Zweitakt-Spannungswandler 12/220 Volt. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Spannungswandler, Gleichrichter, Wechselrichter

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Gegentaktwandler nutzen den Magnetkern eines Impulstransformators effizienter. In solchen Schaltkreisen muss die Magnetisierung des Kerns nicht bekämpft werden, was eine Reduzierung seiner Abmessungen ermöglicht. Die Ausgangsspannung ist symmetrisch. Darüber hinaus arbeiten die Transistoren des Wandlers in einem leichteren Modus.

Bei geringer Leistung (bis zu 15 W) wird manchmal der einfachste Wandler verwendet, der nach der Schaltung eines Selbstoszillators aufgebaut ist (Abb. 4.16, a). Diese Schaltung ist für die verwendeten Teile nicht kritisch, aber die Auswahl des Arbeitspunkts des Transistorbetriebsmodus mithilfe des Widerstands R2 kann die Eigenschaften des Geräts verbessern (manchmal wird ein Kondensator parallel zu R2 installiert). Ein Teiler aus den Widerständen R1-R2 liefert den notwendigen Anfangsstrom zum Starten des Autogenerators.

Reis. 4.16. Schemata von Gegentaktoszillatoren

Die verwendeten Universaltransistoren 2N3055 werden durch ähnliche inländische Transistoren KT818GM, KT8150A ersetzt. Wenn Sie die Polarität der zugeführten Leistung ändern, können auch pn-p-Transistoren verwendet werden. Die Versorgungsspannung des Stromkreises kann 12 bis 24 V betragen. Für den Langzeitbetrieb des Geräts müssen Transistoren an Heizkörpern installiert werden.

Der Transformator kann auf einem magischen Ringleiter aus Ferrit M2000NM1 hergestellt werden, sein Arbeitsquerschnitt hängt davon ab. von der Leistung in der Last. Für eine vereinfachte Auswahl können Sie die Empfehlungen nutzen, siehe Tabelle. 4.5.

Tabelle 4.5. Zulässige Maximalleistung für Ringferrit-Magnetkerne der Marke M2000NM1

Bei der Herstellung des Transformators T1 werden die Wicklungen 1 und 2 gleichzeitig gewickelt, die Phasenlage ihrer Verbindung muss jedoch der im Diagramm gezeigten entsprechen. Bei einem Querschnitt eines Ringmagnetkerns der Standardgröße K32x20x6 enthalten die Wicklungen 1 und 2 jeweils 8 Windungen (PEL-Draht mit einem Durchmesser von 1,2...0,81 mm); 3 und 4, jeweils 2 Umdrehungen (0,23 mm); 5 - Die Windungszahl der Sekundärwicklung hängt von der erforderlichen Spannung ab (0,1...0,23 mm).

Mit dieser Schaltung können Sie Spannungen von bis zu 30 kV erhalten, wenn Sie einen Magnetkreis von Transformatoren verwenden, die in modernen Fernsehgeräten verwendet werden.

Eine ähnliche Schaltung eines Selbstoszillators, der aus Feldeffekttransistoren besteht, ist in Abb. dargestellt. 4.16, geb. Es ermöglicht die Verwendung eines einfacheren Transformators, der keine Rückkopplungswicklungen erfordert. Die Zenerdioden VD1, VD2 verhindern das Auftreten gefährlicher Spannungen an den Gates von Transistoren.

Die Betriebsfrequenz solcher Schaltkreise wird durch die Parameter des Transformatormagnetkreises und die Induktivität der Wicklungen bestimmt, da die Verzögerung des Rückkopplungssignals davon abhängt (besser ist es, wenn die Frequenz im Bereich von 20...50 liegt). kHz).

Der Nachteil dieser Schaltungen ist ihr geringer Wirkungsgrad, der den Einsatz bei hoher Leistung erschwert, sowie die unstabilisierte Ausgangsspannung, die je nach Änderungen der Versorgungsspannung stark schwanken kann. Eine erfolgreichere Gegentaktwandlerschaltung, die unter Verwendung einer speziellen Mikroschaltung (Abb. 4.17) hergestellt wird, zeichnet sich durch einen hohen Wirkungsgrad aus und kann eine stabile Spannung an der Last aufrechterhalten.

Reis. 4.17. Push-Pull-Pulswandlerschaltung (zum Vergrößern anklicken)

Der Konverter basiert auf dem weit verbreiteten T114EU4-PWM-Controller-Chip (ein vollständig importiertes Analogon des TL494), was die Schaltung recht einfach macht. Im Normalzustand (bei einer Gate-Spannung von Null) werden die Transistoren VT1, VT2 durch Impulse von den entsprechenden Ausgängen der Mikroschaltung geschlossen und geöffnet. Die Widerstände R7-R9 und R8-R10 begrenzen den Ausgangsstrom der Mikroschaltung sowie die Spannung am Gate der Schalter. Die Schaltung der Elemente C1-R2 gewährleistet einen reibungslosen Übergang in den Betriebsmodus beim Einschalten der Stromversorgung (eine allmähliche Erhöhung der Impulsbreite an den Ausgängen der Mikroschaltung). Die Diode VD1 verhindert Schäden an Schaltungselementen, wenn die Strompolarität falsch angeschlossen ist.

Spannungsdiagramme, die den Vorgang erläutern, sind in Abb. dargestellt. 4.18. Wie in Abbildung (a) zu sehen ist, hat die Hinterflanke des Impulses eine längere Dauer als die Vorderflanke. Dies wird durch das Vorhandensein einer Gate-Kapazität des Feldeffekttransistors erklärt, deren Ladung während der Zeit, in der der Ausgangstransistor der Mikroschaltung geschlossen ist, über den Widerstand R9 (R10) absorbiert wird. Dadurch verlängert sich die Zeit, die zum Schließen des Schlüssels benötigt wird. Da im geöffneten Zustand der Spannungsabfall am Feldeffekttransistor nicht mehr als 0,1 V beträgt, kommt es vor allem durch das langsame Schließen der Transistoren zu Leistungsverlusten in Form einer leichten Erwärmung von VT1 und VT2 (dies begrenzt das Maximum). zulässige Lastleistung).

Reis. 4.18. Spannungsdiagramme

Die Parameter dieser Schaltung beim Betrieb mit einer 100-W-Lampe sind in der Tabelle angegeben. 4.6. Im Leerlauf beträgt die Stromaufnahme 0,11 A (9 V) bzw. 0,07 A (15 V). Die Betriebsfrequenz des Wandlers beträgt etwa 20 kHz.

Tabelle 4.6. Hauptparameter der Schaltung

Der Transformator T1 besteht aus zwei zusammengefalteten Ringkernen aus Ferrit der Güteklasse M2000NM1, Größe K32x20x6. Die Parameter der Wicklungen sind in der Tabelle angegeben. 4.7.

Tabelle 4.7. Parameter der Wicklungen des Transformators T1

Vor dem Wickeln müssen die scharfen Kanten des Kerns mit einer Feile oder grobem Schleifpapier abgerundet werden. Bei der Herstellung eines Transformators wird zunächst die Sekundärwicklung gewickelt. Die Wicklung erfolgt Windung für Windung in einer Lage, gefolgt von der Isolierung mit lackiertem Stoff oder Fluorkunststoffband. Die Primärwicklungen 1 und 2 werden gleichzeitig mit zwei Drähten gewickelt, wie in Abb. 4.19 (gleichmäßige Verteilung der Windungen im Magnetkreis). Durch diese Wicklung können Spannungsstöße an den Fronten beim Schließen der Feldschalter deutlich reduziert werden. Die Transistoren sind auf einem Kühlkörper montiert, der aus einem Duraluminiumprofil besteht (Abb. 4.20).

Reis. 4.19 Konstruktionsansicht des Impulstransformators

Reis. 4.20. Kühlerdesign

Kühlkörper werden an den Rändern der Leiterplatte befestigt. Eine einseitige Leiterplatte aus Glasfaser mit einer Dicke von 1,5...2 mm hat die Abmessungen 110x90 mm (siehe Abb. 4.21 und 4.22).

Reis. 4.21. PCB-Topologie

Reis. 4.22. Anordnung der Elemente

Mit dieser Schaltung kann eine Last mit Strom versorgt werden, die ständig Strom bis zu 100 W verbraucht. Für mehr Leistung ist es notwendig, die Schaltzeit der Feldschalter zu reduzieren. Dies kann durch speziell entwickelte Mikroschaltungen erfolgen, die über eine komplementäre Ausgangsstufe zur Steuerung leistungsstarker Feldeffekttransistoren verfügen, beispielsweise K1156EU2, UC3825.

In der obigen Schaltung können auch N-Typ-Transistoren mit statischer Induktion KP60A (BCIT-Bipolar Static Induction Transistor) als Leistungsschalter für Leistungen bis 958 W verwendet werden. Sie sind speziell für den Betrieb in Hochfrequenz-Stromversorgungen konzipiert. Die Betriebsphysik eines solchen Transistors ähnelt der eines herkömmlichen bipolaren Transistors, weist jedoch aufgrund seiner Konstruktionsmerkmale eine Reihe von Vorteilen auf:

1) Source-Drain mit niedrigem Spannungsabfall im offenen Zustand;
2) erhöhte Verstärkung;
3) hohe Schaltgeschwindigkeit;
4) erhöhter Widerstand gegen thermischen Zusammenbruch.

In diesem Fall ist es besser, Transistoren mit den gleichen Parametern auszuwählen und die Widerstände R9 und R10 auf 100...150 Ohm zu reduzieren.

Autor: Shelestov I.P.

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