Kleines Schaltnetzteil 12 Volt 2 Ampere. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile

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Das vorgeschlagene selbsterzeugende SMPS (Schaltnetzteil) weist kleine Abmessungen und einen hohen Wirkungsgrad auf. Seine Besonderheit besteht darin, dass der Magnetkreis des Impulstransformators beim Eintritt in den Sättigungsbereich arbeitet. Beim Entwurf selbsterzeugender SMPS wird in den meisten Fällen ein leistungsstarker Transformator im linearen Modus und ein Schalttransformator mit geringer Leistung im Magnetkreis-Sättigungsmodus verwendet. Die einzelnen Wicklungen dieser Transformatoren sind untereinander und mit einem strombegrenzenden Widerstand in Reihe geschaltet – so entsteht ein positiver Rückkopplungskreis (PIC).

Der Nachteil dieser Lösung ist die erhöhte Wärmeentwicklung in diesem Widerstand. Der Wunsch, die Verlustleistung dieses Widerstands zu reduzieren, führt in den meisten Fällen zu einer erhöhten Erwärmung der Schalttransistoren und einer Verringerung des Wirkungsgrades. Der geringe Wirkungsgrad zwingt Entwickler dazu, auf andere Schaltungslösungen für Wandler zu achten, beispielsweise auf Royer-Oszillatoren. Sie verfügen über einen Transformator mit sättigbarem Magnetkreis und keinen Schalttransformator mit geringer Leistung und keinen Strombegrenzungswiderstand.

Allerdings fließt in den Schaltmomenten ein Strom durch die Schalttransistoren, dessen Impulsamplitude den Durchschnittswert des aufgenommenen Stroms um das 3 ... 20-fache überschreiten kann. Dieser Umstand bestimmt nicht nur die Wahl von Transistoren mit großer Stromreserve, sondern äußert sich auch in deren erhöhter Erwärmung. Der Wirkungsgrad eines solchen SMPS liegt bei etwa 50 % bei einer Ausgangsleistung von bis zu 30 W. Der Wirkungsgrad lässt sich steigern, indem in den Emitterkreisen der Schalttransistoren niederohmige Widerstände eingebaut werden. Genau das geschieht im IIP, dessen Schema in Abb. dargestellt ist. 1.

Fig. 1

Auf den ersten Blick mag es scheinen, dass dies nur zu einer erhöhten Wärmeentwicklung an diesen Widerständen führt. Aber dank dieser Widerstände gibt es eine lokale Gegenkopplung (NFE) auf den Strom, die den Kollektorstrom des Transistors begrenzt, wenn er stark ansteigt. Infolgedessen nimmt die Amplitude des Kollektorstroms in den Momenten des Schaltens von Transistoren um ein Vielfaches ab, wodurch die Effizienz des SMPS erhöht wird. Bei dem vorgeschlagenen SMPS ist die Erwärmung der Schalttransistoren und des Transformators im Vergleich zu der Version, bei der diese Widerstände fehlen, um etwa das Dreifache gesunken, und seine Zuverlässigkeit und Effizienz sind entsprechend gestiegen.

Technische Eigenschaften

Netzspannung, V	220 ± 20%
Leerlaufausgangsspannung, V	15
Ausgangsspannung bei maximaler Last, V	12
Maximaler Laststrom, A	2
Wandlungsfrequenz im Leerlauf, kHz	7,3
Wandlungsfrequenz bei maximaler Last, kHz	6,7
Leerlaufstrom SMPS, nicht mehr als mA	19
Maximale von der Last verbrauchte Leistung, W	24
Maximaler Wirkungsgrad (bei maximaler Ausgangsleistung), %	84
Amplitude der Welligkeit der Ausgangsspannung, nicht mehr als mV	22
Gesamtabmessungen	110 x 73 x 25

Die Netzspannung wird dem SMPS über eine Schmelzsicherung FU1 zugeführt, die zusammen mit dem Varistor RU1 die SMPS-Elemente vor erhöhter Netzspannung schützt. Der Thermistor RK1 begrenzt den Stromimpuls beim Laden der Kondensatoren C2-C4 in dem Moment, in dem das SMPS eingeschaltet wird. Die Netzspannung wird über das Rauschfilter L1C1 der Diodenbrücke VD1 zugeführt, wo sie gleichgerichtet und dann durch den Kondensator C2 geglättet wird. Die Elemente C5, R3, VS1 bilden eine Schaltung, die den Start des Konverters erleichtert, wenn er eingeschaltet wird.

Dämpfungsdioden VD2, VD3 begrenzen die Amplitude von Spannungsimpulsen an den Kollektoren der Schalttransistoren VT1, VT2 auf einen sicheren Wert. Die Wärmeableitung in diesen Transistoren erwies sich als gering, daher wurden sie ohne Kühlkörper verwendet. Im stärksten Modus erhitzen sich die Transistoren auf 50°C. Die Widerstände R2, R4 bilden eine OOS-Schaltung für Strom, und die Schaltungen R5C6 und R6C7 sind zum erzwungenen Schalten von Transistoren ausgelegt. Die Ausgangswechselspannung richtet die Diodenbrücke VD4-VD7 gleich, L2C8C9 ist ein Glättungsfilter, und die Induktivität sorgt für eine induktive Reaktion des Filters, die für einen zuverlässigen Start des Wandlers erforderlich ist. Die Installation von Kondensatoren mit einer Kapazität von 68 nF oder mehr am Gleichrichterausgang macht das Starten unmöglich. Die LED HL1 zeigt das Vorhandensein der Ausgangsspannung an. Alle Teile des SMPS sind auf einer Leiterplatte aus einseitiger Glasfaserfolie montiert, deren Zeichnung in Abb. 2.

Fig. 2

Um die Kühlung von Transistoren zu verbessern, sind in der Platine darunter Lüftungslöcher angebracht. Induktivität L1 und Transformator T1 sind mit Schrauben befestigt. Nachdem diese Schrauben in die Löcher der Platte eingeführt wurden, sollten Stücke eines PVC-Rohrs von der Seite der Teile darauf gelegt werden. Dann installieren sie eine Drossel, einen Transformator und drücken sie mit Kunststoffscheiben gegen die Platine. Die Transistoren werden auf Metallständer geschraubt und dann auf die Platine gelötet. Die Sicherung FU1 besteht aus zwei in die Platine eingepressten verzinnten Stiften, zwischen denen ein Kupferdraht mit einem Durchmesser von 0,03 mm eingelötet ist. Außen ist es mit einem Stück PVC-Rohr verschlossen, um es vor mechanischen Beschädigungen zu schützen und im Betrieb die Komponenten des SMPS vor Spritzern von geschmolzenem Metall zu schützen. Für den Schmelzeinsatz FU2 ist ein Metall-Kunststoff-Halter auf der Platine montiert. Das Aussehen des zusammengebauten und an das Netzwerk angeschlossenen SMPS ist in Abb. 3 dargestellt. XNUMX.

Fig. 3

Wir ersetzen den KN102D-Dinistor durch DB3, DB4 oder einen der KN102-Serien. 1.5KE350CA-Dioden sind austauschbar durch 1.5KE300CA, 1.5KE400CA, 1.5KE440CA, 2D2999B-Dioden – mit KD2999A, KD213A-KD213V, KD2997A, K D2997 3B. Die LED YL-BB7N20M kann durch jede kleine LED beliebiger Leuchtfarbe mit einem Betriebsstrom von bis zu 812 mA ersetzt werden. Nach der Durchführung von Experimenten fand der Autor heraus, dass die KT840A-Transistoren mit den KT2A-Transistoren austauschbar sind. Bei Verwendung der Transistoren 704T704A, KT809B, KT103A erhöhte sich die Erwärmung, lag aber in akzeptablen Grenzen, allerdings liegt bei ihnen ein anderer Fall vor, der eine Änderung der Topologie der Leiterplatte erfordert. Der SCK-92NTC-Thermistor kann durch den Varistor MZ220-P92RM, MZ220-R92RM, MZ330-P92RM, MZ330-R391RM, VCR10 ersetzt werden – JVR-361N14K, JVR-361N20K, JVR-361N10K, JVR-391N14K, JVR-391N20 391K, JVR-10N431K , JVR-14N431K, JVR-20N431K.JVR-1N2000K. Der Induktor L10 ist auf einen M6NM-Magnetkreis der Größe K5x10x0,12 gewickelt und enthält 0,3 Windungen eines in zwei Hälften gefalteten MGTF XNUMX- oder PELSHO XNUMX-Drahts.

Die Induktivität L2 ist auf einen Magnetkreis M2000NM der Größe K16x10x5 gewickelt, die Wicklung enthält 24 Windungen PETV- oder PEV-2-Draht mit einem Durchmesser von 0,85 mm. Für den Transformator T1 wurde ein Magnetkreis M2000NM-A K32x18x7 aus Ferrit verwendet (die vom Autor gemessene magnetische Permeabilität war 1885 und die tiefe Sättigungsinduktion war 0,38 T). Es dürfen Magnetkerne M2000NM1, M2000NM1-17, M2000NM-39 der Größe K32x20x6 verwendet werden. Zum Wickeln können Sie PETV-, PEV-2- oder PELSHO-Draht verwenden, Wicklungen I und III enthalten jeweils 8 Drahtwindungen mit einem Durchmesser von 0,3 mm, Wicklung II - 351 Drahtwindungen mit einem Durchmesser von 0,45 mm, Wicklung IV - 33 Drahtwindungen mit einem Durchmesser von 0,85 mm.

Zunächst werden die Kanten des Magnetkreises geschliffen und zwei Lagen Lackgewebe oder eine Lage Gewebe-Isolierband aufgewickelt. Die Drähte aller Wicklungen sind eng am Magnetkreis verlegt. Die Wicklungen I und III werden zuerst gleichzeitig in zwei Drähten mit einem Abstand von 3 ... 5 mm zwischen den Drähten gewickelt, um einen Durchbruch zu verhindern. Anschließend werden die Wicklungen mit Schellack imprägniert und zwei Lagen Lackgewebe aufgewickelt. Als nächstes - eine Schicht Wicklung II, Verlegung des Drahtes "Spule zu Spule". Zwischen Anfang und Ende dieser Schicht sollte ein Abstand von 6 ... 7 mm sein, der Draht wird fixiert und die Wicklung mit Schellack imprägniert. Als nächstes wird eine Lage Lackgewebe aufgelegt und die zweite und dritte Lage der Wicklung II auf die gleiche Weise gewickelt, wonach zwei Lagen Lackgewebe oder Isolierband aufgelegt werden. Die Wicklung IV wird zuletzt gewickelt, mit Schellack imprägniert. Dann - zwei oder drei Schichten Isolierband, um die Wicklungen vor mechanischer Beschädigung zu schützen. Bei der Inbetriebnahme ist zu beachten, dass die Elemente des SMPS unter lebensgefährlicher Netzspannung stehen, daher jeder Austausch von Elementen nur bei vom Netz getrenntem Gerät.

Bevor Sie die Quelle zum ersten Mal an das Netzwerk anschließen, sollten Sie die Installation überprüfen und sicherstellen, dass das zusammengebaute Produkt dem Diagramm entspricht. Danach wird der Sicherungseinsatz FU2 aus der Halterung entfernt und das SMPS mit dem Netz verbunden. Wenn nach dem Einschalten keine Selbsterzeugung auftritt, erhöhen Sie die Kapazität des Kondensators C5 auf 1 μF oder installieren Sie einen Widerstand R3 mit einem Widerstandswert von 120 Ohm. Wenn der Leerlaufstrom des SMPS mehr als 40 mA beträgt (gemessen zwischen dem Netzfilter und der Diodenbaugruppe VD1), bedeutet dies, dass die Sättigungsinduktion des Magnetkreises viel weniger als 0,38 T beträgt. In diesem Fall muss die Windungszahl in allen Wicklungen des Transformators T1 proportional erhöht werden. Die Anzahl der Windungen sollte um mindestens 10 ... 15% und ggf. mehr erhöht werden. Während des normalen Betriebs des SMPS sollte Transformator T1 ein leises Pfeifen abgeben.

Abschließend ist anzumerken, dass die Basis dieses SMPS der T1-Transformator ist. Wenn es daher erforderlich ist, einen Magnetleiter einer anderen Größe zu verwenden oder eine andere Leistung zu erhalten, sollten alle Elemente neu berechnet werden. Am einfachsten geht das auf einem Computer mit dem Autorenprogramm Converter 4.0.0.0, moskatov.narod.ru/Converter.html

Autor: E. Moskatov, Taganrog, Gebiet Rostow; Veröffentlichung: cxem.net

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