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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Schaltstabilisator, 12 Volt 4,5 Ampere. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Überspannungsschutz Schaltspannungsstabilisatoren (SVS) erfreuen sich bei Funkamateuren großer Beliebtheit. In den letzten Jahren wurden solche Geräte auf Basis spezieller Mikroschaltungen, Feldeffekttransistoren und Schottky-Dioden gebaut. Dadurch wurden die technischen Eigenschaften des ISN deutlich verbessert, insbesondere der Wirkungsgrad, der 90 % erreicht, bei gleichzeitiger Vereinfachung des Schaltungsdesigns. Der beschriebene Stabilisator ist das Ergebnis der Suche nach einem Kompromiss zwischen Qualitätsindikatoren, Komplexität und Preis. Der Stabilisator ist nach einer Selbsterregungsschaltung aufgebaut. Es verfügt über relativ hohe Leistungsmerkmale und Zuverlässigkeit, ist gegen Überlastungen und Ausgangskurzschlüsse sowie gegen das Auftreten einer Eingangsspannung am Ausgang im Falle eines Notausfalls des Steuertransistors geschützt. Das schematische Diagramm des ISN ist in Abb. dargestellt. 5.21. Seine Basis ist der weit verbreitete OU KR140UD608A.
Technische Hauptmerkmale von ISN:
Im Gegensatz zu vielen Geräten dieser Art wird zur Überwachung der Ausgangsspannung und des Überlaststroms ein gemeinsamer OOS-Schaltkreis verwendet, der aus dem VT4-Transistor und der Induktivität L2 (der aktiven Komponente seines Widerstands) besteht, die auch Teil des LC-Filters ist ( L2, C3), wodurch die Ausgangsspannungswelligkeit reduziert wird. Die Ausgangsspannung wird durch die Zenerdiode VD2 und den Emitterübergang des Transistors VT4 bestimmt, und der Überlaststrom wird durch den normalisierten aktiven Widerstand der Induktivität L2 bestimmt. All dies ermöglichte es, das ISN bis zu einem gewissen Grad zu vereinfachen, die Welligkeit der Ausgangsspannung zu reduzieren und die Effizienz zu steigern, dank der Kombination eines Stromsensors mit einem LC-Filter. Der Nachteil einer solchen Schaltungslösung ist die leicht überschätzte Ausgangsimpedanz des Gerätes. Bei Stromversorgung aus einer stabilisierten Gleichstromquelle bleibt das Gerät betriebsbereit, wenn die Eingangsspannung fast auf den offenen Zustand des Transistors VT3 absinkt. Ein weiterer Abfall der Eingangsspannung führt zu einem Zusammenbruch der Erzeugung, VT3 bleibt jedoch geöffnet. Tritt gleichzeitig eine Überlastung oder ein Kurzschluss am Ausgang auf, wird die Erzeugung wiederhergestellt und der Stabilisator beginnt im Strombegrenzungsmodus zu arbeiten. Diese Eigenschaft ermöglicht den Einsatz als elektronische Sicherung ohne „Latch“. Der Stabilisator funktioniert wie folgt. Aufgrund des unterschiedlichen Widerstandsverhältnisses der Widerstände der Teiler R6, R7 und R8, R9 ist die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1 im Moment des Einschaltens größer als am invertierenden , sodass an seinem Ausgang ein hoher Pegel eingestellt wird. Die Transistoren VT1...VT3 öffnen sich und die Kondensatoren C2, C3 beginnen sich aufzuladen, und die Spule L1 beginnt, Energie zu speichern. Nachdem die Spannung am Ausgang des Stabilisators einen Wert erreicht hat, der dem Durchbruch der Zenerdiode VD2 und dem Öffnen des Transistors VT4 entspricht, wird die Spannung am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers OA1 kleiner als am invertierenden ( aufgrund der Überbrückung von R9 durch den Widerstand R10) und sein Ausgang wird auf einen niedrigen Pegel gesetzt. Dadurch schließen die Transistoren VT1.VT3, die Spannungspolarität an den Anschlüssen der Spule L1 ändert sich schlagartig ins Gegenteil, die Schaltdiode VD1 öffnet und die in der Spule L1 und den Kondensatoren C2, C3 angesammelte Energie wird auf die Last übertragen. In diesem Fall sinkt die Ausgangsspannung, die Zenerdiode VD2 und der Transistor VT4 schließen, am Ausgang des Operationsverstärkers erscheint ein hoher Pegel und der Transistor VT3 öffnet wieder, wodurch ein neuer Betriebszyklus des Stabilisators beginnt. Wenn der Laststrom über den Nennwert ansteigt, beginnt der zunehmende Spannungsabfall am aktiven Widerstand der Spule L2, den Transistor VT4 stärker zu öffnen, die Stromgegenkopplung wird vorherrschend und die Zenerdiode VD2 schließt. Durch die Wirkung des OOS wird der Ausgangsstrom stabilisiert und Ausgangsspannung und Eingangsstrom reduziert, wodurch ein sicherer Betrieb des Transistors VT3 gewährleistet wird. Nach Beseitigung der Überlast oder des Kurzschlusses kehrt das Gerät in den Spannungsstabilisierungsmodus zurück. Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, bilden die Transistoren VT1 und VT3 einen Verbundtransistor. Diese Schaltungslösung ist optimal bei Verwendung eines Bipolartransistors als Schlüsselelement, da in diesem Fall bei relativ geringen Steuerströmen ein relativ geringer Spannungsabfall am offenen Transistor VT3 gewährleistet ist. In diesem Fall ist der Transistor VT1 gesättigt, was zu optimalen statischen Verlusten des Verbundtransistors führt, und VT3 ist nicht gesättigt, was zu optimalen dynamischen Verlusten führt. Als Stromsensor VT4 kommt ein leistungsstarker Transistor der KT817-Serie zum Einsatz. Grundsätzlich ist es möglich, hier einen günstigeren Low-Power-Transistor zu verwenden, für leistungsstarke gilt jedoch bei niedrigen Betriebsströmen (wie in diesem Fall) die Öffnungsspannung des Emitterübergangs beträgt nur etwa 0,4 V, während sie bei stromsparenden Bauteilen, zum Beispiel KT3102, etwa 0,55 V beträgt. Somit ist bei gleichem Schutzbetriebsstrom der Widerstand des Messwiderstands bei Verwendung eines leistungsstarken Transistors geringer, wodurch eine Steigerung der Effizienz des Stabilisators gewährleistet wird. Im beschriebenen ISN ist, wie bereits erwähnt, ein Schutz gegen das Auftreten einer Eingangsspannung am Ausgang während des Durchbruchs des Steuertransistors VT3 vorgesehen. In diesem Fall beträgt die Spannung an der Zenerdiode VD3 mehr als 15 V, der Strom im Netz Stromkreises steigt stark an und die Sicherung FU1 brennt durch. Es wird davon ausgegangen, dass diese vor der Zenerdiode durchbrennt (aufgrund thermischer Überlastung). Eine Simulation eines Unfalls (Kurzschluss der Kollektor- und Emitteranschlüsse von VT3) zeigte, dass die Zenerdioden KS515A (in einem Metallgehäuse) Geräte, die über das ISN mit Strom versorgt werden, perfekt schützen: Wenn die Sicherung durchbrennt, bleiben die Zenerdioden eingeschaltet, wenn sie ausfallen ein „tiefer“ Kurzschluss (nicht unterbrechen). Die gleichen Ergebnisse wurden beim Testen der Zenerdioden KS515G sowie ähnlicher importierter Dioden (in Kunststoffgehäusen) erzielt. Ähnliche Zenerdioden in Glasvitrinen verhielten sich unbefriedigend – es gelang ihnen, gleichzeitig mit der Sicherung durchzubrennen. Im ISN können Sie alle Transistoren der im Diagramm angegebenen Serie verwenden (außer KT816A als VT1). Die Oxidkondensatoren C2, C3 sind im Ausland hergestellte SR-Marken (nahes Analogon von K50-35). Der am besten geeignete Ersatz für KR140UD608 ist KR140UD708. Die Speicherinduktivität L1 ist in einem gepanzerten Magnetkreis aus zwei Bechern 422 aus M2000NM-Ferrit mit einem Spalt von etwa 0,2 mm platziert, der durch zwei Lagen selbstklebendes Papier gebildet wird. Wickeln Sie die Spule mit PEL-1,0-Draht. Um ein „Quietschen“ der Spule bei der Wandlungsfrequenz zu verhindern, wird der Becher mit der Wicklung einige Zeit in einen Tank mit Nitrolack getaucht, dann herausgenommen und der Lack abtropfen gelassen. Danach wird der Becher auf eine zuvor in das entsprechende Loch der Platine eingeführte Befestigungsschraube gesteckt, ein zweiter Becher aufgesetzt und die so erhaltene Einheit mit einer Schraube mit Mutter und Unterlegscheibe festgezogen. Nach dem Trocknen des Lackes werden die Spulenanschlüsse sorgfältig gereinigt, verzinnt und an die entsprechenden Kontakte der Platine angelötet. Anschließend werden die restlichen Teile montiert. Der Stromsensor der Spule L2 ist in einem Magnetkreis aus zwei Bechern 414 aus Ferrit der gleichen Qualität wie die Spule L1 und mit dem gleichen dielektrischen Abstandshalter platziert. Für die Wicklung wird PEL-0,5-Draht mit einer Länge von 700 mm verwendet, eine Imprägnierung mit Lack ist nicht erforderlich. Diese Spule kann auf andere Weise hergestellt werden, indem ein Draht mit dem angegebenen Durchmesser und der angegebenen Länge auf einen Standard-DPM-0,6-Induktor gewickelt wird. In diesem Fall nimmt jedoch die Effizienz der Impulsunterdrückung bei der Umwandlungsfrequenz etwas ab. Der Stabilisator ist auf einer Leiterplatte aus einseitiger Glasfaserfolie montiert, deren Zeichnung in Abb. dargestellt ist. 5.22.
Soll der ISN bei maximalem Laststrom genutzt werden, muss der VT3-Transistor auf einem Kühlkörper in Form einer Aluminiumplatte mit einer Fläche von mindestens 100 cm2 und einer Dicke von 1,5.2 mm installiert werden. Die Schaltdiode VD1 ist ebenfalls über eine isolierende Dichtung (z. B. Glimmer) am selben Kühlkörper befestigt. Bei Lastströmen unter 1 A ist kein Kühlkörper für den Transistor VT3 und die Diode VD1 erforderlich. In diesem Fall muss jedoch der Schutzbetriebsstrom auf 1,2 A reduziert werden, indem die Spule L2 durch den Widerstand C5-16 mit einem Widerstandswert von ersetzt wird 0,33 Ohm und eine Leistung von 1 W. Die beschriebene ISN muss praktisch nicht eingerichtet werden. Es kann jedoch erforderlich sein, den Schutzbetriebsstrom zu klären, für den der Draht der L2-Spule zunächst länger sein sollte. Nachdem es an die entsprechenden Kontakte der Platine angelötet wurde, wird es schrittweise gekürzt, bis der erforderliche Schutzbetriebsstrom erreicht ist, und dann wird die Spule L2 gewickelt. Der Stabilisator sollte nicht für Lastströme über 4 A verwendet werden. Die Einschränkung hängt hauptsächlich mit dem maximal zulässigen Impulsstrom des Kollektors des Transistors der KT805-Serie zusammen. Autor: Semjan A.P.
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