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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK 1-Kilowatt-Stromversorgung für ULF. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile In Amateurfunkzeitschriften sind Schaltnetzteile mit einer Leistung von mehr als 500 W nicht üblich. Daher wurde ein schaltstabilisiertes Netzteil mit folgenden Parametern entwickelt:
Ein schematisches Diagramm eines Schaltnetzteils (USV) ist in Abb. 1 dargestellt. eines.
Die Schaltung basiert auf dem DAI TL494CN-Chip der Controller-Familie mit Pulsweitenmodulation. Diese Mikroschaltung wird in der USV von Computern verwendet und hat sich sehr gut bewährt. Betrachten Sie seinen Betrieb in der Wandlerschaltung genauer. Der TL494CN enthält einen Fehlerverstärker, einen eingebauten variablen Oszillator, einen Totzeitanpassungskomparator, einen Steuertrigger, eine 5-V-Präzisionsreferenz und einen Ausgangsstufentreiber. Der Fehlerverstärker gibt eine Gleichtaktspannung im Bereich von 0,3...2 V aus. Der Komparator zur Anpassung der Totzeit hat einen konstanten Offset, der die minimale Totzeit auf etwa 5 % der Ausgangsimpulsbreite begrenzt. Unabhängige Ausgangstreiber auf Transistoren bieten die Möglichkeit, die Ausgangsstufe in Emitterschaltung zu betreiben. Der Strom der Ausgangstransistoren der Mikroschaltung beträgt bis zu 200 mA. TL494CN ist bei einer Versorgungsspannung von 7 ... 40 V betriebsbereit. 2 zeigt den Schaltkreis des Mikroschaltkreises und den strukturellen Aufbau seiner internen Schaltkreise.
Wenn Strom angelegt wird, werden der Sägezahnspannungsgenerator 2 und die Referenzspannungsquelle 5 gestartet. Die Sägezahnspannung vom Ausgang des Generators 2 (Abb. 3a) wird den invertierenden Eingängen der Komparatoren 3 und 4 zugeführt. Der nichtinvertierende Eingang Der Komparator 4 erhält Spannung vom Fehlerverstärker 1. Da am Ausgang in diesem Moment noch keine Spannung von der Stromversorgung anliegt, ist das Rückkopplungssignal vom Teiler R2R4 zum nichtinvertierenden Eingang des Fehlerverstärkers Null. Der invertierende Eingang dieses Verstärkers wird vom Teiler R5R7 mit einer positiven Spannung versorgt, an den bereits die Referenzspannung Uop vom ION-Ausgang angeschlossen ist. Die Ausgangsspannung des Fehlerverstärkers 1 ist zunächst Null, steigt aber mit zunehmender Spannung im Rückkopplungskreis vom Teiler R2R4 an. Auch die Spannung am Ausgang des Fehlerverstärkers steigt. Daher hat die Ausgangsspannung des Komparators 4 die Form einer Folge von Impulsen mit zunehmender Breite (Abb. 3,6). Der nichtinvertierende Eingang des Komparators 3, der eine Pause liefert, ist mit Pin 4 der Mikroschaltung verbunden. Dieser Pin wird mit Spannung von einem externen RC-Schaltkreis C2R3 versorgt, der mit dem Referenzspannungsbus Uorr verbunden ist. Wenn die Referenzspannung erscheint, wird sie an diesen Schaltkreis angelegt. Wenn der Kondensator C2 geladen wird, nimmt der Strom durch ihn und den Widerstand R3 ab: Die Spannung Uop am Widerstand R3 hat die Form einer fallenden Exponentialfunktion (Abb. 3, c). Die Ausgangsspannung des Komparators 3 ist eine Folge von Impulsen mit abnehmender Breite ( Abb. 3, d) Aus dem Diagramm der Ausgangsspannungen der Komparatoren 3 und 4 (Abb. 3,6, d) ist ersichtlich, dass sie einander entgegengesetzt sind. Die Ausgangsspannungen der Komparatoren 3 und 4 werden in das Logikelement „2OR“ eingegeben. Daher wird die Impulsbreite am Ausgang des Logikelements durch den breitesten Eingangsimpuls bestimmt. Die Ausgangsspannung des „2OR“-Elements ist in Abb. dargestellt. 3d, woraus folgt, dass zu Beginn die Breite der Ausgangsimpulse des Komparators 3 die Breite der Ausgangsimpulse des Komparators 4 überschreitet, sodass das Umschalten des Komparators 4 die Breite des Ausgangsimpulses des „2OR“ nicht beeinflusst " Element. Im Zeitintervall (t0; t1) (Abb. 3a) spielt die Ausgangsspannung des Komparators 3 die entscheidende Rolle. In Abb. 3, f, g zeigt die Ausgangsimpulse an den Kollektoren der Transistoren VT1, VT2. Die Breite dieser Impulse nimmt im Intervall (t0; t1) allmählich zu. Zum Zeitpunkt t1 wird der Ausgangsimpuls des Komparators 3 mit dem Ausgangsimpuls des Komparators 4 verglichen. In diesem Fall wird die Steuerung des „2OR“-Logikelements vom Komparator 3 auf den Komparator 4 übertragen, da seine Ausgangsimpulse beginnen, die Breite zu überschreiten der Ausgangsimpulse des Komparators 3. Somit steigen im Zeitraum (t0; t1) die Ausgangsimpulse an den Kollektoren der Transistoren VT1, VT2 sanft an und sorgen für einen sanften Start des Spannungswandlers.
Vor dem Einschalten jeder USV muss der Kondensator C2 (Abb. 2), der einen reibungslosen Start gewährleistet, entladen werden. Es ist Zeit, sich dem allgemeinen Diagramm von Abb. zuzuwenden. 1 Spannungswandler. Die Funktion des darin enthaltenen Sanftanlaufkondensators übernimmt der Kondensator C3. Wenn die Stromversorgung unterbrochen wird, entlädt sich der Kondensator schnell über den Widerstand R1, die Basis-Kollektor-Verbindung des Transistors VT1 und die Diode VD1. Die Transistoren VT1, VT2 übernehmen die Funktion des Auslöseschutzes. Wenn eine Entriegelungsspannung an die Basis des Transistors VT2 angelegt wird, öffnet dieser. Gleichzeitig öffnet der Transistor VT1, überbrückt den Kondensator C3 und blockiert somit den Betrieb des Spannungswandlers. Die Spannung vom Kollektor des Transistors VT1 über die Schaltung R4VD2 hält den Transistor VT2 offen. Der Auslöseschutz wird erst nach Wegnahme der Versorgungsspannung ausgeschaltet. Als Leistungsschalter werden leistungsstarke Feldeffekttransistoren mit einer relativ großen Gate-Source-Kapazität verwendet. Daher werden zur Steuerung dieser Transistoren zwei Schalterblöcke an den Transistoren VT3, VT5, VT7 und VT4, VT6, VT8 verwendet. Betrachten Sie die Arbeit von einem von ihnen. Wenn an Pin 8 des DAI-Chips eine hohe Spannung anliegt (der Transistor im Chip ist geschlossen), öffnen die Feldeffekttransistoren VT3 und VT7. Letzteres überbrückt die Gate-Kapazität des Transistors VT9 und entlädt ihn sofort. Der Transistor VT5 ist geschlossen. Sobald an Pin 8 der Mikroschaltung eine niedrige Spannung angelegt wird, schließen die Transistoren VT3 und VT7, und VT5 öffnet und eine Entriegelungsspannung wird an das Gate des Transistors VT9 angelegt. Der Widerstand R18 verhindert den Ausfall der Transistoren VT5, VT7, wenn einer von ihnen geschlossen und der andere nicht vollständig geöffnet ist. Spannungsoszillogramme an den Gates der Transistoren VT9, VT10 sind in Abb. dargestellt. 3,3, d.h. Die Gate-Schaltkreise der Transistoren VT9, VT10 umfassen Widerstände R20, R21, die zusammen mit den Gate-Kapazitäten einen Tiefpassfilter bilden, der den Pegel der Oberwellen beim Öffnen der Tasten reduziert. Die Schaltungen R22, R23, C8, C9, VD5-VD8 dienen auch der Reduzierung von Oberschwingungen im Umrichterbetrieb. Die Primärwicklung des Transformators T1 ist mit den Drain-Kreisen der Transistoren VT9, VT10 verbunden. Zur Stabilisierung der Wandlerspannung wird die Rückspeisespannung aus der Wicklung III des Transformators entfernt. Über einen Teiler an den Widerständen R7, R8 gelangt es zum DA1-Chip. Mit dem Widerstand R10 kann die Ausgangsspannung der USV in kleinen Grenzen reguliert werden. Die Elemente R6, C4 bestimmen die Betriebsfrequenz des internen Sägezahnspannungsgenerators der DA1-Mikroschaltung (bei den im Diagramm angegebenen Nennwerten liegt diese Frequenz nahe bei 50 kHz). Durch Änderung des Widerstandswerts des Widerstands R6 und der Kapazität des Kondensators C4 ist es möglich, falls erforderlich, die Frequenz des Spannungswandlers zu ändern. Der Leistungsteil der Schaltung wird über den Netzfilter C10, Cl1, L1, den Gleichrichter VD4 und die Kondensatoren C12, C13 gespeist. Der Widerstand R24 entlädt den Siebkondensator im Abschaltwandler. Der Chip DA1 und die Tasten an den Transistoren VT3-VT8 werden von einer stabilisierten Stromversorgung an den Elementen T2, VD3, C5-C7 und dem Stabilisator DA2 gespeist. Der Widerstand R25 dient dazu, den Einschaltstrom durch die Filterkondensatoren zu reduzieren, wenn die USV an das Netz angeschlossen wird. Der Wandlerausgangsspannungsgleichrichter ist gemäß der Brückenschaltung auf VD12-VD15-Dioden aufgebaut. Der sanfte Start des Spannungswandlers ermöglicht die Verwendung von Filterkondensatoren mit relativ großer Kapazität in den Sekundärkreisen, was bei der Stromversorgung eines Leistungsverstärkers erforderlich ist. Drosseln L2, L3 glätten zusammen mit Filterkondensatoren die Welligkeit der USV-Ausgangsspannung. Der Schutz des Spannungs-Durchfluss-Wandlers erfolgt über die Transistoren VT11, VT12. Wenn der Strom durch die Widerstände R27-R30 ansteigt, öffnen sich die Transistoren VT11, VT12 und die LEDs in den Optokopplern Ul.l, U1.2 leuchten auf. Die Transistoren der Optokoppler öffnen und liefern eine Entriegelungsspannung an die Basis des Transistors VT2, wodurch der Auslöseschutz aktiviert wird. Der Kondensator C1 verhindert, dass der Schutz gegen zufälliges Impulsrauschen auslöst. Aufbau und Details Strukturell ist die USV auf einer einseitigen Leiterplatte aufgebaut (Abb. 4a, b).
Alle Schaltungselemente befinden sich auf der Platine, außer SA1, FU1 und T2. Auf einer separaten kleinen Platine befinden sich außerdem die Widerstände R22, R23 und die Kondensatoren C8, C9. Sie sind an den mit den Buchstaben a, b, c gekennzeichneten Punkten über Drähte mit der Hauptplatine verbunden. Die Widerstände R22, R23 werden im Betrieb sehr heiß, daher sollte die Platine mit ihnen so positioniert werden, dass die Widerstände die restlichen Schaltungselemente nicht erhitzen. Die Dioden VD12-VD15 werden auf einem separaten Nadelstrahler 10x12 cm montiert und über einen Draht mit einem Durchmesser von mindestens 1 mm mit der Hauptplatine verbunden. Auf einer Seite der Leiterplatte befindet sich ein Strahler (Abb. 4,6) mit einer Länge von 170 cm und einer Höhe von 10 cm. Es empfiehlt sich, einen Nadelstrahler zu verwenden, zur Not reicht aber auch jeder andere. An diesem Heizkörper sind die Plattenelemente DA2, VD4, VT9, VT10 über Isolierdichtungen befestigt. Auf der gegenüberliegenden Seite des Kühlers ist ein Lüfter installiert, sodass der Luftstrom gut über den Kühler bläst. Sie können einen Lüfter über ein Computer-Netzteil verwenden. Die Stromversorgung erfolgt über einen Widerstand mit einem Widerstandswert von 320 Ohm und einer Leistung von 7,5 W vom +50-V-Ausgang des Wandlers. Sie können einen PEV-Widerstand verwenden und ihn an einer beliebigen Stelle im Körper anbringen. Es ist auch möglich, eine zusätzliche Wicklung in den Transformator T1 zu wickeln, um den Lüfter anzutreiben (Abb. 1). Dazu müssen Sie zwei Drahtwindungen mit einem Durchmesser von 0,4 mm aufwickeln und den Lüfter gemäß Abb. anschließen. 5.
Der Transformator T1 des Konverters ist auf vier zusammengefaltete 2000NM Ferritringe mit den Abmessungen K45x28x12 gewickelt. Wicklungsdaten des Transformators sind in der Tabelle angegeben.
Die Wicklungen I und II des Transformators sind von den übrigen Wicklungen durch zwei oder drei Lagen Lackgewebe getrennt. Transformator T2 wird fertig mit einer Wechselspannung von 16 V verwendet. Spule L1 besteht aus 2x20 Windungen, die auf einen Ferritring aus 2000NM Ferrit mit den Abmessungen KZ1x18x7 in zwei Drähten mit einem Durchmesser von 1 mm gewickelt sind. Die Spulen L2, L3 werden auf Ferritstücke mit einem Durchmesser von 8 ... 10 mm und einer Länge von etwa 25 mm mit einem Draht mit einem Durchmesser von 1,2 mm in einer Schicht über die gesamte Länge des Ferrits gewickelt. In der Wandlerschaltung ist es wünschenswert, importierte Elektrolytkondensatoren mit einer Markierung von 105 ° zu verwenden. Im Extremfall ist es zulässig, andere Kondensatoren geeigneter Größe zu verwenden. Der Kondensator C12 besteht aus drei Kondensatoren mit einer Kapazität von 220 uFx400 V. Nicht-Elektrolytkondensatoren jeglicher Art, zum Beispiel K73-17. Als Widerstand R25 werden drei parallel geschaltete Widerstände vom Typ SCK105 oder ähnlich verwendet, die in Computernetzteilen verwendet werden. Widerstände R22, R23 Typ C5-5-10W, R27-R30 - C5-16V-5W. Die restlichen Widerstände sind beliebiger Art, beispielsweise MLT. Trimmerwiderstand R9 Typ SPZ-19AV oder andere kleine. Es ist wünschenswert, Hochfrequenzdioden zu verwenden, wie im Diagramm angegeben (KD212 und KD2999), da importierte Dioden, die jetzt weit verbreitet sind, bei hohen Frequenzen, insbesondere über 50 kHz, nicht immer gut funktionieren. Diodenbrücken können in jeder geeigneten Größe verwendet werden: VD3 - mit einem gleichgerichteten Strom von mindestens 500 mA; VD4 - mit einem gleichgerichteten Strom von mindestens 8 A und einer Spannung von mindestens 400 V. BSS88-Transistoren können durch andere ähnliche Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate und n-Kanal (Drain-Source-Spannung über 50 V, Drainstrom 0,15 ... 0,5 A). Dies können BSS123-, BS108-, 2SK1336- usw. Transistoren sein. Statt leistungsstarker Feldeffekttransistoren 2SK956 eignen sich Transistoren vom Typ 2SK787, IRFPE50. Der TL494CN-Chip kann durch den TL494LN-Chip ersetzt werden, wodurch der Spannungswandler bei Umgebungstemperaturen bis zu -25 ° C verwendet werden kann, da der TL494CN nur bei Temperaturen über 0 ° C funktionsfähig ist. Stattdessen können Sie auch den analogen KA7500V verwenden. Optokoppler AOT101BS kann durch AOT101AC, PS2501-2 ersetzt werden. Als DA2-Chip kann KR142EN8E oder 7815 verwendet werden.Wenn der 7815-Chip in einem isolierten Gehäuse verwendet wird, ist bei der Installation auf einem Radiator keine Isolierdichtung erforderlich. Die Transistoren KT502E, KT503E können durch KT502G, KT503G und die Dioden KD510A ersetzt werden - mit fast allen Impulsdioden, z. B. KD503, KD522 usw. Einstellung Vor dem ersten Einschalten des Konverters im Netzwerk muss die Netzspannung von den Stromkreisen getrennt und nur der T2-Transformator mit Strom versorgt werden. Stellen Sie zunächst sicher, dass die Versorgungsspannung +15 V vom Ausgang DA2 beträgt. Dann stellen sie mit einem Oszilloskop sicher, dass an den Gates der Feldeffekttransistoren VT9, VT10 Impulse anliegen und dass sie den Oszillogrammen von Abb. 3 und entsprechen. Wenn der Kondensator C9 kurzgeschlossen wird, sollten die Impulse verschwinden und an den Gates VT10, VT9 eine Nullspannung eingestellt werden. Wenn Sie den Schieber des Widerstands RXNUMX in die mittlere Position bringen, wird die Versorgungsspannung an den Rest der Schaltung angelegt. Kontrollieren Sie mit einem Voltmeter die Spannung an Pin 1 von DA1 und stellen Sie den Wert auf 2,5 V ein, indem Sie den Widerstandswert des Widerstands R7 auswählen. Der Trimmerwiderstand R9 kann die Ausgangsspannung des Wandlers geringfügig ändern, es ist jedoch erforderlich, die Impulse an den Gates der Feldeffekttransistoren VT9, VT10 so zu steuern, dass sich ihre Dauer nicht den äußersten Grenzen nähert (zu kurz oder zu lang ), befindet sich aber in der Mittelstellung. Andernfalls verschlechtert sich die Stabilisierung der Ausgangsspannung, wenn die Last ansteigt oder sich die Versorgungsspannung ändert. Um den Spannungswandler nicht zu überlasten und leistungsstarke Feldeffekttransistoren nicht durchzubrennen, ist es besser, den Stromschutz wie folgt einzustellen. Anstelle der Widerstände R27-R30 werden vorübergehend Widerstände mit einem Widerstandswert von 1 Ohm und einer Leistung von 2 Watt eingelötet. Am Ausgang des Wandlers sind eine Last und ein Amperemeter angeschlossen. Der Laststrom wird auf 1,3 ... 1,4 A eingestellt und durch Wahl der Widerstandswerte der Widerstände R32, R33 wird der Stromschutz aktiviert. Dann werden die Widerstände R27-R30 eingelötet. Damit ist die Einstellung des Spannungswandlers abgeschlossen. Wenn eine andere Spannung erforderlich ist, um den Verstärker oder eine andere Last zu versorgen, kann die Ausgangsspannung des Wandlers geändert werden, indem die Anzahl der Windungen der Wicklungen IV und V des Transformators T1 geändert wird. Es ist zu beachten, dass eine Windung der Sekundärwicklung etwa 7 V ausmacht. Basierend auf Materialien aus der Zeitschrift Radioamator; Veröffentlichung: cxem.net
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