Netzteile mit Kondensator-Spannungsteiler. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Eine Netzstromversorgung mit einem Löschkondensator (Abb. 1) ist in der Tat ein Spannungsteiler, bei dem die obere Schulter ein Kondensator und die untere eine komplexe nichtlineare Dioden-Widerstands-Kondensator-Schaltung ist. Dies bestimmt die Nachteile (und natürlich Vorteile) solcher Geräte.

Ris.1

Damit die Quelle in einem weiten Laststrombereich mit hohem Wirkungsgrad arbeiten kann, reicht es aus, den Eingangsspannungsteiler rein reaktiv zu gestalten, beispielsweise einen Kondensator (Abb. 2). Es ermöglicht Ihnen, die Ausgangsspannung der Quelle zusätzlich mit einem in Reihe geschalteten Kompensations- oder Schaltregler zu stabilisieren, was bei einer herkömmlichen Quelle mit Löschkondensator nicht möglich ist. Wie im Artikel von S. Biryukov „Berechnung einer Netzstromversorgung mit einem Löschkondensator“ – „Radio“, 1997, Nr. 5, S. 48-50, - Ein serieller Stabilisator kann nur verwendet werden, wenn die Spannung an seinem Eingang begrenzt ist, was den Wirkungsgrad wiederum erheblich verringert.

Ris.2

Für den gemeinsamen Betrieb mit Schaltreglern empfiehlt sich die Verwendung einer Quelle mit Kondensator-Spannungsteiler. Es ist ideal für ein Gerät, das lange Zeit wenig Strom verbraucht, aber irgendwann einen starken Anstieg erfordert. Ein Beispiel ist ein Wohnungswächter auf Mikroschaltungen "MOS" mit einer Betätigungseinheit an einem Relais und einem akustischen Signalgeber.

Der vom Kondensatorteiler gezogene Strom hat eine Phasenverschiebung von 90 Grad. relativ zur Netzspannung, sodass der Spannungsteiler an den reaktiven Elementen nicht gekühlt werden muss. Basierend auf dem Vorhergehenden scheint es, dass der Strom durch den Teiler beliebig groß gewählt werden kann. Eine ungerechtfertigte Erhöhung des Teilerstroms führt jedoch zu aktiven Verlusten in den Drähten und zu einer Erhöhung der Masse und des Volumens des Geräts. Daher ist es ratsam, den Strom durch den Spannungsteiler innerhalb von 0,5 ... 3 des maximalen Laststroms zu nehmen.

Die Berechnung einer Quelle mit kapazitivem Teiler ist einfach. Wie sich aus Formel (2) in dem genannten Artikel ergibt, stehen die Ausgangsspannung Uout und der Gesamtausgangsstrom (Zenerdiode und Last Iout) der Quelle nach Schema 1,a wie folgt in Beziehung:

Iout = 4fC1(2Uc-Uout).

Diese Formel eignet sich auch zur Berechnung einer Quelle mit Kondensatorteiler, in der Sie C1 nur durch die Gesamtkapazität der parallel geschalteten Kondensatoren C1 und C2 ersetzen müssen, wie in Abb. 2. ein Uc - auf Uc2x (Spannung am Kondensator C2 bei RH = °°), d.h. Uc2x = = Uc-C1 / (C1 + C2). Dann ist 1out = 4f(C1+C2)xx[Uc-C1-i/2/(C1+C2)-Unbix] oder nach offensichtlichen Transformationen 1out = 4f-C1 [Uc^2 --out(1+C2/C1) ].

Da sich der Spannungsabfall über den Dioden der Brücke Ud bei kleinen Werten von Kout bemerkbar macht, erhalten wir schließlich 1out \u4d 1f-C2 [Uc ^ / 2- (Cout + 1Cd) (2 + + C1 / CXNUMX)] .

Aus der Formel ist ersichtlich, dass bei Рн=0 (d. h. bei Uout=0) der Strom Iout, wenn wir den Spannungsabfall an den Dioden vernachlässigen, derselbe bleibt wie bei der nach Schema 1,a aufgebauten Stromquelle . Die Spannung am Ausgang ohne Last sinkt: Uauxx = =Uc-C1^/2/(C1+C2)-2Un.

Die Kapazität und Betriebsspannung des Kondensators C2 wird anhand der erforderlichen Ausgangsspannung ausgewählt – das Verhältnis der Kapazitätswerte C1/C2 ist umgekehrt proportional zu den Werten der an C1 und C2 abfallenden Spannung. Wenn beispielsweise C1" = 1 μF und C2 = 4 μF, dann ist die Spannung Uc1 gleich 4/5 der Netzspannung und Uc2 = Uc / 5, was 220 und 186 V bei einem Netz entspricht Spannung von Uc = 44 V. Es ist zu berücksichtigen, dass der Amplitudenwert der Spannung fast 1,5-mal höher ist als der aktuelle, und Kondensatoren für die entsprechende Nennspannung auszuwählen.

Trotz der Tatsache, dass Kondensatoren in einem Wechselstromkreis theoretisch keinen Strom verbrauchen, kann in Wirklichkeit aufgrund vorhandener Verluste etwas Wärme in ihnen erzeugt werden. Die Tauglichkeit des Kondensators für den Einsatz in der Quelle können Sie vorab prüfen, indem Sie ihn einfach ans Netz anschließen und nach einer halben Stunde die Gehäusetemperatur abschätzen. Wenn der Kondensator C1 Zeit hat, sich merklich aufzuwärmen, sollte er als ungeeignet für die Verwendung in der Quelle angesehen werden.

Spezielle Kondensatoren für industrielle Elektroinstallationen erwärmen sich praktisch nicht - sie sind auf hohe Blindleistung ausgelegt. Solche Kondensatoren werden in Leuchtstofflampen, in Vorschaltgeräten von asynchronen Elektromotoren usw. verwendet.

Ris.3

Nachfolgend zwei praktische Stromversorgungsschaltungen mit Kondensatorteiler: eine Fünf-Volt-Universalschaltung (Abb. 3) für einen Laststrom von bis zu 0,3 A und eine unterbrechungsfreie Stromversorgung für elektronisch-mechanische Quarzuhren (Abb. 4).

Ris.4

Der Spannungsteiler einer Fünf-Volt-Quelle besteht aus einem Papierkondensator C1 und zwei Oxidkondensatoren C2 und C3, die eine unpolare Schulter mit einer Kapazität von 100 Mikrofarad bilden. Die Polarisationsdioden für das Oxidpaar sind nach dem Schema linkshändige Brückendioden. Bei den im Diagramm angegebenen Nennwerten der Elemente beträgt der Stromkreis (bei Rn = 0) 600 mA, die Spannung am Kondensator C4 ohne Last 27 V.

Elektronisch-mechanische Uhren werden üblicherweise von einer einzelnen galvanischen Zelle mit einer Spannung von 1,5 V gespeist. Die vorgeschlagene Quelle erzeugt eine Spannung von 1,4 V bei einem durchschnittlichen Laststrom von 1 mA. Die vom C1C2-Teiler entfernte Spannung richtet den Knoten an den Elementen VD1, VD2, C3 gleich. Ohne Last überschreitet die Spannung am Kondensator C3 12 V nicht.

Autor: O. Khovaiko, Moskau; Veröffentlichung: N. Bolshakov, rf.atnn.ru

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