Transformatorlose Spannungswandler. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Spannungswandler, Gleichrichter, Wechselrichter

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Mit transformatorlosen Wandlern können Sie gegenpolige Spannungen erzeugen und die Spannung der Stromquelle um ein Vielfaches erhöhen. Aufgrund der Tatsache, dass bei transformatorlosen Wandlern die Spannung durch die Summation der Spannungen an den Kondensatoren ansteigt, empfiehlt es sich, diese für kleine Lastströme herzustellen, die 0,5 A nicht überschreiten.

In Abb. 64a zeigt ein schematisches Diagramm eines transformatorlosen Halbwellen-Spannungswandlers mit niedriger Stromstärke. Für einen Laststrom von bis zu 10 mA, wodurch Sie die doppelte oder dreifache Spannung des Netzteils sowie eine Spannung mit umgekehrter Polarität erhalten können. Der Wandler arbeitet mit einer Gleichstromquelle mit einer Spannung von 3...12 V und hat einen Wirkungsgrad von etwa 50 %.

Das Gerät besteht aus einem Hauptoszillator, der mithilfe einer Multivibratorschaltung auf den Transistoren VT1 und VT2 aufgebaut ist, und zwei Spannungsverdopplern auf den Dioden VD1-VD4 und den Kondensatoren C2 und C5.

Wenn der Transistor VT1 geöffnet ist, wird der Kondensator C1 über die Diode VD2 auf die Spannung der Stromquelle aufgeladen. Nach dem Schließen dieses Transistors wird die negative Platte des Kondensators C2 über den Widerstand R1 mit dem positiven Draht der Stromquelle verbunden. In diesem Fall entsteht an der positiven Platte des Kondensators C2 gegenüber der positiven Elektrode der Stromquelle eine positive Spannung, die den Kondensator C2 über die Diode VD1 auflädt. Somit liegt am Ausgang +Uout die doppelte Spannung der Leistung an Die Quelle wird im Verhältnis zum gemeinsamen Draht ermittelt.

Wenn der Transistor VT2 geschlossen ist, wird der Kondensator C4 über den Widerstand R3 und die Diode VD5 auf die Spannung der Stromquelle aufgeladen. Wenn der Transistor VT2 öffnet, wird die positive Platte dieses Kondensators mit dem gemeinsamen Draht des Geräts verbunden. An der negativen Platte des Kondensators C5 wird im Verhältnis zum gemeinsamen Kabel des Wandlers eine negative Spannung erzeugt. Von dieser Spannung wird der Kondensator C4 über die Diode VD6 aufgeladen.

In diesem Fall liegt am Ausgang -Uout2 eine negative Spannung gegenüber der gemeinsamen Leitung an, deren Wert der Spannung der Stromquelle entspricht. Zwischen den Ausgängen + Uout1 - Uout2 liegt die dreifache Spannung des Netzteils an.

(zum Vergrößern klicken)

Fig. 64

Um eine Vollwellenumwandlung zu erhalten, bei der die Strombelastbarkeit verdoppelt wird, ist es erforderlich, zusätzlich einen Verdopplungsknoten an den Transistor VT1 anzuschließen, der dem an den Transistor VT2 (C5, C6, VD3, VD4) und an den Transistor VT2 angeschlossenen Knoten ähnelt - ein Verdopplungsknoten, der mit dem Transistor VT1 (C2, C2, VD1, VD2) verbunden ist, und die Ausgänge dieser Köpfe entsprechend verbinden. In diesem Fall werden die Filterkondensatoren C1 und C6 für zwei Halbzyklen der Umwandlung gemeinsam genutzt. In Abb. In Abb. 64b zeigt ein Diagramm einer transformatorlosen Vollwellen-Spannungswandlung mit Transistorschaltern, ausgelegt für einen Laststrom von bis zu 0,5 A. Den Ausgängen des Wandlers kann ähnlich wie beim ersten die doppelte oder dreifache Spannung der Stromquelle entnommen werden Version des Geräts.

Der Hauptoszillator G wird unter Verwendung einer Multivibratorschaltung mit den Transistoren VT3 und VT4 aufgebaut. Die Transistoren VT1, VT2 und VT5, VT6 dienen zur Verstärkung des Stroms der Multivibratortransistoren und arbeiten im Schaltmodus. Während einer Halbwelle des Multivibrators sind die Transistoren VT1, VT3 und VT6 geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt werden die Kondensatoren C2 in C5 geladen und C1 und C6 entladen. In einem weiteren Halbzyklus schließen diese Transistoren und die Transistoren VT2, VT4, VT5 öffnen sich, die Kondensatoren C1 und C6 werden geladen und C2 und C5 werden entladen. Die Kondensatoren werden über die Dioden VD2, VD4, VD5, VD7 geladen und über VD1, VD3, VD6, VD8 entladen.

Der Wandler kann mit einem Kondensatorspannungsvervielfacher gemäß der in Abb. gezeigten Schaltung zusammengebaut werden. 64, V. Der Ausgang + Uout1 liefert bei einem Laststrom von ca. 200 mA nahezu die dreifache Spannung des Netzteils. Mit steigenden Spannungsvervielfachungsstufen sinkt der zulässige Laststrom des Wandlers.

Ein transformatorloser Wandler kann mit einem Hauptoszillator auf einer Mikroschaltung zusammengebaut werden, wie in Abb. 65. Die Diode VD1 setzt das Tastverhältnis des Multivibrators an den Elementen DD1.1 und DD1.2 auf 2. Bei einem hohen Spannungspegel an den Ausgängen der Elemente DD1.3 und DD1.4 sind die Transistoren VT2, VT4 offen und der Kondensator C2 wird über die Diode VD2 aufgeladen. Nach dem Umschalten des Multivibrators in einen anderen Zustand, in dem an den Ausgangselementen ein niedriger Spannungspegel eingestellt wird, öffnen sich die Transistoren VT1, VT3 und der Kondensator C3 wird über die Diode VD3 auf die Spannung der Stromquelle aufgeladen. Die Gesamtspannung an den Kondensatoren C2, C3 entspricht der doppelten Spannung der Stromquelle.

Fig. 65

Der Wirkungsgrad von Wandlern mit Transistorschaltern liegt bei etwa 50 %. Unproduktive Verluste im Wandler entstehen vor allem beim Schalten von Transistoren. Um die Effizienz von Wandlern zu erhöhen, sollten in ihnen Hochfrequenztransistoren und -dioden eingesetzt werden. Transistoren müssen im flachen Sättigungsmodus arbeiten und einen statischen Stromübertragungskoeffizienten von mindestens 50 haben. Bei niedrigen Versorgungsspannungen empfiehlt sich der Einsatz von Germaniumdioden, da diese im Vergleich zu Siliziumdioden einen geringeren Durchlassspannungsabfall aufweisen.

Beim Einrichten von Wandlern ist es notwendig, die positive Rückkopplung im Multivibrator vorübergehend zu deaktivieren, indem einer der Kondensatoren abgeklemmt wird: in Abb. 64,b - C3 oder C4; in Abb. 65 - C1. Stellen Sie diese dann durch Auswahl von Widerständen in den Basiskreisen der Transistoren auf einen Modus ein, in dem die Kollektor-Emitter-Spannung 0,5 V nicht überschreitet.

Autor: Drobnitsa N.A.

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