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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Netzteile: Mikroleistung, mittlere Leistung, hohe Leistung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Das erste Problem, mit dem sowohl Anfänger als auch erfahrene Funkamateure bei der Entwicklung von Geräten konfrontiert sind, ist das Problem der Stromversorgung. In diesem Kapitel werden verschiedene Netzwerknetzteile (Mikroleistung, mittlere Leistung, hohe Leistung) vorgestellt. Bei der Auswahl und Entwicklung einer Stromquelle (im Folgenden PS genannt) müssen eine Reihe von Faktoren berücksichtigt werden, die durch Betriebsbedingungen, Lasteigenschaften, Sicherheitsanforderungen usw. bestimmt werden. Zuallererst sollten Sie natürlich auf die Übereinstimmung der elektrischen Parameter des Netzteils mit den Anforderungen des angetriebenen Geräts achten, nämlich:
Wichtig sind auch die Eigenschaften des IP, die sich auf seine Leistung auswirken:
Als integraler Bestandteil elektronischer Geräte müssen sekundäre Netzteile bestimmte Anforderungen strikt erfüllen, die sowohl durch die Anforderungen an das Gerät als Ganzes als auch durch die Bedingungen bestimmt werden, die an Netzteile und ihren Betrieb als Teil dieses Geräts gestellt werden. Jeder IP-Parameter, der über die akzeptablen Anforderungen hinausgeht, führt zu Dissonanzen im Betrieb des Geräts. Bevor Sie mit der Zusammenstellung eines IP für das vorgeschlagene Design beginnen, analysieren Sie daher sorgfältig alle verfügbaren Optionen und wählen Sie ein IP aus, das alle Anforderungen und Ihre Fähigkeiten am besten erfüllt. Es gibt vier Haupttypen von Netzstromversorgungen:
Konverter 20-400 kHz. Lineare Netzteile zeichnen sich durch extreme Einfachheit und Zuverlässigkeit sowie das Fehlen hochfrequenter Störungen aus. Die hohe Verfügbarkeit der Komponenten und die einfache Herstellung machen sie für angehende Radiodesigner äußerst attraktiv für die Wiederholung. Darüber hinaus sind in manchen Fällen auch rein wirtschaftliche Berechnungen wichtig – der Einsatz linearer Netzteile ist bei Geräten mit einem Stromverbrauch von bis zu 500 mA, die relativ kleine Netzteile benötigen, eindeutig gerechtfertigt. Zu diesen Geräten gehören:
Es ist zu beachten, dass einige Designs, die keine galvanische Trennung vom Industrienetzwerk erfordern, über einen Löschkondensator oder -widerstand mit Strom versorgt werden können, während der Stromverbrauch Hunderte von mA erreichen kann. Die Effizienz und Rationalität des Einsatzes von linearen Netzteilen wird bei Verbrauchsströmen von mehr als 1 A deutlich reduziert. Die Gründe dafür sind folgende Phänomene:
Sekundärimpulsspannungswandler sind recht einfach herzustellen und zu betreiben; sie zeichnen sich durch einfache Herstellung und geringe Komponentenkosten aus. Es ist wirtschaftlich und technologisch gerechtfertigt, eine Stromversorgung auf Basis einer sekundären Impulswandlerschaltung für Geräte mit einer Stromaufnahme von 1-5 A, für unterbrechungsfreie Stromversorgungen für Videoüberwachungs- und Sicherheitssysteme, für Niederfrequenzverstärker, Radiosender, zu konzipieren. Ladegeräte. Das beste Unterscheidungsmerkmal von Sekundärwandlern gegenüber linearen Wandler sind die Gewichts- und Größeneigenschaften von Gleichrichter, Filter, Wandler und Stabilisator. Allerdings zeichnen sie sich durch einen hohen Rauschpegel aus, weshalb bei der Konstruktion auf die Abschirmung und Unterdrückung hochfrequenter Komponenten im Energiebus geachtet werden muss. In letzter Zeit haben sich Impulsstromversorgungen auf Basis eines Hochfrequenzwandlers mit transformatorlosem Eingang stark verbreitet. Diese Geräte werden von einem Industrienetz mit ~110 V/220 V gespeist, enthalten keine sperrigen Niederfrequenz-Leistungstransformatoren und die Spannungsumwandlung erfolgt durch einen Hochfrequenzwandler bei Frequenzen von 20–400 kHz. Solche Netzteile haben im Vergleich zu linearen Netzteilen um eine Größenordnung bessere Gewichts- und Größenparameter und ihr Wirkungsgrad kann 90 % oder mehr erreichen. SMs mit einem gepulsten Hochfrequenzwandler verbessern viele Eigenschaften von Geräten, die aus diesen Quellen gespeist werden, erheblich und können in nahezu jedem Amateurfunkdesign verwendet werden. Sie zeichnen sich jedoch durch eine relativ hohe Komplexität, einen hohen Rauschpegel im Energiebus, eine geringe Zuverlässigkeit, hohe Kosten und die Nichtverfügbarkeit einiger Komponenten aus. Daher bedarf es sehr überzeugender Gründe für den Einsatz von gepulsten Stromversorgungen auf Basis eines Hochfrequenzwandlers in Amateurgeräten (in Industriegeräten ist dies in den meisten Fällen gerechtfertigt). Zu diesen Gründen können gehören: die Wahrscheinlichkeit von Schwankungen der Eingangsspannung im Bereich von ~100–300 V. die Fähigkeit, Netzteile mit einer Leistung von mehreren zehn Watt bis zu Hunderten von Kilowatt für jede Ausgangsspannung zu erstellen, das Aufkommen erschwinglicher High-Tech-Lösungen auf dieser Grundlage ICs und andere moderne Komponenten. 1. Stromversorgung mit galvanischer Trennung vom Netzwerk durch Optokoppler Micropower-Netzteile mit galvanischer Trennung vom ~220-V-Netz können mithilfe von Optokopplern hergestellt werden, die zur Erhöhung der Ausgangsspannung in Reihe geschaltet werden (Abb. 3.2-1.). Die Energieübertragung erfolgt durch einen unidirektionalen Lichtfluss im Inneren des Optokopplers (der Optokoppler enthält lichtemittierende und absorbierende Elemente), es entsteht also keine galvanische Verbindung mit dem Netzwerk. Ein Optokoppler erzeugt 0,5–0,7 V für AOD101. AOD302 und 4 V – für AOT102, AOT110 (Zufluss 0,2 mA). Um die erforderlichen Spannungs- und Stromwerte sicherzustellen, werden Optokoppler in Reihe oder parallel geschaltet. Als Pufferspeicherelement kann ein Ionistor, eine Batterie oder eine 100-1000 µF Kapazität verwendet werden. LEDs werden über eine Kapazität von maximal 0.2 µF mit Strom versorgt, um eine Zerstörung zu vermeiden. Es ist zu beachten, dass die Effizienz von Optokopplern mit der Zeit abnimmt (um ca. 25 % über 15000 Betriebsstunden).
2. Micro-Power-Stabilisator mit geringem Verbrauch Einige Amateurfunkdesigns erfordern Mikroleistungsstabilisatoren, die im Stabilisierungsmodus Mikroampere verbrauchen. In Abb. In Abb. 3.2-4 zeigt ein schematisches Diagramm eines solchen Stabilisators mit einer internen Stromaufnahme von 10 μA und einem Stabilisierungsstrom von 100 mA.
Für die im Diagramm angegebenen Elemente beträgt die Stabilisierungsspannung Uout = 3.4 V; um sie zu ändern, können Sie anstelle der HL1-LED die KD522-Dioden in Reihe einschalten (der Spannungsabfall beträgt jeweils 0.7 V: an den Transistoren VT1 , VT2 - 0,3 V). Die Eingangsspannung dieses Stabilisators (Uin) beträgt maximal 30 V. Es müssen Transistoren mit maximaler Verstärkung verwendet werden. 3. Netzteile mit Entkopplungskondensatoren Bei Micropower-Netzteilen mit galvanischer Anbindung an ein Industrienetz, dem sogenannten. Trennkondensatoren, die nichts anderes sind als in Reihe zum Stromkreis geschaltete Shunt-Widerstände. Es ist bekannt, dass ein in einem Wechselstromkreis eingebauter Kondensator einen frequenzabhängigen Widerstand hat, der als Blindwiderstand bezeichnet wird. Die Kapazität des Koppelkondensators (vorausgesetzt, er wird in einem Industrienetz ~220 V, 50 Hz eingesetzt) lässt sich nach folgender Formel berechnen:
Beispiel: Ein Ladegerät für 12V-Nickel-Cadmium-Akkus mit einer Kapazität von 1 A/h kann über einen Entkopplungskondensator aus dem Stromnetz gespeist werden. Bei Nickel-Cadmium-Batterien beträgt der Ladestrom 10 % des Nennwerts, d. h. 100 mA in unserem Fall. Unter Berücksichtigung des Spannungsabfalls am Stabilisator von etwa 3–5 V stellen wir außerdem fest, dass am Eingang des Ladegeräts eine Spannung von ~18 V bei einem Betriebsstrom von 100 mA bereitgestellt werden muss. Wenn wir diese Daten ersetzen, erhalten wir: nach der ersten Formel:
Daher wählen wir C = 1,5 μF bei einer doppelten Betriebsspannung von 500 V (verwendbare Kondensatoren vom Typ MBM, MGBP, MBT). Die komplette Schaltung eines Ladegeräts mit Trennkondensator ist in Abb. dargestellt. 3.2-2. Das Gerät eignet sich zum Laden von Akkus mit einem Strom von maximal 100 mA bei einer Ladespannung von maximal 15 V. Der Trimmerwiderstand R2 stellt den erforderlichen Ladespannungswert ein. R1 fungiert zu Beginn des Ladevorgangs als Strombegrenzer und die an ihm erzeugte Spannung wird der LED zugeführt. Anhand der Intensität der LED können Sie erkennen, wie entladen der Akku ist.
Beim Betrieb dieser Stromquelle (und aller anderen Stromquellen ohne galvanische Trennung vom Netz) müssen Sie Sicherheitsmaßnahmen beachten. Das Gerät und der zu ladende Akku liegen immer auf Netzpotential. In manchen Fällen machen solche Einschränkungen den normalen Betrieb der Geräte unmöglich, daher ist auf eine galvanische Trennung der Stromversorgung vom Netz zu achten. Eine Stromquelle mit geringer Leistung und einem Trennkondensator, aber mit galvanischer Trennung vom Industrienetz, kann auf der Basis eines Übergangstransformators oder eines magnetischen Starterrelais hergestellt werden und ihre Betriebsspannung kann niedriger als 220 V sein. In Abb. Abbildung 3.2-3 zeigt ein schematisches Diagramm einer solchen Stromquelle. Die Kapazität des Trennkondensators wird unter Berücksichtigung der Parameter des Transformators berechnet (d. h. bei Kenntnis des Übersetzungsverhältnisses zunächst die Spannung berechnen, die am Eingang des Transformators bereitgestellt werden muss, und dann sicherstellen, dass diese Spannung zulässig ist). des verwendeten Transformators, berechnen Sie die Parameter des Kondensators). Der von einer solchen Stromquelle gelieferte Strom kann problemlos eine Türklingel, einen Receiver oder einen Audioplayer mit Strom versorgen.
4. Netzteile mit Entkopplungskondensatoren Bei Micropower-Netzteilen mit galvanischer Anbindung an ein Industrienetz, dem sogenannten. Trennkondensatoren, die nichts anderes sind als in Reihe zum Stromkreis geschaltete Shunt-Widerstände. Es ist bekannt, dass ein in einem Wechselstromkreis eingebauter Kondensator einen frequenzabhängigen Widerstand hat, der als Blindwiderstand bezeichnet wird. Die Kapazität des Koppelkondensators (vorausgesetzt, er wird in einem Industrienetz ~220 V, 50 Hz eingesetzt) lässt sich nach folgender Formel berechnen:
Beispiel: Ein Ladegerät für 12V-Nickel-Cadmium-Akkus mit einer Kapazität von 1 A/h kann über einen Entkopplungskondensator aus dem Stromnetz gespeist werden. Bei Nickel-Cadmium-Batterien beträgt der Ladestrom 10 % des Nennwerts, d. h. 100 mA in unserem Fall. Unter Berücksichtigung des Spannungsabfalls am Stabilisator von etwa 3–5 V stellen wir außerdem fest, dass am Eingang des Ladegeräts eine Spannung von ~18 V bei einem Betriebsstrom von 100 mA bereitgestellt werden muss. Wenn wir diese Daten ersetzen, erhalten wir: nach der ersten Formel:
Daher wählen wir C = 1,5 μF bei einer doppelten Betriebsspannung von 500 V (verwendbare Kondensatoren vom Typ MBM, MGBP, MBT). Die komplette Schaltung eines Ladegeräts mit Trennkondensator ist in Abb. dargestellt. 3.2-2. Das Gerät eignet sich zum Laden von Akkus mit einem Strom von maximal 100 mA bei einer Ladespannung von maximal 15 V. Der Trimmerwiderstand R2 stellt den erforderlichen Ladespannungswert ein. R1 fungiert zu Beginn des Ladevorgangs als Strombegrenzer und die an ihm erzeugte Spannung wird der LED zugeführt. Anhand der Intensität der LED können Sie erkennen, wie entladen der Akku ist.
Beim Betrieb dieser Stromquelle (und aller anderen Stromquellen ohne galvanische Trennung vom Netz) müssen Sie Sicherheitsmaßnahmen beachten. Das Gerät und der zu ladende Akku liegen immer auf Netzpotential. In manchen Fällen machen solche Einschränkungen den normalen Betrieb der Geräte unmöglich, daher ist auf eine galvanische Trennung der Stromversorgung vom Netz zu achten. Eine Stromquelle mit geringer Leistung und einem Trennkondensator, aber mit galvanischer Trennung vom Industrienetz, kann auf der Basis eines Übergangstransformators oder eines magnetischen Starterrelais hergestellt werden und ihre Betriebsspannung kann niedriger als 220 V sein. In Abb. Abbildung 3.2-3 zeigt ein schematisches Diagramm einer solchen Stromquelle. Die Kapazität des Trennkondensators wird unter Berücksichtigung der Parameter des Transformators berechnet (d. h. bei Kenntnis des Übersetzungsverhältnisses zunächst die Spannung berechnen, die am Eingang des Transformators bereitgestellt werden muss, und dann sicherstellen, dass diese Spannung zulässig ist). des verwendeten Transformators, berechnen Sie die Parameter des Kondensators). Der von einer solchen Stromquelle gelieferte Strom kann problemlos eine Türklingel, einen Receiver oder einen Audioplayer mit Strom versorgen.
5. Lineare Netzteile Derzeit werden traditionelle lineare Netzteile zunehmend durch Schaltnetzteile ersetzt. Trotzdem stellen sie in den meisten Fällen des Amateurfunkdesigns (manchmal auch in Industriegeräten) weiterhin eine sehr praktische und praktische Lösung dar. Dafür gibt es mehrere Gründe: Erstens sind lineare Netzteile konstruktiv recht einfach und leicht zu konfigurieren, zweitens kommen sie ohne den Einsatz teurer Hochspannungskomponenten aus und schließlich sind sie wesentlich zuverlässiger als Schaltnetzteile. Ein typisches lineares Netzteil enthält: einen Netzwerk-Abwärtstransformator, eine Diodenbrücke mit einem Filter und einen Stabilisator, der die von der Sekundärwicklung des Transformators über die Diodenbrücke und den Filter empfangene unstabilisierte Spannung in eine stabilisierte Ausgangsspannung umwandelt Die Ausgangsspannung ist immer niedriger als der unstabilisierte Eingangsspannungsstabilisator. Der Hauptnachteil dieses Schemas ist der geringe Wirkungsgrad und die Notwendigkeit, in fast allen Elementen des Geräts Strom zu reservieren (d. h. es erfordert die Installation von Komponenten, die größere Lasten aufnehmen können, als beispielsweise für die Stromversorgung als Ganzes zu erwarten sind). , für ein Netzteil mit einer Leistung von 10 W ist ein Transformator mit einer Leistung von mindestens 15 W erforderlich usw.). Der Grund dafür ist das Funktionsprinzip linearer Netzteilstabilisatoren. Es besteht darin, etwas Leistung am Regelelement abzuleiten Ppac = Iload * (Uin - Uout). Aus der Formel folgt, dass je größer die Differenz zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung des Stabilisators ist, desto mehr Leistung muss am Regelelement abgeführt werden . Je instabiler die Eingangsspannung des Stabilisators ist und je mehr sie von Änderungen des Laststroms abhängt, desto höher sollte sie im Verhältnis zur Ausgangsspannung sein. Somit ist klar, dass lineare Netzteilstabilisatoren innerhalb eines relativ engen Bereichs zulässiger Eingangsspannungen arbeiten, und diese Grenzen werden noch enger, wenn strenge Anforderungen an die Effizienz des Geräts gestellt werden. Aber der Grad der Stabilisierung und Unterdrückung von Impulsrauschen, der bei linearen Netzteilen erreicht wird, ist anderen Schemata weit überlegen. Werfen wir einen genaueren Blick auf die Stabilisatoren, die in linearen Netzteilen verwendet werden. Die einfachsten (sogenannten parametrischen) Stabilisatoren basieren auf der Nutzung der Strom-Spannungs-Kennlinien einiger Halbleiterbauelemente – hauptsächlich Zenerdioden. Sie zeichnen sich durch eine hohe Ausgangsimpedanz aus. geringe Stabilisierung und geringer Wirkungsgrad. Solche Stabilisatoren werden nur für kleine Lasten eingesetzt, meist als Schaltungselemente (z. B. als Referenzspannungsquellen). Beispiele für parametrische Stabilisatoren und Formeln zur Berechnung sind in Abb. dargestellt. 3.3-1.
Reihendurchgangs-Linearstabilisatoren haben die folgenden Eigenschaften: Die Lastspannung hängt nicht von der Eingangsspannung und dem Laststrom ab, hohe Werte des Laststroms sind zulässig, ein hoher Stabilisierungskoeffizient und ein niedriger Ausgangswiderstand sind gegeben. Das Blockdiagramm eines typischen Linearstabilisators ist in Abb. dargestellt. 3.3-2. Das Grundprinzip seiner Arbeit ist der Vergleich der Ausgangsspannung mit einer stabilisierten Referenzspannung und Steuerung, basierend auf den Ergebnissen dieses Vergleichs, des Hauptleistungselements des Stabilisators (im Blockschaltbild der sogenannte Durchgangstransistor VT1, der im linearen Modus arbeitet, dies kann jedoch auch eine Gruppe von Komponenten sein) , an dem überschüssige Leistung abgeführt wird (siehe oben angegebene Formel).
In den meisten Fällen des Amateurfunkdesigns können lineare Netzteile auf Basis von Linearstabilisator-Mikroschaltungen der Serie K(KR)142 als Stromversorgungen für Geräte verwendet werden. Sie haben sehr gute Parameter, verfügen über integrierte Überlastschutzschaltungen, thermische Kompensationsschaltungen usw., sind leicht zugänglich und einfach zu verwenden (die meisten Stabilisatoren dieser Serie sind vollständig in ICs implementiert, die (nur drei Pins) haben). Bei der Entwicklung linearer Netzteile mit hoher Leistung (25–100 W) ist jedoch ein subtilerer Ansatz erforderlich, nämlich die Verwendung spezieller Transformatoren mit gepanzerten Kernen (mit einem höheren Wirkungsgrad), da die direkte Verwendung nur integrierter Stabilisatoren nicht möglich ist ihre unzureichende Leistung, d.h. es werden zusätzliche Leistungskomponenten und damit zusätzliche Schutzschaltungen gegen Überlastung, Überhitzung und Überspannung benötigt. Solche Netzteile erzeugen viel Wärme, erfordern den Einbau vieler Komponenten auf großen Heizkörpern und sind dementsprechend leise groß; um einen hohen Stabilisierungskoeffizienten der Ausgangsspannung zu erreichen, sind spezielle Schaltungslösungen erforderlich. 6. Stabilisator mit Laststrom bis 5A In Abb. Abbildung 3.3-3 zeigt eine Grundschaltung zum Aufbau leistungsstarker Stabilisatoren, die einen Laststrom von bis zu 5 A liefern, was völlig ausreicht, um die meisten Amateurfunkdesigns zu versorgen. Die Schaltung besteht aus einer Stabilisator-Mikroschaltung der KR142-Serie und einem externen Passtransistor.
Bei geringem Stromverbrauch ist der Transistor VT1 geschlossen und nur die Stabilisator-Mikroschaltung arbeitet, aber bei einem Anstieg des Stromverbrauchs öffnet die an R2 und VD5 angelegte Spannung den Transistor VT1 und der Hauptteil des Laststroms beginnt durch seinen Verbindungspunkt zu fließen. Der Widerstand R1 dient als Überlaststromsensor. Je größer der Widerstand R1 ist, desto weniger Strom löst der Schutz aus (Transistor VT1 schließt). Die Filterdrossel L 1 dient zur Unterdrückung der Wechselstromwelligkeit bei maximaler Belastung. Mit dem obigen Diagramm können Sie Stabilisatoren für eine Spannung von 5-15 V zusammenbauen. Die Leistungsdioden VD1-VD4 müssen für einen Strom von mindestens 10 A ausgelegt sein. Der Widerstand R4 passt die Ausgangsspannung genau an (der Basiswert wird durch eingestellt). Typ des verwendeten Stabilisatorchips, KR142-Serie). Leistungselemente werden auf Heizkörpern mit einer Fläche von mindestens 200 cm^2 installiert. Berechnen wir beispielsweise einen Spannungsstabilisator mit den folgenden Eigenschaften: Uaus - 12 V;Ineg - 3 A; Uin - 20 V. Wir wählen einen 12-V-Spannungsstabilisator der Serie KR142 - KR142EN8B. Wir wählen einen Durchgangstransistor, der in der Lage ist, die maximale Lastleistung Pras = Uin* Iload = 20 • 3 = 60 W abzuleiten (es empfiehlt sich, eine 1.5- bis 2-mal größere Transistorleistung zu wählen) – der übliche KT818A ist geeignet (Pras = 100 W). , Ik max = 15 A). Als VD1-VD5 können alle für den Strom geeigneten Leistungsdioden verwendet werden, zum Beispiel KD202D. 7. Schaltnetzteile Im Gegensatz zu herkömmlichen linearen Netzteilen, bei denen überschüssige unstabilisierte Spannung an einem durchgehenden linearen Element gelöscht wird, nutzen Impulsnetzteile andere Methoden und physikalische Phänomene, um eine stabilisierte Spannung zu erzeugen, nämlich den Effekt der Energieakkumulation in Induktivitäten sowie die Möglichkeit der Hochfrequenztransformation und Umwandlung der gespeicherten Energie in konstanten Druck. Es gibt drei typische Schaltungen für den Aufbau von gepulsten Stromversorgungen (siehe Abb. 3.4-1): Hochsetzschaltung (Ausgangsspannung ist höher als Eingangsspannung), Tiefsetzschaltung (Ausgangsspannung ist niedriger als Eingangsspannung) und Invertierung (Ausgangsspannung ist höher als Eingangsspannung). die entgegengesetzte Polarität in Bezug auf den Eingang). Wie aus der Abbildung hervorgeht, unterscheiden sie sich nur in der Art und Weise, wie sie die Induktivität anschließen. Ansonsten bleibt das Funktionsprinzip unverändert. Das Schlüsselelement (normalerweise werden Bipolar- oder MIS-Transistoren verwendet), das mit einer Frequenz in der Größenordnung von 20–100 kHz arbeitet, legt periodisch für kurze Zeit (nicht mehr als 50 % der Zeit) die volle unstabilisierte Eingangsspannung an den Induktor an. . Impulsstrom. Der durch die Spule fließende Strom sorgt bei jedem Impuls für die Ansammlung von Energiereserven in ihrem Magnetfeld von 1/2LI^2. Die so von der Spule gespeicherte Energie wird an die Last übertragen (entweder direkt über eine Gleichrichterdiode oder über die Sekundärwicklung mit anschließender Gleichrichtung), der Ausgangsglättungsfilterkondensator sorgt für eine konstante Ausgangsspannung und einen konstanten Ausgangsstrom. Die Stabilisierung der Ausgangsspannung wird durch die automatische Anpassung der Impulsbreite bzw. Frequenz am Tastenelement gewährleistet (ein Rückkopplungskreis dient zur Überwachung der Ausgangsspannung).
Dieses, wenn auch recht komplexe, Schema kann die Effizienz des gesamten Geräts erheblich steigern. Tatsache ist, dass in diesem Fall außer der Last selbst keine Leistungselemente im Stromkreis vorhanden sind, die erhebliche Leistung verbrauchen. Schlüsseltransistoren arbeiten im gesättigten Schaltmodus (d. h. der Spannungsabfall an ihnen ist gering) und verbrauchen Leistung nur in relativ kurzen Zeitintervallen (Impulszeit). Darüber hinaus ist es durch die Erhöhung der Umwandlungsfrequenz möglich, die Leistung deutlich zu steigern und Gewichts- und Größeneigenschaften zu verbessern. Ein wichtiger technologischer Vorteil von Impulsstromversorgungen ist die Möglichkeit, auf ihrer Basis kleine Netzwerkstromversorgungen mit galvanischer Trennung vom Netzwerk aufzubauen, um eine Vielzahl von Geräten zu versorgen. Solche Netzteile werden ohne den Einsatz eines sperrigen Niederfrequenz-Leistungstransformators mithilfe einer Hochfrequenz-Wandlerschaltung gebaut. Dabei handelt es sich in der Tat um einen typischen Schaltnetzteil mit Spannungsreduzierung, bei dem als Eingangsspannung eine gleichgerichtete Netzspannung und als Speicherelement ein Hochfrequenztransformator (kleine Abmessungen und hoher Wirkungsgrad) verwendet wird die Sekundärwicklung, deren stabilisierte Ausgangsspannung entfernt wird (dieser Transformator sorgt auch für eine galvanische Trennung vom Netzwerk). Zu den Nachteilen von gepulsten Stromversorgungen gehören: das Vorhandensein eines hohen gepulsten Rauschens am Ausgang, hohe Komplexität und geringe Zuverlässigkeit (insbesondere in der handwerklichen Produktion), die Notwendigkeit, teure Hochspannungs-Hochfrequenzkomponenten zu verwenden, die in diesem Fall erforderlich sind Auch die kleinste Fehlfunktion scheitert leicht „massenhaft“ (wobei in der Regel beeindruckende pyrotechnische Effekte zu beobachten sind). Wer gerne mit Schraubenzieher und Lötkolben in das Innere von Geräten vordringt, muss beim Entwurf von Netzwerk-Schaltnetzteilen äußerste Vorsicht walten lassen, da viele Elemente solcher Schaltkreise unter Hochspannung stehen. 8. Effektiver Schaltstabilisator mit geringer Komplexität Auf einer Elementbasis ähnlich der, die im oben beschriebenen Linearstabilisator verwendet wird (Abb. 3.3-3), ist es möglich, einen Impulsspannungsstabilisator aufzubauen. Bei gleichen Eigenschaften wird es deutlich kleinere Abmessungen und bessere thermische Bedingungen haben. Ein schematisches Diagramm eines solchen Stabilisators ist in Abb. dargestellt. 3.4-2. Der Stabilisator ist nach einer Standard-Spannungsreduzierungsschaltung aufgebaut (Abb. 3.4-1a). Beim ersten Einschalten, wenn der Kondensator C4 entladen ist und eine ausreichend leistungsstarke Last an den Ausgang angeschlossen ist, fließt Strom durch den Linearregler-IC DA1. Der durch diesen Strom verursachte Spannungsabfall an R1 entsperrt den Schlüsseltransistor VT1, der sofort in den Sättigungsmodus übergeht, da die induktive Reaktanz von L1 groß ist und ein ausreichend großer Strom durch den Transistor fließt. Der Spannungsabfall an R5 öffnet das Hauptschlüsselelement – den Transistor VT2. Aktuell. Wenn die Spannung in L1 zunimmt, wird C4 aufgeladen, während durch die Rückkopplung an R8 der Stabilisator und der Schlüsseltransistor gesperrt werden. Die in der Spule gespeicherte Energie versorgt die Last mit Strom. Wenn die Spannung an C4 unter die Stabilisierungsspannung fällt, öffnen DA1 und der Schlüsseltransistor. Der Zyklus wird mit einer Frequenz von 20-30 kHz wiederholt.
Schaltung R3. R4, C2 stellen den Ausgangsspannungspegel ein. Er lässt sich in kleinen Grenzen von Uct DA1 bis Uin stufenlos verstellen. Wenn Uout jedoch nahe an Uin angehoben wird, tritt bei maximaler Last eine gewisse Instabilität und eine erhöhte Welligkeit auf. Um hochfrequente Wellen zu unterdrücken, sind am Ausgang des Stabilisators die Filter L2, C5 enthalten. Das Schema ist recht einfach und für diesen Komplexitätsgrad am effektivsten. Alle Leistungselemente VT1, VT2, VD1, DA1 werden mit kleinen Strahlern geliefert. Die Eingangsspannung darf 30 V nicht überschreiten, was für KR142EN8-Stabilisatoren das Maximum ist. Gleichrichterdioden sollten für einen Strom von mindestens 3 A eingesetzt werden. 9. Unterbrechungsfreies Stromversorgungsgerät auf Basis eines Schaltstabilisators In Abb. 3.4-3 schlagen wir ein Gerät zur unterbrechungsfreien Stromversorgung von Sicherheits- und Videoüberwachungssystemen vor, das auf einem Impulsstabilisator in Kombination mit einem Ladegerät basiert. Der Stabilisator umfasst Schutzsysteme gegen Überlastung, Überhitzung, Ausgangsspannungsspitzen und Kurzschlüsse. Der Stabilisator hat folgende Parameter:
Das Funktionsprinzip des Impulsstabilisators im beschriebenen Gerät ist das gleiche wie das des oben vorgestellten Stabilisators. Das Gerät wird durch ein Ladegerät aus den Elementen DA2, R7, R8, R9, R10, VD2, C7 ergänzt. Spannungsstabilisator IC DA2 mit Stromteiler an R7. R8 begrenzt den maximalen Anfangsladestrom, der Teiler R9, R10 stellt die Ausgangsladespannung ein, die Diode VD2 schützt die Batterie vor Selbstentladung bei fehlender Versorgungsspannung. Der Überhitzungsschutz verwendet den Thermistor R16 als Temperatursensor. Wenn der Schutz ausgelöst wird, schaltet sich der auf dem DD 1 IC montierte akustische Alarm ein und gleichzeitig wird die Last vom Stabilisator getrennt und auf Strom aus der Batterie umgeschaltet. Der Thermistor ist am Kühler des Transistors VT1 montiert. Die Feineinstellung des Ansprechpegels des Temperaturschutzes erfolgt über den Widerstand R18. Der Spannungssensor ist auf dem Teiler R13, R15 montiert. Der Widerstand R15 stellt den genauen Pegel des Überspannungsschutzes (13 V) ein. Übersteigt die Spannung am Ausgang des Stabilisators (falls dieser ausfällt), trennt das Relais S1 die Last vom Stabilisator und verbindet sie mit der Batterie. Wird die Versorgungsspannung abgeschaltet, geht das Relais S1 in den „Default“-Zustand – d.h. verbindet die Last mit der Batterie. Die hier gezeigte Schaltung verfügt nicht über einen elektronischen Kurzschlussschutz für die Batterie. Diese Aufgabe übernimmt eine Sicherung im Laststromkreis, die auf maximale Stromaufnahme ausgelegt ist.
10. Netzteile auf Basis eines Hochfrequenz-Impulswandlers Bei der Entwicklung von Geräten werden häufig strenge Anforderungen an die Größe der Stromquelle gestellt. Die einzige Lösung besteht in diesem Fall in der Verwendung einer Stromversorgung auf Basis von Hochspannungs-Hochfrequenz-Pulswandlern. die ohne Verwendung eines großen Niederfrequenz-Abwärtstransformators an ein ~220-V-Netzwerk angeschlossen werden und eine hohe Leistung bei geringer Größe und Wärmeableitung liefern können. Das Blockdiagramm eines typischen Impulswandlers, der von einem Industrienetzwerk gespeist wird, ist in Abbildung 34-4 dargestellt.
Der Eingangsfilter soll verhindern, dass Impulsrauschen in das Netzwerk gelangt. Leistungsschalter liefern Hochspannungsimpulse an die Primärwicklung eines Hochfrequenztransformators (es können Ein- und Zweitaktschaltungen verwendet werden). Die Frequenz und Dauer der Impulse werden von einem gesteuerten Generator eingestellt (üblicherweise wird die Impulsbreite gesteuert, seltener die Frequenz). Im Gegensatz zu niederfrequenten Sinussignaltransformatoren verwenden gepulste Netzteile Breitbandgeräte, die eine effiziente Leistungsübertragung bei Signalen mit schnellen Flanken ermöglichen. Dies stellt erhebliche Anforderungen an die Art des verwendeten Magnetkreises und die Auslegung des Transformators. Andererseits nehmen mit zunehmender Frequenz die erforderlichen Abmessungen des Transformators (unter Beibehaltung der übertragenen Leistung) ab (moderne Materialien ermöglichen den Bau leistungsstarker Transformatoren mit akzeptablem Wirkungsgrad bei Frequenzen bis 100-400 kHz). Eine Besonderheit des Ausgangsgleichrichters ist die Verwendung von Hochgeschwindigkeits-Schottky-Dioden anstelle herkömmlicher Leistungsdioden, was auf die hohe Frequenz der gleichgerichteten Spannung zurückzuführen ist. Der Ausgangsfilter glättet die Welligkeit der Ausgangsspannung. Die Rückkopplungsspannung wird mit einer Referenzspannung verglichen und steuert dann den Oszillator. Bitte beachten Sie das Vorhandensein einer galvanischen Trennung im Rückkopplungskreis, die notwendig ist, wenn wir die Isolierung der Ausgangsspannung vom Netzwerk sicherstellen wollen. Bei der Herstellung solcher geistigen Eigentumsrechte werden hohe Anforderungen an die verwendeten Komponenten gestellt (was deren Kosten im Vergleich zu herkömmlichen Komponenten erhöht). Dies betrifft zum einen die Betriebsspannung der Gleichrichterdioden, Siebkondensatoren und Tasttransistoren, die zur Vermeidung von Durchschlägen nicht unter 350 V liegen sollte. Zweitens sollten Hochfrequenz-Tastentransistoren (Betriebsfrequenz 20-100 kHz) und spezielle Keramikkondensatoren verwendet werden (herkömmliche Oxidelektrolyte werden aufgrund ihrer hohen Induktivität bei hohen Frequenzen überhitzen). Und drittens muss die Sättigungsfrequenz des Hochfrequenztransformators, bestimmt durch die Art des verwendeten Magnetkerns (in der Regel werden Ringkerne verwendet), deutlich höher sein als die Betriebsfrequenz des Wandlers.
In Abb. In Abb. 3.4-5 zeigt ein schematisches Diagramm einer klassischen Stromversorgung auf Basis eines Hochfrequenzwandlers. Der Filter, bestehend aus Kondensatoren C1, C2, C3 und Drosseln L1, L2, dient dem Schutz des Versorgungsnetzes vor hochfrequenten Störungen des Umrichters. Der Generator ist nach einem Selbstschwingkreis aufgebaut und mit einer Taststufe kombiniert. Die Schlüsseltransistoren VT1 und VT2 arbeiten gegenphasig und öffnen und schließen abwechselnd. Das Starten des Generators und ein zuverlässiger Betrieb werden durch den Transistor VT3 gewährleistet, der im Lawinendurchbruchmodus arbeitet. Wenn die Spannung an C6 über R3 ansteigt, öffnet der Transistor und der Kondensator wird zur Basis von VT2 entladen, wodurch der Generator gestartet wird. Die Rückspeisespannung wird von der Zusatzwicklung (III) des Leistungstransformators Tpl abgenommen. Transistoren VT1. VT2 wird auf Plattenheizkörpern von mindestens 100 cm^2 installiert. Die Dioden VD2-VD5 mit Schottky-Barriere werden auf einem kleinen Strahler von 5 cm^2 platziert. Daten der Drosseln und Transformatoren: L1-1. L2 ist auf Ferritringen 2000NM K12x8x3 in zwei Drähte mit PELSHO-Draht 0,25 gewickelt: 20 Windungen. TP1 - auf zwei zusammengefalteten Ringen, Ferrit 2000NN KZ 1x18.5x7; Wicklung 1 - 82 Windungen mit PEV-2 0,5-Draht: Wicklung II - 25+25 Windungen mit PEV-2 1,0-Draht: Wicklung III - 2 Windungen mit PEV-2 0.3-Draht. TP2 ist auf einen Ferritring 2000NN K10x6x5 gewickelt. Alle Wicklungen bestehen aus PEV-2 0.3-Draht: Wicklung 1 - 10 Windungen: Wicklungen II und III - jeweils 6 Windungen, beide Wicklungen (II und III) sind so gewickelt, dass sie 50 % der Fläche am Ring einnehmen, ohne sich zu berühren bzw Überlappend wird die Wicklung I gleichmäßig um den gesamten Ring gewickelt und mit einer Schicht lackiertem Stoff isoliert. Die Gleichrichterfilterspulen L3, L4 sind auf Ferrit 2000NM K 12x8x3 mit PEV-2 1,0-Draht gewickelt, Anzahl der Windungen - 30. KT1A kann als Schlüsseltransistoren VT2, VT809 verwendet werden. KT812, KT841. Die Elementwerte und Wicklungsdaten der Transformatoren sind für eine Ausgangsspannung von 35 V angegeben. Falls andere Betriebsparameterwerte erforderlich sind, sollte die Windungszahl in Wicklung 2 Tr1 entsprechend geändert werden. Die beschriebene Schaltung weist aufgrund des Wunsches, die Anzahl der verwendeten Komponenten extrem zu reduzieren, erhebliche Nachteile auf. Dazu gehören eine geringe Stabilisierung der Ausgangsspannung, ein instabiler, unzuverlässiger Betrieb und ein niedriger Ausgangsstrom. Sie eignet sich jedoch gut für die Stromversorgung der einfachsten Designs von unterschiedlicher Leistung (bei Verwendung entsprechender Komponenten), wie zum Beispiel: Taschenrechner, Rufnummern, Beleuchtungsgeräte usw.
Eine weitere Stromversorgungsschaltung auf Basis eines Hochfrequenz-Impulswandlers ist in Abb. dargestellt. 3.4-6. Der Hauptunterschied zwischen diesem Schema und der in Abb. 3 .4-4 ist das Fehlen eines Rückkopplungskreises. In dieser Hinsicht ist die Spannungsstabilität an den Ausgangswicklungen des HF-Transformators Tr2 recht gering und die Verwendung von Sekundärstabilisatoren ist erforderlich (die Schaltung verwendet universelle integrierte Stabilisatoren basierend auf dem IC der KR142-Serie). 11. Schaltstabilisator mit einem Schlüssel-MIS-Transistor mit Stromanzeige Die Miniaturisierung und Effizienzsteigerung bei der Entwicklung und dem Bau von Schaltnetzteilen wird durch den Einsatz einer neuen Klasse von Halbleiterwechselrichtern – MOS-Transistoren – sowie von Hochleistungsdioden mit schneller Sperrverzögerung, Schottky-Dioden und Ultrahochgeschwindigkeit ermöglicht Dioden, Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate, integrierte Schaltkreise zur Steuerung wichtiger Elemente. Alle diese Elemente sind auf dem heimischen Markt verfügbar und können bei der Entwicklung hocheffizienter Stromversorgungen, Konverter, Zündsysteme für Verbrennungsmotoren (ICE) und Startsysteme für Leuchtstofflampen (LDL) verwendet werden. Eine Klasse von Leistungsgeräten namens HEXSense – MOS-Transistoren mit Strommessung – könnte für Entwickler ebenfalls von großem Interesse sein. Sie sind ideale Schaltelemente für regelfertige Schaltnetzteile. Die Fähigkeit, den Schalttransistorstrom zu lesen, kann in Schaltnetzteilen genutzt werden, um die von einem Pulsweitenmodulationsregler benötigte Stromrückmeldung bereitzustellen. Dadurch wird eine Vereinfachung des Designs der Stromquelle erreicht – der Ausschluss von Stromwiderständen und Transformatoren. In Abb. Abbildung 3.4-7 zeigt ein Diagramm eines 230-W-Schaltnetzteils. Seine wichtigsten Leistungsmerkmale sind wie folgt:
Die Schaltung basiert auf einem Pulsweitenmodulator (PWM) mit einem Hochfrequenzwandler am Ausgang. Das Funktionsprinzip ist wie folgt. Das Steuersignal für den Tasttransistor kommt vom Ausgang 6 des PWM-Controllers DA1, das Tastverhältnis wird durch den Widerstand R50 auf 4 % begrenzt, R4 und C3 sind die Zeitglieder des Generators. Die Stromversorgung für DA1 erfolgt über die Kette VD5, C5, C6, R6. Der Widerstand R6 dient zur Versorgungsspannung während des Generatorstarts; anschließend wird die Spannungsrückführung über L1, VD5 aktiviert. Diese Rückmeldung erfolgt über die zusätzliche Wicklung der Ausgangsdrossel, die im Rückwärtsbetrieb arbeitet. Zusätzlich zur Stromversorgung des Generators wird die Rückkopplungsspannung über die Kette VD4, Cl, Rl, R2 dem Spannungsrückkopplungseingang DA1 (Pin 2) zugeführt. Durch R3 und C2 wird eine Kompensation bereitgestellt, die die Stabilität der Rückkopplungsschleife gewährleistet. Das Schlüsselelement von VT2 ist ein stromempfindlicher MOS-Transistor IRC830 von International Rectifier. Das aktuelle Lesesignal wird von VT2 an Pin 3 von DA1 geliefert. Der Spannungspegel am Stromlesestift wird durch den Widerstand R7 eingestellt und ist proportional zum Drain-Strom. C9 unterdrückt Spannungsspitzen an der Vorderflanke des Drain-Stromimpulses, die zu einem vorzeitigen Betrieb des Controllers führen können. Mit VT1 und R5 wird das erforderliche Regelgesetz eingestellt. Beachten Sie, dass der Messstrom am Source-Pin zum Kristall zurückgeführt wird. Dies geschieht zu diesem Zweck. um Strommessfehler zu vermeiden, die aufgrund eines Spannungsabfalls am parasitären Quellen-Pin-Widerstand auftreten können. Basierend auf dieser Schaltung ist es möglich, Impulsstabilisatoren mit anderen Ausgangsparametern aufzubauen. 12. Moderne Gasentladungsgeräte Ungefähr 25 % des weltweiten Stromverbrauchs werden durch künstliche Beleuchtung verbraucht, was diesen Bereich zu einem äußerst attraktiven Bereich für Bemühungen zur Verbesserung der Energieeffizienz und zur Reduzierung des Energieverbrauchs macht. Die derzeit gebräuchlichsten sparsamen Lichtquellen sind Gasentladungslampen, die zunehmend anstelle herkömmlicher Glühlampen eingesetzt werden. Das Funktionsprinzip solcher Lampen ist das leuchtende Leuchten des in der Lampe enthaltenen Gases bei Stromfluss (Hochspannungsdurchschlag), das durch Anlegen einer Hochspannung an die Elektroden der Lampe sichergestellt wird. Gasentladungslampen können in zwei Typen unterteilt werden: Der erste Typ sind Hochleistungslampen, von denen die häufigsten sind: Quecksilberlampen, Natriumdampf-Hochdrucklampen und Halogen-Metalldampflampen, der zweite Typ sind Niederdruck-Leuchtstofflampen. Niederdrucklampen werden in den meisten Fällen des täglichen Lebens zur Beleuchtung eingesetzt – in Verwaltungsgebäuden, Büros, Wohngebäuden: Sie zeichnen sich durch sattes weißes Licht aus. nahe am Tageslicht (daher der Name – „Leuchtstofflampen“). Hochdrucklampen werden zur Außenbeleuchtung eingesetzt – in Straßenlaternen, Flutlichtern usw. Während eine herkömmliche Glühlampe im eingeschalteten Zustand eine konstante Widerstandslast darstellt, weisen alle HID-Lampen negative Impedanzeigenschaften auf. die eine Stromstabilisierung erfordern. Darüber hinaus müssen folgende Punkte berücksichtigt werden: resonanter Betriebsmodus, Schutz bei Lampenausfall; Hochspannungszündung, spezielle Energiebussteuerung. Der Hauptmodus, den eine Leuchtstofflampe während ihrer gesamten Lebensdauer einhalten muss, ist der Strommodus (idealerweise ist eine Leistungsstabilisierung während der gesamten Betriebsdauer der Lampe erforderlich). In der Regel werden Lampen mit Wechselspannung betrieben, um den Verschleiß der Elektroden auszugleichen (bei Betrieb mit konstanter Spannung ist die Lebensdauer um 50 % kürzer). 13. Magnetische und elektronische Vorschaltgeräte Zur Steuerung von Gasentladungslampen werden die sogenannten Magnetisches Vorschaltgerät (siehe Diagramm in Abb. 3.5-1), aufgrund seiner Ineffizienz und Unzuverlässigkeit haben sich jedoch in letzter Zeit immer häufiger elektronische Steuerschaltungen durchgesetzt – elektronische Vorschaltgeräte, die die Effizienz und Lebensdauer von Beleuchtungsanlagen deutlich erhöhen können, machen das Licht gleichmäßiger und natürlicher für die Augen.
Die Grundschaltung eines elektronischen Vorschaltgeräts mit Serienresonanz ist in Abb. dargestellt. 3.5-2. Mit elektronischen Vorschaltgeräten können Sie Lampen beliebiger Leistung steuern, in den Stromkreis können beliebige Zusatzgeräte eingebaut werden (z. B. ein Fotorelais, das die Beleuchtung in der Dämmerung ein- und im Morgengrauen ausschaltet). 14. Steuerschaltung für eine Leuchtstofflampe mit einer Leistung bis 40W Zur Ansteuerung einer Leuchtstofflampe (FLL) mit einer Leistung bis 40 W eignet sich die in Abb. 3.5-3. Den Eingängen L220 und L1 wird eine Versorgungsspannung von ~2 V zugeführt. Die durch die Dioden VD1–VD4 gleichgerichtete Gleichspannung beträgt etwa 320 V. Die Kondensatoren C1 und C2 wirken als kapazitiver Eingangsfilter. Es ist auch möglich, ein ~110-V-Netzwerk zu verwenden. In diesem Fall werden die Eingänge L1 (L2) und N sowie die Dioden VD1 mit Strom versorgt. VD3 (VD2, VD4) mit den Kondensatoren C1 und C2 arbeiten als Halbwellenspannungsverdoppler. DA1 (IR2151) ist eine MOS-Transistor-Steuerschaltung mit einem internen Oszillator, der direkt vom Leistungsbus über R1 betrieben wird. Der interne Stabilisator fixiert die Versorgungsspannung auf 15 V. Die Tore werden blockiert, wenn die Versorgungsspannung unter 9 V fällt. Bei einer nominalen DC-Busspannung von 230 V hat der Ausgangs-Rechteckwellenimpuls eine effektive Spannung von 160 V und die Frequenz wird durch Auswahl von R2 und C4 so eingestellt, dass sie sich der Resonanzfrequenz der Lampe annähert. Die Lampe arbeitet in ihrem Reihenresonanzkreis, der aus einer Reiheninduktivität L1 und einem Nebenschlusskondensator C6 besteht, der parallel zu einem Thermistor mit positivem Temperaturkoeffizienten liegt. Ein Thermistor (zu diesem Zweck kann auch eine Neonröhre verwendet werden) hat im kalten Zustand einen niedrigen Widerstand und im heißen Zustand einen sehr hohen Widerstand, wenn er sich aufgrund des durch ihn fließenden Stroms erwärmt. Der Zweck des Thermistors besteht darin, beim Einschalten einen gleichmäßigen Spannungsanstieg an den Elektroden der Lampe sicherzustellen. In Fällen, in denen die Lampe ständig eingeschaltet ist oder sich nur sehr selten ein- und ausschaltet, kann der Thermistor entfernt werden. In diesem Fall schaltet sich die Lampe sofort ein, was zu einem schnellen Verschleiß führen kann. 15. Subminiatur-Steuerkreis für Leuchtstofflampen bis 26 W Der folgende Schaltplan in Abb. 3.5-4 ermöglicht die Steuerung einer Leuchtstofflampe (FLL) bei Subminiaturabmessungen, da keine Wechselrichter verwendet werden (IC IR51H420 kombiniert IC IR2151 und MIS-Schalter in einem Gehäuse). Die maximale Lampenleistung sollte in diesem Fall 26 W nicht überschreiten, was völlig ausreicht, um einen Arbeitsplatz zu beleuchten.
16. Aufwärtswandler und Spannungsvervielfacher Wenn das Design über Netzstrom verfügt, werden in der Regel Transformatoren verwendet, um alle Versorgungsspannungen zu erhalten. Aufwärtswandler und Spannungsvervielfacher werden verwendet, wenn in tragbaren Geräten, die mit Batterien oder wiederaufladbaren Batterien betrieben werden, Spannungen über der Versorgungsspannung erzielt werden müssen. Konverter mit geringer Leistung (bis zu 100–200 mW) können aus diskreten Elementen ohne den Einsatz von Transformatoren aufgebaut werden; Konverter mit hoher Leistung erfordern einen Transformator. Um die doppelte oder dreifache Spannung zu erhalten, können Sie die sogenannte verwenden. Spannungsvervielfacher (siehe Kapitel 2). 17. Transformatorloser Spannungsverdoppler für Kleingeräte In Abb. In Abb. 3.6-1 zeigt ein Diagramm eines Spannungswandlers 9 V -> 18 V für Geräte, die bei einer Versorgungsspannung von 100 V nicht mehr als 18 mA verbrauchen. Der Konverter ist in eine praktische Sirenenschaltung für Sicherheits- und Alarmanlagen eingebunden. Der Steuergenerator ist nach einem Standarddesign gefertigt. Am Ausgang D 1.2 werden Rechteckimpulse mit einer Frequenz von 1 Hz erzeugt. Die Impulse werden einem gesteuerten Generator Dl.3, D1.4 und einer Kette aus R3, R2, C2 zugeführt, was die Modulationstiefe beeinflusst. R4, R5, C3, C4 werden entsprechend der Resonanzfrequenz des piezokeramischen Emitters B 1 im Bereich von 1,5–3 kHz ausgewählt. Um die Amplitude am Piezokristall zu erhöhen, wird ein Multiplikator in den Stromkreis eingeführt. Das Signal vom Ausgang DD1.4 geht an das Komplementärpaar VT5, VT6 und dann an den Multiplizierer VD3, VD4, C5, Sat. Die Spannung an C6 beträgt bei einem Laststrom von 50 mA und einer Hauptstromversorgung von 9 V etwa 16 V. Die Leistung des Multiplizierers kann durch die Verwendung von Kondensatoren höherer Leistung leicht erhöht werden. Die Schaltung kann mit einer Spannung von 6-15 V betrieben werden (15 V ist das Maximum für den IC der Serie 561), bei einer 15-V-Versorgung beträgt die Spannung am Multiplikatorausgang ns weniger als 25 V Belastung von 80 mA.
18. Leistungsstarker Konverter zur Stromversorgung elektrischer Haushaltsgeräte In Abb. Abbildung 3.6-2 zeigt ein schematisches Diagramm eines leistungsstarken Konverters zur Stromversorgung elektrischer Haushaltsgeräte (Fernseher, Bohrmaschine, Elektropumpe usw.) aus einer Autobatterie. Der Konverter stellt eine Ausgangsspannung von 220 V, 50 Hz für eine Belastung von bis zu 100 W bereit. Bei maximaler Belastung überschreitet der von der Batterie aufgenommene Strom 10 A nicht. Die Anzahl der Teile im Gerät wird auf ein Minimum beschränkt. Der DD1.1-Chip enthält einen Master-Oszillator mit einer Frequenz von 100 Hz. Die Feineinstellung der Frequenz (wichtig für den normalen Betrieb des Geräts) erfolgt über die Widerstände R1 und R2. Die Frequenzteilung durch 2 und die Transistorsteuerung werden von der zweiten Hälfte der Mikroschaltung – D1.2 – bereitgestellt. Die Transistoren VT1, VT2 sind enthalten, um den normalen Betrieb der DD1.2-Ausgänge bei maximalem Laststrom sicherzustellen. Die Ausgangstransistoren VT3, VT4 werden auf Heizkörpern mit einer Fläche von mindestens 350 cm^2 installiert. Um rechteckige Fronten zu glätten, ist der Kondensator C3 ausgelegt, der zusammen mit der Ausgangswicklung und der Last ein Resonanzsystem bildet. Seine Kapazität hängt stark von der Art der Ladung ab. Der Transformator TP1 basiert auf einem Magnetkern der Marke ShLM oder PLM mit einer Gesamtleistung von 100 W. Die Wicklungen I und II enthalten jeweils 17 Windungen PEV-2 2,0 mm-Draht, Wicklung III enthält 750 Windungen PEV-2 0,7 mm-Draht. Diese Schaltung lässt sich sehr einfach in einen Hochfrequenz-Spannungswandler umwandeln (Umwandlungsfrequenz ~25 kHz). Dazu genügt es, die Frequenz des Masteroszillators auf D1.1 auf -50 kHz zu erhöhen, die Kapazitäten C1 und C2 um 180 pF zu ändern und TP1 durch einen Hochfrequenztransformator zu ersetzen. Die Leistung des Wandlers hängt von der Belastung der Ausgangstransistoren ab; der maximale Strom, den sie liefern können, darf im Arm 8A nicht überschreiten. Um den Strom zu erhöhen, wird die Anzahl der Transformatorwindungen in den Wicklungen 1 und 8 auf 10-25 reduziert. Am Ausgang des Wandlers sind eine Diodenbrücke und ein Hochpassfilter installiert, deren verwendete Komponenten einen normalen Betrieb bei einer Frequenz von XNUMX kHz gewährleisten müssen.
19. Überspannungsschutz In Industrie- und Haushaltsnetzen kommt es häufig zu unerwarteten Spannungsspitzen, wobei die Spannung im Netz die Nennspannung um 20-40 % überschreiten kann. Solche Würfe lassen sich in zwei Klassen einteilen: 1. Kurzfristig – eine Zunahme der Amplitude über mehrere Zeiträume. 2. Langfristig – Spannungsanstieg über mehrere Sekunden oder Minuten. Ersteres kann eher auf Impulsgeräusche zurückgeführt werden, die mit dem Schalten einiger starker Lasten in der Leitung (Schweißmaschinen, Motoren, Heizelemente) verbunden sind. Sie wirken sich zweifellos auf Haushaltsgeräte und insbesondere auf die empfindlichen Elemente der Stromversorgung von Fernsehgeräten und Audiocentern aus. die oft rund um die Uhr im Einsatz sind. 20. Gerät zum Schutz vor Netzwerkimpulslärm Das Gerät zum Schutz vor Impulsrauschen ist in Abb. dargestellt. 3.7-1. Die Schaltung besteht aus folgenden Knoten:
Das Netzteil erzeugt zwei Spannungen: +24 V – zur Versorgung des Impulstransformators, +5 V – zur Versorgung des Geräte-ICs.
Die Spannungssteuereinheit wird auf Rl, R2, R3 montiert. Vom Teiler wird die Spannung dem Eingang des Komparators zugeführt. Der Überspannungsauslösepegel wird durch den Widerstand R2 eingestellt (die Position des Schiebereglers ist so gewählt, dass der Komparator kurz vor der Auslösung am 245-V-Eingang steht). Wenn der Komparatoreingang den vorgegebenen Amplitudenwert überschreitet, schaltet er um und am Ausgang erscheinen Rechteckimpulse mit einer Frequenz von 25 Hz. Im Anfangszustand wird der Ausgang D1.2 auf einem hohen logischen Pegel gehalten, was den Betrieb des Triac-Steuergenerators ermöglicht (um ihn im offenen Zustand zu halten). Der Transistor VT1 steuert den Impulstransformator. Es bilden sich starke Spannungsimpulse. Die Generatorfrequenz wurde auf 25 kHz gewählt, um den Leistungsschalter in den Momenten des Übergangs durch „Null“ schnell zu entriegeln (wenn die Steuerfrequenz nicht ausreicht, kann es vorkommen, dass beim Einschalten Hochspannungsstöße auftreten und die Form des Wenn das Sinussignal verzerrt ist, hat das System keine Zeit zu reagieren und das verzerrte Signal wird an die Last gesendet. Die Differenzierungsschaltung an den Elementen D1.1 und D1.2 verhindert den Betrieb des Generators, wenn am Ausgang des Komparators ein niedriger Pegel ankommt (wenn die Schwellenspannung im Netzwerk ansteigt) und ermöglicht mit einer Verzögerung von 9 s die Der Generator startet, wenn die Spannung auf einen Schwellenwert von 240 V absinkt. Der Impulstransformator TP1 ist auf Matnitodraht der Standardgröße K20x10x7,5 aus Ferrit der Güteklasse 2000NN gewickelt und enthält: Wicklung I – 100 Windungen, Wicklung II – 40 Windungen PELSHO-0,22-Draht. Die Wicklungen werden mit einer Schicht lackiertem Stoff vom Ring isoliert und auf gegenüberliegenden Seiten des Rings platziert. Wenn die Lastleistung mehr als 300 W beträgt, muss der Triac am Kühler installiert werden. Veröffentlichung: cxem.net
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