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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Über einfache und leistungsstarke Spannungsstabilisatoren. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Überspannungsschutz Die unabhängige Produktion leistungsstarker (und vor allem einfacher Schaltkreise!) Spannungsstabilisatoren (SV) und Netzteile (PSU) ist sehr wichtig. Es kann schwierig sein, ab Werk leistungsstarke Netzteile (PS) zu erwerben, und die Preise für diese Produkte sind sehr hoch (je nach Parameter zwischen mehreren zehn und mehreren hundert US-Dollar). Da der Hersteller die Stromversorgung nicht selbst herstellt, spart er alles Mögliche. Spezialisten können Ihnen auf Bestellung ein leistungsstarkes Netzteil anfertigen. Nachdem er sich mit der Füllung vertraut gemacht hat, stellt der Käufer fest, dass er 70...90 % des Netzteilpreises für das Design (Box) bezahlt hat. Moderne Impulsnetzteile können im Schaltungsdesign sehr komplex sein, sodass es selbst für einen erfahrenen Spezialisten schwierig sein kann, die Funktionalität des Netzteils wiederherzustellen (und manchmal ist eine Reparatur unmöglich). Die Machbarkeit der Herstellung eines leistungsstarken Netzteils wird durch den Zuverlässigkeitsfaktor angezeigt, den sich ein Amateur im Hinblick auf den „übermäßigen Verbrauch“ von Materialien (Kupfer, Eisen usw.) und Komponenten leisten kann. Hier ist der Hersteller nicht unser Konkurrent, und wir müssen uns keine Sorgen über eine Überhitzung von Komponenten oder Baugruppen machen. Wenn Sie eine leistungsstarke Stromversorgung benötigen, die in vielen Situationen eine Autobatterie ersetzen kann, dann ist es oft rentabler und einfacher, eine kontinuierliche Stromversorgung zu verwenden. Tatsache ist, dass die Flotte leistungsstarker radioelektronischer Geräte (RES) ständig wächst und aktualisiert wird. Daher sind erneuerbare Energien im Automobilbereich sehr vielfältig und hinsichtlich des Energieverbrauchs sehr „gefräßig“ (Audiosysteme, Transceiver, Sicherheitssysteme, Konverter). Für nur eine Überprüfung, ganz zu schweigen von der Reparatur von RES, benötigen Sie ein sehr leistungsstarkes Netzteil (PS), das mit Lastströmen von 20...30 A oder mehr arbeiten kann. Übrigens waren Amateure, die das BP wiederholten [1, Abb. 7], mit seiner Arbeit zufrieden. Über Transistoren. Um die Eigenschaften der Stromversorgung [1] in die Praxis umzusetzen, müssen Sie die in [2] dargelegten Empfehlungen nutzen. Fans interessierten sich besonders für die Frage, leistungsstarke Transistoren mit PNP-Struktur vom Typ KT8102 durch verfügbare Transistoren mit NPN-Struktur vom Typ KT802, KT803, KT808, KT819 zu ersetzen. Leider sind die Transistoren KT8101, KT8102 für unser Outback immer noch unzugänglich. Darüber hinaus sind die defekten KT8101, KT8102 im Outback, sie können leicht mit einem Zeiger-Ohmmeter identifiziert werden, weil sie „klingeln“ in alle Richtungen. Solche fehlerhaften Produkte können auch ohne Messgerät identifiziert werden [3]. Wir verwenden einen beliebigen 30-V-Gleichrichter und einen 30-kOhm-Widerstand (Abb. 1).
Bei einem funktionierenden Transistor registriert das Amperemeter nichts. Aber ich habe nicht einmal schlechte Transistoren mit Uke=5...10 V weggeworfen. Sie können in Niederspannungsschlüsselkreisen und als Analoga leistungsstarker Zenerdioden betrieben werden. Die Praxis zeigt, dass nur Transistoren mit geringem Leckstrom lange und fehlerfrei arbeiten. Ich glaube übrigens, dass Transistoren früher „gewissenhaft“ hergestellt wurden. Drei KT803A-Transistoren sind zuverlässiger als ein KT8101. Ich hatte die Gelegenheit, viele ausländische Transistoren mit dem Gerät zu testen [3], und sie haben keine Ahnung von solchen Leckagezahlen wie in unseren technischen Spezifikationen. Ich habe auch ein tragbares Uke.max-Messgerät [4] zum Testen auf dem Funkmarkt hergestellt, da Transistoren nach Parametern ausgewählt werden müssen (und Kaufmängel sind inakzeptabel). Für die weniger seltenen Transistoren KT802, 803,808, 819 ist eine Verlustleistungsspanne von etwa 50 % erforderlich, insbesondere wenn die Anzahl der Transistoren 5–10 oder mehr beträgt. Jeder Transistor muss getestet und für den Parallelbetrieb ausgewählt werden. Ein zufälliger Satz von Transistoren in einer Batterie führt zu einer Kettenreaktion von Ausfällen, sobald der SV leistungstechnisch gut ausgelastet ist. Eine solche Maßnahme wie die Erhöhung der Emitterwiderstände (um 100 %) gilt leider nicht für zufällige Exemplare mit einer Zahl von mehr als 5. Nur eine Vorauswahl aller Transistoren nach h21E und Uke.us führt zu einer deutlichen Reduzierung der Werte der Emitterwiderstände und reduzieren dadurch die von ihnen nutzlos verschwendete Leistung. Um also Transistoren für den Parallelbetrieb auszuwählen, ist es notwendig, h21E jedes Transistors bei einem Strom Ik = In.max/N zu messen, wobei In.max der maximale Strom für die gesamte CH-Batterie ist; N ist die Anzahl der parallel geschalteten Transistoren. Übrigens sollte h21E für die gesamte Transistorbatterie 100 nicht überschreiten (aber auch weniger als 20). Daher sind die Transistoren KT8101 und KT8102 mit h21E>200 in linearen Hochleistungsschaltungen im Allgemeinen unzuverlässig. Aber das ist noch nicht alles. Es ist notwendig, die Transistoren auf Verlustleistung zu prüfen, d.h. Schalten Sie sie auf eine Last ein, die 50...70 % der maximalen Leistung entspricht, und „quälen“ Sie sie für eine lange Zeit. Mehr als 10 Jahre Praxis zeigen, dass dieses Verfahren für den langfristigen und störungsfreien Betrieb einer Transistorbatterie in leistungsstarken MVs notwendig und ausreichend ist. Gleichzeitig müssen wir bedenken, dass eine Überhitzung des Transistorkristalls seinen „Tod“ bedeutet. Daher müssen Sie die Leistung sorgfältig überprüfen und dabei die erforderliche Kühlkörperfläche und vorzugsweise die Temperatur kennen. Tatsache ist, dass mit steigender Temperatur die maximale Leistung abnimmt, was einer Verringerung der potenziellen Leistungsfähigkeit des Netzteils gleichkommt. Mit dieser Methode wurden bis zu 20 (!) Teile verbaut. Transistoren der Typen KT803, KT808, KT819 usw. Wenn übrigens jeder Batterietransistor auf einem eigenen Kühlkörper installiert ist, kann die richtige Auswahl der Transistoren durch die gleiche Erwärmung der Kühlkörper überprüft werden. Es ist sehr wichtig, die richtige Versorgungsspannung zu wählen. Transistoren erwärmen sich und fallen am häufigsten bei minimaler Spannung aus (nahe dem Kurzschlussmodus). Der Test wird wie folgt durchgeführt: Ein Oszilloskop wird an den MV-Ausgang angeschlossen, und die Primärwicklung des Leistungstransformators wird über den LATR angeschlossen und die Spannung am LATR-Ausgang wird reduziert, bis am MV-Ausgang Welligkeiten auftreten. Der Strom in der MV-Last sollte maximal sein. Es ist notwendig, den Spielraum für Schwankungen der Stromversorgungsspannung zu bestimmen. Wenn ein Netzspannungsstabilisator verwendet wird, wird die Aufgabe vereinfacht. Der Autor nutzte den Parallelmodus zum Einschalten alter, aber sehr zuverlässiger Ferroresonanzstabilisatoren vom Typ CH-315, um leistungsstarke Netzteile mit Strom zu versorgen. Durch die Parallelschaltung von 2-3 solcher Stabilisatoren erhalten wir eine Leistung von 600...900 W [6]. Das Problem besteht darin, dass ein starker Spannungsanstieg im Netz zu einem Anstieg der Spannung am Ausgang des Gleichrichters und damit zu einem Anstieg des Spannungsabfalls an den Transistoren führt, was diese aufgrund thermischer Überlastung beschädigen kann. Wenn Sie den Widerstand der Widerstände in den Emittern auf 0,1 Ohm reduzieren, können Sie die Streuung der Parameter der Transistoren teilweise ausgleichen, indem Sie Widerstände mit einem Widerstandswert von bis zu 10 Ohm in den Basiskreis der Transistoren einbauen. Die Einbeziehung dieser Widerstände garantiert fast immer die Beseitigung der Mittelspannungs-Selbsterregung. Selbsterregung ist für die meisten HF-Schaltkreise ein echtes Problem. In diesem Fall brennen die Transistoren im CH sofort durch, und zwar bei einer Lastleistung, die deutlich unter der Nennleistung liegt. Leistungsstarke Transistoren (Wärmequellen) müssen über den gesamten Heizkörper verteilt und voneinander entfernt angeordnet sein. Das Netzteilgehäuse selbst passt sehr gut. Der Nachteil sind die langen Verbindungsdrähte zwischen dem CH-Kreis und den leistungsstarken Transistoren. Daher ist in der Nähe des Basisanschlusses jedes leistungsstarken Transistors eine Drossel eingeschaltet (20...100 μH). Aus Abschnitten von Ferritstäben aus den Schaltkreisen von HF-Geräten können Sie solche Drosseln selbst herstellen, indem Sie Draht D0,5...0,6 mm in einer Schicht wickeln und ihn dann mit Epoxidkleber füllen. Das 30-A-Netzteilgehäuse wurde aus zwei U-förmigen Aluminiumplatten mit einer Dicke von 2...3 mm gefertigt. Im unteren Teil des Gehäuses wurden 4 (8) Transistoren und im oberen Teil 6 (12) Transistoren platziert. In Klammern ist die Anzahl der Transistoren für eine leistungsstärkere 50-A-Version angegeben. Der große Vorteil der Schaltung [1, Abb. 7] besteht darin, dass alle Transistorgehäuse mit der gemeinsamen Leitung des CH-Kreises verbunden sind. Daher gibt es keine großen Schwierigkeiten bei der Befestigung und Installation von 10-20 Transistoren. Noch einfacher ist die Situation beim Kunststoff KT819. Sie kosten buchstäblich ein paar Cent, aber es gibt fehlerhafte Chargen (sie halten nicht einmal einer Leistung von 30 W stand). Viele Fans sind auf der Suche nach KT819AM-GM aus Metall, weil sie diese für besser halten als solche aus Kunststoff. Aber Referenzdaten zufolge nimmt die maximale Leistung für den Kunststoff KT819A-G mit der Temperatur um 0,6 W/°C ab, d. h. alle 10° „frisst“ 6 W, und für Metall beträgt dieser Koeffizient 1 W/°C, d.h. bei 10° werden 10 W „aufgefressen“! Hier sind „alte“ Transistoren wie 2T803 von Vorteil, die ihre 60 W bis 50 °C beibehalten. Was ist mit KT8101 und KT8102? Die Referenzliteratur enthält keine Angaben zu thermischen Faktoren und die garantierte maximale Leistung gilt nur für Temperaturen unter 25 °C. Aber der Kühler erwärmt sich um mehrere zehn Grad mehr! Der einfachste und günstigste Weg besteht also darin, Transistoren des Typs KT819B-G in einem leistungsstarken SV mit der Rate eines Transistors pro 2...2,5 A Ausgangsstrom zu installieren (KT803-Transistoren - für einen Transistor 3 A). Da sich das Blechmaterial des Gehäuses nur schwer biegen lässt, besteht das Gehäuse aus sechs Teilen. Da sich der untere Teil stärker erwärmt, sind darauf weniger Transistoren verbaut als im oberen Teil. SNs, die mit dieser Methode zur Auswahl von Transistoren hergestellt wurden, mussten sehr selten repariert werden, außer vielleicht aufgrund der Nachlässigkeit des Besitzers des Netzteils (es ist besser, leistungsstarke Netzteile nicht an Dritte zu vermieten). Außerdem würde es nicht schaden, den SV mit einem Thermoschutz auszustatten: Der Kühlkörper überhitzt und der SV schaltet ab. Eine der bewährten Thermorelaisschaltungen ist in Abb. 3 dargestellt.
Thermistor R3 Typ MMT-4. Da es sich um einen Temperatursensor handelt, wird er auf dem Kühlkörper leistungsstarker Transistoren an der Stelle montiert, an der die Temperatur am höchsten ist. Es ist auf die elektrische Isolierung des Thermistorkörpers R3 vom Kühlkörper zu achten, denn Einer seiner Terminals ist sein Körper. Wenn die Schaltung in Abb. 3 jedoch von einem separaten Gleichrichter gespeist wird, muss das R3-Gehäuse nicht isoliert werden. Der KT829-Transistor kann durch den KT972 ersetzt oder mit den Transistoren KT315 und KT815 (817) zu einem Analogon des Darlington-Transistors gemacht werden. Die Schaltung ist für den Thermistortyp unkritisch, der bei 25 °C einen Widerstand von 1,5 bis 4,7 kOhm haben kann. Es ist besser, als R1 einen Widerstand mit mehreren Windungen zu verwenden (sie legen die Betriebsschwelle fest: Je niedriger sein Widerstand, desto höher die Abschalttemperatur). Diese Schaltung kann in jedes Netzteil eingebaut werden. Wichtig ist, dass die Versorgungsspannung 14...15 V überschreitet (Relais-Betriebsspannung beträgt 12 V). Der Stromgenerator Abb. 3 kann nach jeder bekannten Schaltung hergestellt werden. Gut geeignet ist ein Stromgenerator auf Basis eines Feldeffekttransistors. Wenn eine erhöhte Stabilität der Ansprechschwelle erforderlich ist, wird D2E als VD818 verwendet, R3 wird auf 10 kOhm erhöht, R1 und R2 werden ausgewählt. Der Betriebsstrom des Stromgenerators ist auf 11 mA eingestellt. Die Ansprechtemperatur des Wärmeschutzes ist auf 50 bis 80 °C eingestellt, nicht höher. Über Dioden. Leistungsstarke Dioden sind zwar teuer, aber einfacher in der Anschaffung als leistungsstarke Transistoren. Beispielsweise muss D122-40 sowohl in direkter Polarität (ohne X-Zeichen) als auch in umgekehrter Polarität (mit X-Zeichen) verwendet werden. Dadurch kommt man mit zwei statt drei Kühlkörpern aus [5]. Geeignet sind auch die „alten“ B50, B200 usw. Man kommt mit zwei Dioden und einem Kühlkörper aus (Abb. 4). Diese Schaltung ist für Dioden ausgelegt, deren Kathoden mit dem Körper verbunden sind.
Was wäre, wenn Sie keine Dioden mit einem Betriebsstrom von mehr als 30 A bekommen könnten? Sie können mit 10-Ampere-Geräten auskommen, indem Sie sie gemäß dem Diagramm in Abb. 5 anschließen. Sie müssen einfach nicht den maximalen Strom aus den Dioden „quetschen“ (nicht mehr als 7,5 A). Es wurden Dioden der Typen D242(A), D214(A), D215(A), D231(A), KD213A verwendet. Bevorzugt werden Dioden mit dem Buchstabenindex A, weil sie haben weniger Wärmeverlust. Unsere Dioden sind zuverlässiger als importierte; bei ihnen kann der maximale Strom sicher um das 1,5-fache oder sogar mehr reduziert werden.
Die Diode KD213A ist sehr praktisch. Ihre Kathode ist ein Körper, sodass ein Dutzend dieser Dioden in einem Streifen montiert werden kann. In industriellen Befestigungssystemen für die Dioden KD2997 und KD2999 sind keine isolierenden Dichtungen und anspruchsvollen Flansche erforderlich. Die letztgenannten Dioden haben einen Betriebsstrom größer als KD213 (KD2999 – 20 A, KD2997 – 30 A), sodass der Widerstandswiderstand bei ihnen auf 0,02 Ohm reduziert wird. Moderne Dioden mit Schottky-Barriere funktionieren in diesem Gleichrichter perfekt. Sie müssen lediglich Proben mit der geringsten Leckage auswählen (dies ist sogar mit einem Zeiger-Ohmmeter möglich, da die Leckage im Vergleich zu Siliziumdioden enorm ist). Dioden vom Typ KD2998 sind in einem Brückengleichrichter rentabler. Schottky-Dioden benötigen keine Ausgleichswiderstände und können problemlos parallel geschaltet werden (Abb. 6).
Über Widerstände. Ihre Zahl im Diagramm in Abb. 5 kann einschüchternd sein. Aber sie sind einfach herzustellen. Dabei handelt es sich um Lackdrahtstücke D0,6 mm mit einer Länge von 80...100 cm, die auf einen beliebigen Dorn gewickelt sind. Ein solcher Widerstand kann einer Leistung von weit mehr als 5...10 W standhalten. An Heizkörpern sollte man nicht sparen. Jede Diode benötigt mindestens 100 cm2 Strahlerfläche, da bei Temperaturen über 75 °C der maximale Durchschnittsstrom reduziert werden muss. Über Filterkondensatoren. 2000 μFCH 50 V-Batterien sind sowohl preislich als auch zuverlässig gut geeignet. Ihre Anzahl wird aus dem Verhältnis von 1000 μF pro 1 A Strom ausgewählt. Wenn der SV häufig mit einem Strom von mehr als 20 A betrieben wird, sollte eine Kapazitätsreserve bereitgestellt werden, basierend auf dem Verhältnis von 2000 μF pro 1 A Strom. Diese Kondensatoren haben die größte Angst vor Temperatur und Welligkeit und müssen daher an der kältesten Stelle im Netzteil platziert werden. Und das Ausmaß der Welligkeit kann nur durch eine Erhöhung der Kapazität verringert werden. Über den Transformator. Es wurden verschiedene Möglichkeiten genutzt. Schauen wir uns den einfachsten und günstigsten TS-270 an. Der Magnetkern dieses Netzwerktransformators kann 500 W oder mehr an die Last liefern. Die Obergrenze hängt von mehreren Faktoren ab: dem Durchmesser des Primärwicklungsdrahtes, der Qualität der Kernbaugruppe und seltsamerweise davon, wie „gepflanzt“ das Eisen ist. Der letzte Faktor lässt sich leicht durch Messung des Leerlaufstroms (Iхх) ermitteln. Wenn Iхх≤0,25 A, dann ist der Transformator normal. Wenn Iхх≤0,35 A, dann hat ein solcher Transformator viele Jahre lang hart gearbeitet. Wenn Iхх≤0,5 A, ist es besser, den Transformator bei Leistungen unter 270 W zu verwenden. Bei Leistungen bis 300 W ist kein Umwickeln der Primärwicklung erforderlich. Da in diesem Fall jedoch eine Leistung von etwa 600 W benötigt wird, wurden zwei TS-270-Transformatoren verwendet. Die Primärwicklungen waren parallel und die Sekundärwicklungen in Reihe geschaltet (auf der einen Seite IIa, auf der anderen Seite IIb). Typischerweise ist bei der 30-Ampere-Version jede der Wicklungen mit einem Doppeldraht D1,8...2,2 mm oder einem Dreifachdraht D1,5 mm gewickelt. Basierend auf dem Vorhergehenden ist das CH-Schema in Fig. 7 gezeigt.
Литература:
Autor: A.G. Zyzyuk
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