naładowanego akumulatora. W skrajnej sytuacji wolę ryzykować, że mi silnik w marinie nie odpali niż to, że z braku prądu pompa zęzowa nie zadziała. Oczywiście nie ma obowiązku włączać do zabawy akumulatora rozruchowego.

I taki oto sposobem rozwiązałem trzy ciekawe problemy i stworzyłem kolejny produkt komercyjny YID – Jachtową Diodę Idealną. Oczywiście ona może być zastosowana nie tylko na jachcie, i nie tylko w tych trzech układach. Inny pomysł który przyszedł mi do głowy to np. sterowanie jednego elektrozaworu paliwowego – dla kuchni i ogrzewania. Zresztą możecie resztę wymyślać sami 😉

Diody niedługo będzie można zamawiać u mnie na MOYE.eu.

Ten wpis został opublikowany w kategorii Gotowe. Dodaj zakładkę do bezpośredniego odnośnika.

14 odpowiedzi na „Dioda Idealna (prawie)

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *