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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Impulsladegerät. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Automobil. Batterien, Ladegeräte Zum Laden von Starterbatterien nutzen Autofahrer verschiedenste Geräte, die meist auf Basis eines Abspann-Netztransformators aufgebaut sind. Solche Geräte zeichnen sich durch einen relativ geringen Wirkungsgrad, große Abmessungen und Gewicht aus. Und wenn die Effizienz irgendwie gesteigert werden kann, ist es praktisch unmöglich, die anderen Indikatoren solcher Geräte zu verbessern. Es ist möglich, die Leistung des Ladegeräts deutlich zu verbessern, wenn es nach dem Prinzip eines gepulsten Spannungswechselrichters aufgebaut ist. Im Ausland hergestellte Impulsladestationen (Bochsch, Telwin usw.) verfügen über eine hervorragende technische Leistung, aber die Kosten sind für die meisten unserer Autofahrer unerschwinglich. Gleichzeitig liegt die eigenständige Herstellung solcher Geräte nicht in der Macht jedes Funkamateurs, insbesondere derjenigen, die nicht über die erforderliche Erfahrung auf dem Gebiet der Impulsschaltung und der Einrichtung solcher Geräte verfügen. Impulsladegeräte sollten jedoch nicht als übermäßig komplex angesehen werden. So wird in [1] ein Amateurfunkgerät beschrieben, das auf der Basis eines Sperrwandlers aufgebaut ist. Der unbestrittene Vorteil solcher Konverter ist ihre relative Einfachheit und geringe Abmessungen. Allerdings haben sie auch Nachteile. Eine der gravierendsten davon ist die Magnetisierung des Transformatormagnetkreises, weshalb ein Magnetkreis mit einem 2 ... 2,5-mal größeren Querschnitt als bei Gegentaktwandlern verwendet werden muss. Darüber hinaus übersteigen Spannungsspitzen am Schaltelement von Sperrwandlern in der Regel die Versorgungsspannung deutlich, was den Einbau zusätzlicher Entstör- und Rückspeiseschaltungen erfordert. Die Energieverluste in ihnen machen sich bei hoher Ausgangsleistung am deutlichsten bemerkbar, daher werden Einzyklus-Umrichter in Leistungseinheiten mit einer Leistung von nicht mehr als Hunderten von Watt eingesetzt. Eine Blei-Säure-Batterie wird üblicherweise auf eine von drei Arten geladen: konstante Spannung, konstanter Strom und die sogenannte Amperestunden-Regel. Das Laden mit konstanter Spannung ist recht einfach zu implementieren, garantiert jedoch keine XNUMX-prozentige Nutzung der Batteriekapazität. Das Laden nach der Amperestundenregel (nach Woodbridge) kann als ideal angesehen werden, wird jedoch aufgrund der Komplexität der Schaltung nicht weit verbreitet. Als optimal gilt die Lademethode mit stabilem Ladestrom. Geräte, die diese Methode implementieren, können problemlos mit Knoten ausgestattet werden, mit denen Sie den Ladevorgang automatisieren können. Zu dieser Gruppe von Ladegeräten gehört auch das, was im Folgenden beschrieben wird. Das Gerät (siehe Diagramm) basiert auf einem Push-Pull-Halbbrücken-Pulswandler (Wechselrichter) auf leistungsstarken Transistoren VT4 und VT5, der auf der Niederspannungsseite von einem Pulsweitenregler DA1 gesteuert wird. Solche Wandler, die einer Erhöhung der Versorgungsspannung und einer Änderung des Lastwiderstands standhalten, haben sich in der Stromversorgung moderner Computer bestens bewährt. Da im SHI-Controller K1114EU4 [2] zwei Fehlerverstärker vorhanden sind, sind keine zusätzlichen Mikroschaltungen zur Steuerung des Ladestroms und der Ausgangsspannung erforderlich.
Die Hochgeschwindigkeitsdioden VD14, VD15 schützen den Kollektorübergang der Transistoren VT4, VT5 vor Sperrspannung an der Wicklung I des Transformators T2 und leiten die Emissionsenergie zurück zur Stromquelle. Dioden müssen eine Mindesteinschaltzeit haben. Der Thermistor R1 begrenzt den Ladestrom der Kondensatoren C4, C5, wenn das Gerät an das Netzwerk angeschlossen ist. Der Netzfilter C1C2C3L1 dient zur Unterdrückung von Störungen durch den Wechselrichter. Die Schaltkreise R19R21C12VD8 und R20R22C13VD9 werden verwendet, um das Schließen von Schalttransistoren durch Anlegen einer negativen Spannung an ihren Basiskreis zu erzwingen. Dadurch werden Schaltverluste reduziert und der Wirkungsgrad des Wandlers erhöht. Der Kondensator C8 verhindert die Magnetisierung des Magnetkreises des Transformators T2 aufgrund der ungleichen Kapazität der Kondensatoren C4 und C5. Die R17C11-Schaltung trägt dazu bei, die Amplitude von Spannungsstößen an der Wicklung I des Transformators T2 zu reduzieren. Der Transformator T1 entkoppelt die Sekundärkreise galvanisch vom Netz und überträgt Steuerimpulse an den Basiskreis der Schalttransistoren. Wicklung III sorgt für eine proportionale Stromsteuerung. Durch den Einsatz der Transformatorisolation konnte der Betrieb des Gerätes sicher gemacht werden. Der Ladestromgleichrichter besteht aus Dioden KD2997A (VD10, VD11), die bei einer relativ hohen Betriebsfrequenz des Wandlers arbeiten können. Widerstand R25 - Stromsensor. Die Spannung dieses Widerstands, die an den nichtinvertierenden Eingang des ersten Reglerfehlerverstärkers DA1 angelegt wird, wird mit der Spannung an seinem invertierenden Eingang verglichen, die durch den Widerstand R2 „Ladestrom“ eingestellt wird. Wenn sich das Fehlersignal ändert, ändern sich das Tastverhältnis der Steuerimpulse, die Offenzeit der Schalttransistoren des Wechselrichters und damit die an die Last übertragene Leistung. Die Spannung vom Teiler R23R24, proportional zur Spannung an der zu ladenden Batterie, wird dem nichtinvertierenden Eingang des zweiten Fehlerverstärkers zugeführt und mit der Spannung am Widerstand R5 verglichen, die an den invertierenden Eingang dieses Verstärkers angelegt wird. Dadurch wird die Ausgangsspannung geregelt. Dadurch wird ein starkes Sieden des Elektrolyten am Ende des Ladevorgangs durch Reduzierung des Ladestroms vermieden. Der SHI-Controller verfügt über eine eingebaute stabile Spannungsquelle von 5 V, die alle Spannungsteiler speist, die die erforderliche Spannung am Ausgang des Geräts und den Ladestrom einstellen. Da der DA1-Chip über den Ausgang des Geräts mit Strom versorgt wird, ist es nicht akzeptabel, die Ausgangsspannung des Geräts auf 8 V zu reduzieren – in diesem Fall stoppt die Stabilisierung des Ladestroms und er kann den maximal zulässigen Wert überschreiten. Solche Situationen werden durch einen Knoten ausgeschlossen, der auf einem VT3-Transistor und einer VD12-Zenerdiode aufgebaut ist. Er blockiert das Einschalten des Ladegeräts, wenn es mit einer fehlerhaften oder stark entladenen Batterie (mit einer EMF von weniger als 9 V) geladen wird. Die Zenerdiode und damit der Knotentransistor bleiben geschlossen und der DTC-Eingang (Pin 4) des DA1-Chips ist über den Widerstand R7 mit dem Uref-Ausgang der eingebauten Referenzspannungsquelle (Pin 14) verbunden. Gleichzeitig beträgt die Spannung am DTC-Eingang mindestens 3 V und die Impulsbildung ist untersagt. Wenn eine gesunde Batterie an den Ausgang des Geräts angeschlossen wird, öffnet sich die Zenerdiode VD12, gefolgt vom Transistor VT3, wodurch der DTC-Eingang des Controllers mit einem gemeinsamen Kabel verbunden wird und dadurch die Bildung von Impulsen an den Ausgängen C1, C2 ermöglicht wird ( offener Kollektor). Die Pulswiederholungsrate beträgt etwa 60 kHz. Nach der Stromverstärkung durch die Transistoren VT1, VT2 werden sie über den Transformator T1 an die Basis der Schalttransistoren VT4 und VT5 übertragen. Die Pulsfolgefrequenz wird durch die Elemente R10 und C9 bestimmt. Sie wird nach der Formel F=1,1/R10·C9 berechnet. Die Dioden KD257B können durch RL205, KD2997A ersetzt werden – durch andere, einschließlich Schottky-Dioden mit einer Sperrspannung von mehr als 50 V und einem gleichgerichteten Strom von mehr als 20 A, FR155 – durch Hochgeschwindigkeits-Pulsdioden FR205, FR305 und auch UF4005. Der SHI-Controller K1114EU4 hat viele ausländische Analoga – TL494IN [3], DBL494, GLRS494, IR2M02, KA7500. Anstelle von KT886A-1 eignen sich die Transistoren KT858A, KT858B oder KT886B-1. Transformatoren sind die kritischsten und arbeitsintensivsten Elemente eines jeden Impulsumrichters. Von der Qualität ihrer Herstellung hängen nicht nur die Eigenschaften des Geräts, sondern auch seine Gesamtleistung ab. Der Transformator T1 ist auf einen ringförmigen Magnetkreis der Größe K20x12x6 aus M2000NM-Ferrit gewickelt. Wicklung I ist mit Draht PEV-2 0,4 gleichmäßig über den gesamten Ring gewickelt und enthält 2x28 Windungen; Wicklungen II und IV - jeweils 9 Windungen PEV-2-Draht 0,5. Wicklung III – zwei Windungen MGTF-0,8-Draht. Die Wicklungen sind durch zwei Lagen dünnes PTFE-Band voneinander und vom Magnetkreis isoliert. Der T2-Transformator ist auf einen gepanzerten Magnetkreis Ш10х10 aus Ferrit M2000NM (oder noch besser M2500HMC) gewickelt; auch ein ringförmiger Magnetkreis mit ähnlichem Querschnitt ist geeignet. Wicklung I enthält 35 Windungen PEV-2 0,8-Draht und Wicklung II - 2x4 Windungen eines Bündels mit einem Querschnitt von mindestens 4 mm2 aus mehreren PEV-2- oder PEL-Drähten. Wenn der Transformator zwangsweise abgekühlt wird, kann sich der Querschnitt des Bündels verringern. Es ist zu beachten, dass nicht nur die Zuverlässigkeit des Geräts, sondern auch die Sicherheit seines Betriebs von der Qualität der Wicklungsisolierung von Transformatoren abhängt, da diese Isolierung die Sekundärkreise von der Netzspannung trennt. Daher sollten Sie es nicht aus improvisierten Materialien – Geschenkpapier, Klebeband usw. – herstellen und es noch mehr vernachlässigen, wie es unerfahrene Funkamateure manchmal tun. Am besten verwenden Sie dünnes Fluorkunststoffband oder Kondensatorpapier von Hochspannungskondensatoren und legen es in 2-3 Lagen auf. Montieren Sie das Gerät in einer Metallbox geeigneter Größe. Die Transistoren VT4 und VT5 werden auf Kühlkörpern mit einer Oberfläche von mindestens 100 cm2 installiert. Die Dioden VD10, VD11 bieten außerdem einen gemeinsamen Kühlkörper mit einer Oberfläche von mindestens 200 cm2. Die Wände des Gerätekastens als Kühlkörper sowie der gemeinsame Kühlkörper für Dioden und Transistoren sollten aus Gründen des sicheren Betriebs des Ladegeräts nicht genutzt werden. Kühlkörper können durch Zwangskühlung mit einem Lüfter drastisch verkleinert werden. Um einen Konverter einzurichten, benötigen Sie einen LATR, ein Oszilloskop, eine funktionierende Batterie und zwei Messgeräte – ein Voltmeter und ein Amperemeter (bis 20 A). Wenn der Funkamateur über einen Trenntransformator 220 V x 220 V mit einer Leistung von mindestens 300 W verfügt, sollte das Gerät über diesen eingeschaltet werden – das Arbeiten ist sicherer. Zunächst wird über einen temporären Strombegrenzungswiderstand mit einem Widerstand von 1 Ohm und einer Leistung von mindestens 75 W (oder eine Autolampe mit einer Leistung von 40-60 W) eine Batterie an den Ausgang des Geräts angeschlossen und sichergestellt, dass am Uret-Ausgang (Pin 5) des SHI-Controllers eine positive Spannung von 14 V anliegt. Schließen Sie das Oszilloskop an die Ausgänge C1 und C2 (Pins 8 und 11) des Controllers an und beobachten Sie die Steuerimpulse. Der Motor des Widerstands R2 wird gemäß dem Schema auf die niedrigste Position eingestellt (minimaler Ladestrom) und eine Spannung von 36..48 V wird vom LATR an den Netzwerkeingang des Geräts geliefert. Die Transistoren VT4 und VT5 sollten nicht sehr heiß werden. Das Oszilloskop kontrolliert die Spannung zwischen Emitter und Kollektor dieser Transistoren. Wenn an der Vorderseite der Impulse Überspannungen auftreten, sollten Sie schnellere Dioden VD14, VD15 verwenden oder die Elemente R17 und C11 des Dämpfungskreises genauer auswählen. Es ist zu beachten, dass nicht alle Oszilloskope Messungen in galvanisch mit dem Netzwerk verbundenen Stromkreisen ermöglichen. Bedenken Sie außerdem, dass einige Elemente des Geräts unter Netzspannung stehen – das ist nicht sicher! Wenn alles in Ordnung ist, wird die Spannung am Netzeingang durch LATR stufenlos auf 220 V erhöht und der Betrieb der Transistoren VT4, VT5 mit einem Oszilloskop überwacht. Der Ausgangsstrom sollte in diesem Fall 3 A nicht überschreiten. Durch Drehen des Schiebereglers des Widerstands R2 stellen Sie sicher, dass sich der Strom am Ausgang des Geräts gleichmäßig ändert. Als nächstes wird ein temporärer Strombegrenzungswiderstand (oder eine Lampe) aus dem Ausgangskreis entfernt und die Batterie direkt an den Ausgang des Geräts angeschlossen. Die Widerstände R4, R6 sind so ausgewählt, dass die Grenzen für die Änderung des Ladestroms durch den Regler R2 0,5 und 25 A betragen. Stellen Sie die maximale Ausgangsspannung auf 15 V ein, indem Sie den Widerstand R5 auswählen. Der Reglerknopf R2 ist mit einer Skala ausgestattet, die auf Ladestromwerte kalibriert ist. Sie können das Gerät mit einem Amperemeter ausstatten. Die Box und alle nicht stromführenden Metallteile des Ladegeräts müssen während des Betriebs zuverlässig geerdet sein. Es wird nicht empfohlen, ein funktionierendes Ladegerät längere Zeit unbeaufsichtigt zu lassen. Literatur
Autor: V. Sorokoumov, Sergiev Posad
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