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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Spannungswandler zur Versorgung von LDS mit einer Leistung von 20-80 W. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Spannungswandler, Gleichrichter, Wechselrichter Die meisten Spannungswandlerschaltungen (VC) sind für die Versorgung von LDS mit einer Leistung von nicht mehr als 30 W ausgelegt. Es ist bekannt, dass die Batteriekapazität einen dauerhaften Betrieb leistungsstarker Energieverbraucher nicht zulässt. Aus diesem Grund streben wir den Einsatz von LDS mit geringem Stromverbrauch an. Und das ist gerade im Hinblick auf die Effizienz unrentabel! Wie experimentelle Studien gezeigt haben, sind kleine LDS keine hocheffizienten Lichtemitter, wenn man das Verhältnis von Lichtmenge zu verbrauchter Energiemenge betrachtet. Unter stationären Bedingungen ist es rentabler, ein großes LDS zu installieren als ein kleines. Auf diese Weise wird eine erhöhte Lichtausbeute bei gleicher Batterieleistung dieser LDS erreicht. Die Rede ist natürlich von PN mit einstellbarer Helligkeit des LDS. Ich meine keinen bestimmten Typ oder Hersteller von LDS- und PN-Systemen. Hier ist nur ein Beispiel. Der PN, der mit einem 40-W-LDS im „Nachtlicht“-Modus betrieben wurde, verbrauchte einen Strom von 12 A aus einer 0,10,3-V-Batterie. Gleichzeitig war der Raum so hell, dass eine tragbare Taschenlampe mit der gleichen Leistung ( 12 V; 0,1 -0,3 A) spielte die Rolle eines „Glühwürmchens“. Wenn wir also über die Einsparung von Batterieenergie bei der Stromversorgung des LDS über das PN sprechen, sollten wir sowohl auf das Design des PN als auch auf den Typ des LDS entsprechend achten. Im Ausland produzierte LDS sind besser als inländische. Nehmen wir an, wir haben uns für eine Philips LDS-Lampe mit einer Leistung von 40 W entschieden. Sie sind nicht viel teurer als inländische, sind diesen aber in ihren Eigenschaften deutlich überlegen. Erstens ist die Helligkeit des Philips größer als die unseres LDS. Das zweite, was sehr, sehr wichtig ist, wenn das LDS über die Spannungsversorgung und die Batterie mit Strom versorgt wird, ist, dass die Spannung zum Zünden des Gases im Zylinder fast halb so hoch ist. Wir haben ungefähr 600–700 V (für Philips) gegenüber 1000–1200 V und sogar mehr für LDU-40. Anscheinend ist es beim Vergleich dieser Lampen nicht erwähnenswert, Zuverlässigkeit und Haltbarkeit zu erwähnen. Das Schaltungsdesign fast aller veröffentlichten PNs „überschneidet sich irgendwo“. Lassen Sie uns auf die Hauptpunkte („Fallstricke“) im PN für LDS eingehen. Die Anforderungen an Leistungsimpulsschaltungen dürfen keinesfalls außer Acht gelassen werden. Beispielsweise können Sie keine „zufälligen“ Transformatoren oder Niederfrequenztransistoren installieren, wenn es sich um Frequenzen über 20 kHz handelt. Auch die Installation ist eine knifflige Sache. Dies gilt insbesondere für die CMOS-Chipserien 176, 561 usw. Ich hatte gerade Gelegenheit, die Arbeit von Anfängern zu beobachten, als alles, was gerade aufgeführt wurde, in mehreren Exemplaren im PN für LDS vorkam! Das Überraschende war, dass die HLT immer noch funktionierte! Aber einen LDS mit einer Leistung von 40 W, geschweige denn 80 W, zu „boosten“, ist nahezu unmöglich. Der PN, dessen Diagramm in Abb. 1 dargestellt ist, berücksichtigt viele der notwendigen Anforderungen an solche Geräte. Der Rechteckimpulsgenerator selbst ist auf einem CMOS-Chip DD1 Typ K561LE5 aufgebaut. Die Helligkeit wird durch Ändern des Tastverhältnisses der Impulse mit dem Widerstand R2 eingestellt. Die Frequenz des Generators (Elemente DD1.1 und DD1.2) hängt von der Kapazität des Kondensators C1 und natürlich von der Kapazität der Anlage und der Art der Mikroschaltung ab. Vom Ausgang des vierten Elements (Pin 10) DD1 wird das Steuersignal über den Widerstand R5 dem Gate des MOS-Feldeffekttransistors VT2 (KP901A) zugeführt. Von dessen Quelle gelangt das Signal zum Gate eines leistungsstarken Feldeffekttransistors VT3 vom Typ IR.Z34. Das Diagramm in Abb. 1 zeigt jedoch kein Detail. Dies ist der Widerstand R8 mit einem Widerstandswert von 33051 Ohm, der mit der Gate-Lücke des Transistors VT3 verbunden ist.
Viele Menschen profitieren von leistungsstarken Feldgeräten, abgesehen von den großen internen Kapazitäten zwischen den Elektroden. In diesem Fall handelt es sich um eine Gate-Source-Kapazität, die 1000 pF übersteigt. Um die Effizienz des PN zu verbessern, d. h. um die unnötige Verlustleistung des VT3-Transistors zu reduzieren, ist es notwendig, diesen Transistor schnell ein- und auszuschalten. Dies ist ohne schnelles Laden und Entladen der VT3-Eingangskapazität nicht möglich. Darüber wurde in der Fachliteratur viel und in der Amateurfunkliteratur nur sehr wenig gesagt. Man glaubt, dass der Einbau eines leistungsstarken Feldeffekttransistors mit niedrigem Drain-Source-Widerstand (Einschaltzustand) das Problem der Schaltleistungsverluste bereits löst. Aber das ist nicht so! Dieses Design sieht spezielle Maßnahmen zur beschleunigten Entladung der Eingangskapazität des Transistors VT3 vor. Dazu werden im PN-Kreis zusätzliche Elemente eingebaut: Transistor VT1, Widerstand R6 und Boost-Kondensator C6. Die Essenz dieses Systems ist recht einfach. Da an den Ausgängen der Elemente DD1.3 und DD1.4 immer gegenphasige Impulse anliegen, ist es nicht schwer, den Funktionsalgorithmus der Schaltung zu verstehen. Der Transistor VT1 entlädt zwangsweise die Eingangskapazität VT3, wenn am Ausgang des Elements DD1.3 ein Protokoll anliegt. „1“. Beim Einstellen des Protokolls. „0“ am Ausgang DD1.3, Transistor VT1 schließt schnell, dazu ist der „Nachbrenner“ in Form des Kondensators C6 eingebaut. Wir können sagen, dass es einfacher wäre, den Widerstandswert des Widerstands R7 beispielsweise um das 10- bis 30-fache zu reduzieren. Einfacher, aber weder wirtschaftlich noch effektiv, da dieser Widerstand einen Teil der Batterieleistung (fast nutzlos) verbraucht. Über Effizienz. Tatsache ist, dass dank der Schaltungselemente VT1, R6 und C6 ein ganz einzigartiger Autoregulierungskreis für nahezu den profitabelsten Betriebsmodus des PN gebildet wird. Und dies wiederum wirkt sich auf die Stabilität des PN-Betriebs aus, wenn sich die Helligkeit des LDS über einen sehr weiten Bereich ändert. Ohne diese Elemente funktioniert die Schaltung viel schlechter. Für die Aufladung der Eingangskapazität VT3 sorgt ein leistungsstarker Feldeffekttransistor vom Typ KP901A, der über eine relativ kleine Eingangskapazität S3I (ca. 100 pF laut Spezifikation) verfügt. Der Widerstand R5 ist antiparasitär und verhindert, dass VT3 im HF- und VHF-Band arbeitet, was für so „schnelle“ Transistoren wie KP901A (fgr ~ 400 MHz) durchaus realistisch ist. Die Mikroschaltung wird über einen RC-Filter mit Strom versorgt, da HF-Pulsationen in der Stromversorgung den normalen Betrieb des Generators stören können. Zu den Details. Anstelle von K561LE5 können Sie K561LA7 und anstelle des KT645A-Transistors KT3142A installieren. Es ist möglich, dass andere Transistoren als VT1 verwendet werden; Experimente werden zeigen, welcher besser und welcher schlechter ist. Wenn die Lampenleistung nicht mehr als 30 W beträgt, können Sie anstelle von KP901A KP902A verwenden. Der Abschlusstransistor vom Typ IR.Z34 kann durch einen beliebigen ähnlichen ersetzt werden. Sie können sogar Haushaltsgeräte wie den KP922A installieren, deren Gehäuse erwärmen sich jedoch stärker. Daher werden mehrere Kopien parallel installiert. Das Problem liegt in der Auswahl von Proben mit ähnlichen Werten der Schwellenspannungen Uthr. Von denen, die ich habe, hatte ich einmal 12 Stück. KP922A Upor. hatte von 3,5 bis 6,5 V! Die Wahl ist also klar und der Preis unseres KP922A ist sogar höher als der von Transistoren wie IR.640 (und das, obwohl die Parameter des letzteren doppelt so gut sind wie unsere). Auch hier ist IR.640 wenig geeignet, und zwar nur wegen des erhöhten Drain-Source-Widerstands beim Einschalten. Den Leser wird es interessieren, dass ursprünglich der VT3-Transistor verbaut wurde... bipolarer Typ KT8101A! In diesem Fall wurde zwar ein Germanium GT1E als Transistor VT311 verbaut. Andernfalls kann die hohe Sättigungsspannung Uke.us die Eingangskapazität des KT8101A-Transistors nicht entladen. Es ist wahrscheinlich, dass auch der KT827A zum Einsatz kommt. Das Problem der Ableitung von Nicht-Hauptträgern in der Basis erfordert jedoch eine negative Spannung, wenn der Bipolartransistor ausgeschaltet ist. Dies ist möglich, die PN-Schaltung wird jedoch komplett geändert. Der Widerstand R2-SP-1 (A-1 VT-II) wird direkt in die Leiterplatte PN eingebaut (eingelötet) (Abb. 2). Nur so kann das Problem des starken Rückgangs der Installationskapazität gelöst werden.
Achten Sie auf die Kapazität des Kondensators C1, sie beträgt ca. 15 pF. Über den Impulstransformator T1. Von diesem Transformator hängt viel ab. Ferritringe können hier nicht verwendet werden. Um „keine Zeit mit Kleinigkeiten zu verschwenden“, wurde daher ein Ferritkern von TPI verwendet (die Marke TPI wurde nicht etabliert, da der Kern separat, also ohne Spulen und Wicklungen, erworben wurde). Ferrit Ш16Х Х20 М2000 НМ1-14. Das folgende Design des Impulstransformators T1 ist völlig ausreichend (im Hinblick auf die maximale Effizienz dieses Designs). Zuerst wickeln wir 300 Windungen PEV-2 D0,6-Draht auf. Wir wickeln 12 Windungen PEV-2-Draht D2,4 mm darauf. Zwischen den Wicklungen befindet sich eine Lage Isolierband. Über die Herstellung des Rahmens. Wir schrauben 17-21 Lagen Elektrokarton auf einen Holzdorn mit einem Querschnitt von 1x2 mm (falls dieser nicht vorhanden ist, reicht jeder Karton mit ausreichender Festigkeit). Wir lassen eine Reserve für die Wangen des Rahmens. Wir führen Schnitte und „Anpassungen“ am Ferritstab durch. Der neue Rahmen sollte völlig frei auf die Hälften des Ferritkerns passen. Andernfalls ist nach dem Aufziehen der Wicklungen mit einer „Überraschung“ zu rechnen – sie passt nicht. Ich empfehle auf keinen Fall, gebrauchte Ferrite zu verwenden. Und dafür gibt es mindestens zwei schwerwiegende Gründe. Der Ferrit ist möglicherweise „geschrumpft“, d. h., er entspricht möglicherweise nicht den Angaben in den Spezifikationen. Zweitens: Ferritprodukte nicht überhitzen! Ihre Parameter verschwinden buchstäblich, wenn sie auf mehr als 100–200 °C erhitzt werden (abhängig von der Ferritmarke). Darüber schweigen Funkamateure hartnäckig. Lediglich in der einschlägigen Literatur heißt es, dass die Parameter von Ferriten bis zu bestimmten Temperaturen erhalten bleiben. Aber genau so trennen (Heizungs-!) Laien die Hälften von „Bechern“ und anderen Ferritprodukten. Persönlich hatte ich Gelegenheit, über solche Ferrit-„Dinge“ zu „stolpern“. Der Spalt zwischen den beiden Hälften des Magnetkreises sollte nicht groß sein. Sein optimaler Wert liegt bei etwa 0,1 mm. Nun zur Installation der gesamten Struktur. Die PN-Platine befindet sich in der Nähe des Transistors VT3, dieser befindet sich auf einem Kühlkörper mit einer Kühlfläche von 300 cm2. Ein 33-Ohm-Widerstand (R8) ist direkt an den Gate-Anschluss dieses Transistors angelötet. Dies ist sehr wichtig: sowohl das Vorhandensein dieses Widerstands als auch seine Position. Noch wichtiger ist die Länge der PN-Anschlussdrähte. Die kürzeste Länge sollte der Draht sein, der den Drain des Transistors VT3 und den Transformator T1 (den „heißen“ Abgriff des letzteren) verbindet. Ähnliche Anforderungen gelten für die Verbindung des „kalten“ Anschlusses I der Wicklung des Transformators T1 mit dem Kondensator C5 und der PN-Platine. Der Strom aus der Batterie wird zunächst den Anschlüssen des Kondensators C5 zugeführt und gelangt erst dann zur PN-Platine. Anschließend wurde ein nicht-elektrolytischer Kondensator 4,7 μF x 63 V (K73-17) direkt an den Anschlüssen des Kondensators angebracht. Strukturell ist der PN im Gehäuse eines abgenutzten Ferroresonanz-Netzwerkstabilisators vom Typ SN-315 untergebracht. Hier befindet sich auch das Netzteil (PSU). Stimmen Sie zu, dass eine Netzwerkstromversorgung eine sehr praktische und notwendige Sache ist, wenn der Akku fast leer ist oder gar kein Akku vorhanden ist. Es ist kein Geheimnis, dass die Herstellung einer Spannungsversorgung aus dem Netzwerk und selbst mit Helligkeitsanpassung viel schwieriger ist als diese Niederspannungsversorgung. Und unser System kann jetzt sowohl mit einer Batterie als auch mit einer Netzstromversorgung betrieben werden. Über die Netzwerkstromversorgung. Lassen Sie sich nicht davon abhalten, die Versorgungsspannung zu erhöhen. Kontinuierliche Stabilisatoren verringern die Effizienz des Gesamtsystems. Eine ganz andere Sache sind wichtige Stabilisatoren. Aber ich persönlich mag den „Schnickschnack“ nicht. Ich war mit der auf Glasfaser platzierten Diodenbrücke KD213A zufrieden (die Dioden müssen auch bei einer 40-W-LDS-Lampe gekühlt werden!). Die Wechselspannung von Wicklung II beträgt ~14 V. Der Gleichrichterfilterkondensator ist K50-32A mit einer Kapazität von 22,000 μF x 40 V. Für eine 80-W-LDS-Lampe wird .U1 bei 10 A verwendet. Ein Amperemeter bei 1 A ist in Reihe mit .U10 geschaltet. Und das ist kein Luxus, sondern eine sehr operative Kontrolle über die Arbeit des PN. Über den Netzwerktransformator. Es wurde ein toroidaler Magnetkern aus demselben unbrauchbaren CH-315 verwendet. Die Primärwicklung enthält 946 Windungen aus PELSHO 0,64-Draht; sekundär - 60 Windungen PEV-2 D1,8 mm. Abmessungen des toroidalen Magnetkerns: Außen-D92,5 mm, Innen-D55 mm, Höhe 32 mm. Der Leerlaufstrom beträgt ca. 10 mA (~220 V). Die Marke ist unbekannt geworden. Aber den Ergebnissen nach zu urteilen, ist der Stahl von hoher Qualität. Einrichten. Korrekt zusammengebaut, ohne Fehler, funktioniert die Schaltung sofort. Die erste Umschaltung erfolgt jedoch über eine Netzstromversorgung mit zwingender Begrenzung des Stromverbrauchs. Besser ist es, einen elektronischen Strombegrenzer zu verwenden. Anstelle des Kondensators C1 ist vorübergehend ein Trimmer eingebaut – ein Abstimmkondensator (8...30 pF). Der Widerstand R1 wählt den Bereich der Helligkeitsänderungen innerhalb der gewünschten Grenzen. Der Widerstand R2 wird auf die Position eingestellt, die der maximalen Helligkeit des LDS entspricht. Durch die Wahl der Kapazität des Kondensators wird die höchste Helligkeit erreicht. Der Kondensator C6 wird unter der Bedingung der größten Stabilität des PN-Betriebs ausgewählt, wenn sich die Helligkeit vom Maximum zum Minimum ändert. Gleichzeitig müssen Sie die Erwärmung des Kühlkörpers des Transistors VT3 überwachen. Je heißer es wird, desto mehr Batterieenergie wird verschwendet. Hier müssen Sie ggf. an der Auswahl der Behälter C1, C6 basteln. Wenn Sie sich für den Einbau eines VT3-Bipolartransistors entscheiden, muss die Frequenz reduziert und die Strahlerfläche vergrößert werden, da die Erwärmung deutlich zunimmt. Die Qualität der verwendeten MOSFETs spielt eine wichtige Rolle. Entlang des Ventils dürfen keinerlei Lecks vorhanden sein. Auch der Transistor VT1 sollte nicht niederfrequent sein. Anstelle von Sh-Ferriten eignen sich übrigens auch Ferrite aus Netztransformatoren. Aber ich warne Sie sofort vor dem, was oben gesagt wurde. Die Schaltung funktioniert mit fast allen (ohne Vorschaltgeräten) LDS. Es muss lediglich auf eine Leistungsbegrenzung geachtet werden, da LDS sonst auch bei großen Überlastungen (normalerweise beim Anlauf) ausfallen. Um die Lampe bei geringer Leistung zu starten, ist ein Druckknopfschalter vorgesehen, dessen Kontakte während der Startphase die entsprechenden Abgriffe des Widerstands R2 (im Diagramm nicht dargestellt) schließen. Autor: A. G. Zyzyuk
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