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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Transformatorloses Ladegerät. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Ladegeräte, Batterien, galvanische Zellen Um die Größe der entworfenen Funkgeräte zu reduzieren, legen Funkamateure großen Wert auf die Miniaturisierung der Stromversorgung. Normalerweise wird dieses Problem mit einem gepulsten Spannungswandler gelöst. Mittlerweile ermöglichen erhebliche Fortschritte auf dem Gebiet der elektronischen Komponenten die Entwicklung kleiner Netzteile, die keinen Transformator enthalten. Das relativ einfache Design und die Verfügbarkeit von Komponenten machen sie auch für Funkamateure attraktiv. Zum ersten Mal wurde eine solche technische Lösung von L.M. vorgeschlagen. Braslavsky vom Elektrotechnischen Institut Nowosibirsk im Jahr 1972, nachdem er eine Erfindung angemeldet hatte. Es erwies sich als so originell und für Fachleute nicht offensichtlich, dass VNIIGPE den Antrag ganze sechs Jahre lang prüfte und erst 1978 eine Urheberrechtsbescheinigung ausstellte. Später wurden weitere Lösungen patentiert, die den Einsatz von Kondensatorstromversorgungen ermöglichten. Ein vereinfachtes Diagramm eines solchen Geräts ist in Abb. dargestellt. 6.10. Damit können Sie das „Training“ von Batterien umsetzen – einen Modus, bei dem die Batterie während einer Halbwelle der Netzspannung geladen und dann mit einem geringeren Strom zum Ballastwiderstand entladen wird.
Der beschriebene Kondensator-Spannungswandler ist zum Laden von Autobatterien mit einer Kapazität von bis zu 70 Ah ausgelegt, daher sollte der maximale durchschnittliche Ausgangsstrom des Geräts 7 A betragen. Dieser Wert steht im Einklang mit der Begrenzung des variablen Anteils auf das Niveau von 20 ... 30 % der Nennspannung für die verwendeten Oxidkondensatoren. Die Gleichrichterdiode VD38, der Kondensator C13 und die Zenerdioden VD39, VD40 bilden die Versorgungsspannung der Steuereinheit, die den Betrieb der Schalttransistoren VT2 und VT3 mit der Polarität der Netzspannung synchronisiert und den Ausgangsstrom stabilisiert. Das Gerät funktioniert wie folgt. Mit einer positiven Halbwelle der Netzspannung wird ein Block aus Kondensatoren C1.C12 und ein Stromspeicherkondensator C13 geladen. Bei einer negativen Halbwelle schaltet sich die LED des Optokopplers U1 ein und sein sich öffnender Fototransistor überbrückt den Emitterübergang des Transistors VT1. Der Transistor VT1 schließt und verbindet über den Widerstand R5 den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1 mit dem Ausgang der Kondensatoreinheit. Gleichzeitig schaltet und öffnet der Operationsverstärker selbst die Transistoren VT3, VT2 und die LED des Optokopplers U2. Der Operationsverstärker DA1 arbeitet im Komparatormodus, sodass sein Ausgangssignal nur zwei Werte annehmen kann – nahe der Versorgungsspannung und gegen Null. Wenn die Spannung an seinem invertierenden Eingang größer ist als am nichtinvertierenden, liegt die Ausgangsspannung nahe Null und der Transistor VT3 befindet sich im geschlossenen Zustand. Andernfalls liegt die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers nahe an der Versorgungsspannung, der Transistor VT3 öffnet und über den Widerstand R10 der Transistor VT2 und der Optokoppler U2. Das Eingangssignal zur Stabilisierung des Ausgangsstroms ist die Spannung an der Kondensatoreinheit. Somit ist die Spannungsänderung an der Kondensatoreinheit (ihre Abnahme) direkt proportional zur an die Last abgegebenen Ladung. Durch die Stabilisierung der von der Kondensatoreinheit während eines einzelnen Entladezyklus abgegebenen Ladung stabilisiert das Gerät daher den Ausgangsstrom. Sein Wert wird durch den Widerstand R7 reguliert. Nach dem Schließen des Transistors VT1 wird die Spannung von der Kondensatoreinheit dem nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1 zugeführt und mit der beispielhaften Spannung verglichen, die vom Teiler R6...R8 an den invertierenden Eingang geliefert wird. Wenn die Spannung an der Kondensatoreinheit unter den beispielhaften Wert sinkt, schaltet der Operationsverstärker DA1 in den Nullzustand und schließt den Transistor VT3 und über ihn (und die Last des Geräts) den Optokoppler-Fotodistor U2. Wenn die Spannung an der Kondensatoreinheit aus irgendeinem Grund nicht auf den beispielhaften Wert gesunken ist (d. h. die durch die Position des Widerstands R7 bestimmte Ladung ist nicht in die Last gelangt) und die zum Entladen vorgesehene Zeit abgelaufen ist, wird der Betrieb der Einheit zur Verhinderung des Eintritts von Netzspannung in den Ausgang des Geräts wie folgt organisiert. Die Spannung der negativen Halbwelle des Netzwerks nimmt ab, bis die LED des Optokopplers U1 erlischt und folglich sein Fototransistor schließt. Dies führt zum Öffnen des Transistors VT1, zur Überbrückung des nichtinvertierenden Eingangs und zum Schalten des Komparators DA1 und damit zum Schließen der Transistoren VT3, VT2 noch vor dem Auftreten einer positiven Halbwelle der Netzspannung. Somit erfolgt eine Zwangssynchronisation der Stromstabilisierungseinheit mit der Polarität der Netzspannung. Der U2-Optokoppler wird nur als Sicherheitsverbesserung benötigt und ist möglicherweise nicht in eingebauten Netzteilen verfügbar. Das Aufladen des Akkus dauert relativ lange und erfordert eine gewisse Kontrolle. Daher bietet das Gerät die Möglichkeit, den geladenen Akku bei einer Spannung von 14,2 ... 14,4 V automatisch abzuschalten. Die Funktion des Schwellenwertelements zum Trennen eines voll geladenen Akkus übernimmt das elektromagnetische Relais K1 (RES10), das bei einer Spannung von ca. 10,5 V arbeitet. Das Relais ist über einen Drahtabschneiderwiderstand R2 mit den Ausgangsklemmen X3 und X11 verbunden. Dieser Widerstand bildet zusammen mit dem Kondensator C14 einen Filter, der den Wechselstromanteil der pulsierenden Ladespannung unterdrückt, den langsam ansteigenden Gleichstromanteil der Batteriespannung jedoch durchlässt. Daher wird bei Erreichen der Schwellenspannung das Relais K1 aktiviert und schaltet durch Öffnen der Kontakte K1.1 die Stromversorgung der Kondensatoreinheit und des Steuersystems ab. Die Relaiswicklung selbst bleibt durch den Ladevorgang der Batterie mit Strom versorgt und schaltet aufgrund der vorhandenen Hysterese ab, wenn die Spannung auf 11,8 V absinkt. Danach wird die Batterie automatisch wieder aufgeladen. Das Ein-/Ausschalten des automatischen Ladeendes erfolgt über den Schalter SA2. Die Verwendung des Relais der RES10-Serie ist auf seinen geringen Verbrauchsstrom und damit auf den geringen Batterieentladestrom im Ladestoppmodus zurückzuführen. Die Niederleistungskontakte des verwendeten Relais spiegeln auch die Merkmale des beschriebenen Geräts wider, die mit der kapazitiven Natur der Last verbunden sind. Daher erfolgt eine Unterbrechung im Stromversorgungskreis der Kondensatoreinheit ohne Funkenbildung. Der Einsatz von zwei Netzsicherungen (FU1, FU2) und einem zweiteiligen SA1-Schalter ist aufgrund der fehlenden galvanischen Trennung des Gerätes vom Netz mit erhöhten Anforderungen an die elektrische Sicherheit verbunden. Es ist möglich, beliebige Oxidkondensatoren in der Kondensatoreinheit zu verwenden, vorzugsweise jedoch vom gleichen Typ. Bei Verwendung importierter Kondensatoren können die Abmessungen dieses Blocks deutlich reduziert werden. Die Dioden des Blocks können auch beliebig sein und für den gleichen Strom und die gleiche Sperrspannung ausgelegt sein – sogar die Dioden D226B und D7Zh reichen aus, aber die Abmessungen des Blocks und seine Masse werden deutlich zunehmen. Der Optokoppler T0325-12,5-4 wird durch T0125-10 oder T0125-12,5 nicht niedriger als Klasse 4 ersetzt. Anstelle von KP706B (VT3) können ähnliche inländische Feldeffekttransistoren oder importierte IGBTs für denselben Strom und dieselbe Spannung und vorzugsweise mit einem minimalen Kanalwiderstand verwendet werden. Bei der Auswahl eines elektromagnetischen Relais muss berücksichtigt werden, dass die auf dem Typenschild angegebene Nennspannung etwa 1,5 ... 1,7-mal höher ist als die Auslösespannung und dass die Auslösespannung auch bei Relais derselben Charge etwas unterschiedlich sein kann. Es ist möglich, Relais RES9, RES22, RES32 und andere mit ausreichend geringer Stromaufnahme für eine Betriebsspannung im Bereich von 8 ... 12 V zu verwenden. In diesem Fall kann es erforderlich sein, einen Widerstand R11 und einen Kondensator C14 auszuwählen, um den variablen Anteil wirksam zu unterdrücken, ein „Prellen“ der Relaiskontakte und Fehlalarme zu verhindern. Ein ordnungsgemäß zusammengebautes Gerät beginnt sofort mit der Arbeit. Grundsätzlich ist nur eine Auswahl der Widerstände R6 und R8 erforderlich, um den Ladestrom-Einstellbereich anzupassen. Dazu muss eine entladene Batterie an den Ausgang des Gerätes angeschlossen werden und über eine Auswahl der Widerstände R6 und R8 mit dem Amperemeter RA1 der Regelbereich des Ladestroms durch Widerstand R7 eingestellt werden. Wenn in der Ausgangsposition des Widerstandsschiebers R7 der Strom ungleich Null ist, müssen Sie den Widerstandswert des Widerstands R8 verringern. Wenn der Ladestrom nicht in der Extremposition des R7-Motors gleich Null wird, sollte der Widerstandswert dieses Widerstands erhöht werden. Als nächstes wird der Motor des Widerstands R7 in seine Endposition gebracht. Wenn nun der Ladestrom kleiner als das Maximum ist, muss der Widerstandswert des Widerstands R6 verringert werden, und wenn er überschritten wird, wird er erhöht. Danach müssen Sie den Akku vollständig aufladen, indem Sie den SA2-Schalter auf die Position „Manueller Modus“ stellen und die Spannung mit einem Gleichstromvoltmeter kontrollieren. Anschließend sollten Sie das Gerät vom Netzwerk trennen, den Kippschalter SA2 auf den „Auto“-Modus und den Widerstandsschieber R11 auf die maximale Widerstandsposition schalten. Durch erneutes Anschließen des Geräts an das Netzwerk wird durch Reduzierung des Widerstands des Widerstands R11 ein eindeutiger Betrieb des Relais K1 erreicht – das Gerät ist betriebsbereit. Beim Aufstellen und Betreiben des Ladegerätes ist zu beachten, dass keine galvanische Trennung vom Netz besteht. Daher können Sie das Gerät nur dann an die Batterie anschließen und von ihr trennen, wenn das Netzkabel vom Stromnetz getrennt ist. Autor: Semjan A.P.
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