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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Stabilisierung Uout-Kondensator-Gleichrichter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Überspannungsschutz Nach den neuesten Veröffentlichungen [1...5] zu urteilen, lässt das Interesse der Funkamateure an transformatorlosen Kleinleistungsgleichrichtern mit Löschkondensator nicht nach. Tatsächlich sind sie mit Lastleistungen in Bruchteilen und Einheiten von Watt effizienter als Geräte mit Netztransformator oder mit Hochfrequenzwandler. Der Nachteil der veröffentlichten Konstruktionen von Kondensatorgleichrichtern ist die starke Abhängigkeit ihrer Ausgangsspannung vom Vorhandensein oder Abschalten der Last und ihrer Größe. Diese Abhängigkeit wird üblicherweise dadurch beseitigt, dass am Gleichrichterausgang eine Zenerdiode eingebaut wird, die sowohl ein Spannungsstabilisator als auch ein unerwünschtes Lastvorschaltgerät ist, da. verbraucht einen Strom, der dem Laststrom entspricht. Erhebliche Energie wird nutzlos verbraucht, und er muss auf einen Heizkörper gestellt werden. In [2] wurde ein Strahler mit einer Fläche von 25 cm2 benötigt. Der Kühler erhöht die Abmessungen und das Gewicht des Gleichrichters, was der zweite Nachteil ist. In [4] löste der Autor das erste Problem teilweise, indem er nicht einen, sondern zwei Netzwerkkondensatoren im Eingangskreis verwendete, die als Kondensatorteiler geschaltet wurden. Dies führte zu einer Erhöhung der Kapazität der Löschkondensatoren und dementsprechend der Abmessungen und des Gewichts. Außerdem hat sich der Blindstromanteil im Netz erhöht, was ebenfalls unerwünscht ist. Ich biete einen trafolosen Kondensatorgleichrichter mit Selbststabilisierung der Ausgangsspannung in allen möglichen Betriebsarten (von Leerlauf bis Nennlast) ohne die aufgeführten Nachteile an. Dies wurde durch eine grundlegende Änderung des Prinzips der Erzeugung der Ausgangsspannung erreicht - nicht durch den Spannungsabfall aus den Stromimpulsen der gleichgerichteten Halbwellen der Netzspannung über dem Zenerdiodenwiderstand, wie bei den beschriebenen Geräten (Abb 1), sondern aufgrund einer Änderung des Zeitpunkts der Verbindung der Diodenbrücke mit dem Speicherkondensator C2 ( Fig.2).
Bei den beschriebenen Geräten ist diese Zeit konstant und gleich der vollen Periode der Netzspannung. Wenn der Ausgang der Brücke mit dem Schlüssel K für einen Teil der Dauer der Halbwelle des Netzwerks kurzgeschlossen wird, und im verbleibenden Teil der Halbwelle, wird der Schlüssel K geöffnet, und zwar zu diesem Zeitpunkt Der Ausgangsstrom der Brücke lädt den Kondensator C2 auf, dann hängt die Spannung daran vom Anteil dieses verbleibenden Teils in Bezug auf die gesamte Halbwelle des Netzwerks ab . Und wenn Sie wie bei PWM die Zeit des geöffneten Zustands der Taste abhängig von der Spannung an C2 automatisch ändern, können Sie eine automatische Stabilisierung der Ausgangsspannung des Kondensatorgleichrichters erhalten. Das Diagramm eines stabilisierten Kondensatorgleichrichters ist in Abb. 3 dargestellt. Parallel zum Ausgang der Diodenbrücke ist der Transistor VT1 geschaltet, der im Schlüsselmodus arbeitet (Schlüssel K in Fig. 2).
Die Basis des Schlüsseltransistors VT1 ist über ein Schwellenelement (Zenerdiode VD3) mit einem Speicherkondensator C2 verbunden, der durch eine Diode VD2 im Gleichstrom vom Ausgang der Brücke getrennt ist, um eine schnelle Entladung zu verhindern, wenn VT1 offen ist. Solange die Spannung an C2 kleiner als die Stabilisierungsspannung VD3 ist, arbeitet der Gleichrichter in bekannter Weise. Wenn die Spannung an C2 ansteigt und VD3 öffnet, öffnet auch der Transistor VT1 und überbrückt den Ausgang der Gleichrichterbrücke. Dadurch sinkt die Spannung am Ausgang der Brücke abrupt auf nahezu Null, was zu einer Abnahme der Spannung an C2 und dem anschließenden Abschalten der Zenerdiode und des Schalttransistors führt. Außerdem steigt die Spannung am Kondensator C2 wieder an, bis die Zenerdiode und der Transistor eingeschaltet werden usw. Diese Prozesse sorgen für eine automatische Stabilisierung der Ausgangsspannung. Im Leerlaufmodus des Gleichrichters ist der Schlüsseltransistor VT1 für den größten Teil der Halbwelle der Netzspannung geöffnet, und schmale Stromimpulse mit einer langen Pause treffen am Speicherkondensator C2 ein (Abb. 4a). Wenn die Last angeschlossen ist, nimmt die Dauer des offenen Zustands des Transistors ab (Abb. 4b). Dies führt zu einer Erhöhung der Dauer des Stromimpulses, der durch VD2 zu C2 kommt, und zu einer Erhöhung der Spannung darüber, d. h. um die Ausgangsspannung auf dem gleichen Niveau zu halten. Der Vorgang der Selbststabilisierung der Ausgangsspannung ist dem Betrieb eines Schaltspannungsreglers mit Pulsweitenregelung sehr ähnlich. Nur bei der vorgeschlagenen Vorrichtung ist die Pulswiederholrate gleich der Spannungswelligkeitsfrequenz an C2 (in der Schaltung in Fig. 3 beträgt diese Frequenz 100 Hz).
Der Schlüsseltransistor VT1 zur Reduzierung von Verlusten sollte eine hohe Verstärkung aufweisen, z. B. Composite KT972A, KT829A, KT827A usw. Der nach dem Schema von Abb. 3 zusammengebaute stabilisierte Gleichrichter liefert die Ausgangsspannung: - im Leerlauf - 11,68 V; - bei einer Last von 290 Ohm - 11,6V- Eine so kleine Differenz der Ausgangsspannungen (nur 0,08 V) bestätigt die gute Stabilisierung der Ausgangsspannung und die richtige Wahl des Kapazitätswerts des Löschkondensators C1 für diese Last. Bei einer Verringerung seiner Kapazität auf 0,5 μF erreicht dieser Unterschied 0,16 V. Die Brummspannung bei einer Last von 290 Ohm überschreitet 40 mV nicht. Dieser Wert wird durch die Kapazität des Glättungskondensators C2 und die Empfindlichkeit der Basisschaltung VT1 bestimmt. Sie können die Ausgangsspannung des Gleichrichters erhöhen, indem Sie eine Zenerdiode mit höherer Spannung oder zwei in Reihe geschaltete mit niedriger Spannung verwenden. Mit zwei Zenerdioden D814V und D814D und einer Kapazität des Kondensators C1 von 2 μF kann die Ausgangsspannung an einer Last mit einem Widerstand von 250 Ohm 23 ... 24 V betragen. Die angegebenen Beispiele zeigen, wie die Elemente eines transformatorlosen Kondensatorgleichrichters für die erforderliche stabilisierte Spannung bei einer bestimmten Last experimentell ausgewählt werden. Nach dem vorgeschlagenen Verfahren ist es möglich, die Ausgangsspannung eines Einweg-Dioden-Kondensator-Gleichrichters zu stabilisieren, der beispielsweise nach dem Schema von Abb. 5 hergestellt wird. Bei einem Gleichrichter mit positiver Ausgangsspannung wird ein NPN-Transistor KT1A oder KT972A parallel zur VD829-Diode geschaltet und vom Gleichrichterausgang über die Zenerdiode VD3 gesteuert.
Wenn der Kondensator C2 eine Spannung erreicht, die dem Moment entspricht, in dem die Zenerdiode öffnet, öffnet auch der Transistor VT1. Als Ergebnis nimmt die Amplitude der positiven Halbwelle der Spannung, die C2 über die Diode VD2 zugeführt wird, fast auf Null ab. Wenn die Spannung an C2 abnimmt, schließt der Transistor VT1 dank der Zenerdiode, was zu einer Erhöhung der Ausgangsspannung führt. Begleitet wird der Vorgang von einer Pulsweitenregelung der Pulsdauer am Eingang VD2, ähnlich wie es beim Gleichrichter gemäß der Schaltung in Abb.3 geschieht. Folglich bleibt die Spannung am Kondensator C2 sowohl im Leerlauf als auch unter Last stabil. In einem Gleichrichter mit negativer Ausgangsspannung müssen Sie parallel zur VD1-Diode den p-n-p-Transistor KT973A oder KT825A einschalten. Die stabilisierte Ausgangsspannung an einer Last mit einem Widerstand von 470 Ohm beträgt etwa 11 V, die Brummspannung beträgt 0,3 ... 0,4 V. Bei beiden vorgeschlagenen Versionen des transformatorlosen Gleichrichters arbeitet die Zenerdiode bei einem Strom von wenigen Milliampere, der in keiner Beziehung zum Laststrom des Gleichrichters steht, mit einer Streuung der Kapazität des Löschkondensators und Schwankungen der Netzspannung. Daher werden die darin enthaltenen Verluste erheblich reduziert und es ist keine Wärmeabfuhr erforderlich. Der Schlüsseltransistor benötigt auch keinen Strahler. Die Widerstände R1, R2 in Abb. 3 und 5 begrenzen den Eingangsstrom bei Transienten in dem Moment, in dem das Gerät an das Netzwerk angeschlossen wird. Durch das unvermeidliche „Prellen“ der Kontakte von Netzstecker und Steckdose geht der Schaltvorgang mit einer Reihe von Kurzschlüssen und Stromunterbrechungen einher. Bei einem dieser Kurzschlüsse kann sich der Löschkondensator C1 bis zum vollen Amplitudenwert der Netzspannung aufladen, also Bis zu ca. 300 V. Nach einer Unterbrechung und anschließendem Kurzschluss durch „Bounce“ kann sich diese zusammen mit der Netzspannung auf insgesamt ca. 600 V summieren. Dies ist der ungünstigste Fall, der berücksichtigt werden muss, um einen zuverlässigen Betrieb zu gewährleisten des Geräts. Konkretes Beispiel: Der maximale Kollektorstrom des KT972A-Transistors beträgt 4 A, daher sollte der Gesamtwiderstand der Begrenzungswiderstände betragen 600V/4A=150 Ohm. Um Verluste zu reduzieren, kann der Widerstandswert des Widerstands R1 auf 51 Ohm und des Widerstands R2 auf 100 Ohm gewählt werden. Ihre Verlustleistung beträgt nicht weniger als 0,5 W. Der zulässige Kollektorstrom des KT827A-Transistors beträgt 20 A, daher ist der Widerstand R2 optional. Literatur 1. Dorofeev M. Transformatorlos mit Löschkondensator. - Radio, 1995, N1, S. 41,42; #2, S. 36,37. Autor: N. Tsesaruk, Tula; Veröffentlichung: N. Bolschakow, rf.atnn.ru
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