Halbbrückenwechselrichter im Ladegerät. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Spannungswandler, Gleichrichter, Wechselrichter

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Die Entwicklung von Schaltnetzteilen auf Basis von Wechselrichtern ermöglicht die Entwicklung kostengünstiger Ladegeräte mit geringem Gewicht und geringen Abmessungen. Gegentakt-Pulswandler sind entscheidend für die asymmetrische Magnetisierung des Magnetkreises und das Auftreten von Durchgangsströmen. Bei einem Halbbrückenwechselrichter mit sättigbarem Transformator gibt es keinen Gleichstromanteil in der Primärwicklung und die Spannung an geschlossenen Transistoren überschreitet nicht die Netzspannung.

In der Wechselrichterschaltung findet eine dreifache Umwandlung statt:

• Netzspannungsgleichrichtung, d.h. Erhalten einer konstanten Hochspannung;
• Umwandlung von Gleichhochspannung in Impuls
• Hochfrequenz und ihre Umwandlung in Niederspannung;
• Umwandlung von Hochfrequenzspannung in eine konstante Niederspannung, d.h. seine Aufrichtung und Stabilisierung.

Das vorgeschlagene Gerät (Abb. 1) dient zum Laden von Auto- und anderen leistungsstarken Batterien.

(zum Vergrößern klicken)

Der Generator von Rechteckimpulsen basiert auf dem analogen integrierten Timer DA1 der Serie 555. Die interne Struktur des Timers enthält zwei Komparatoren, deren Eingänge mit den Pins 2 und 6 verbunden sind, ein RS-Flip-Flop mit einem Eingang (Pin 4) Zurücksetzen auf Null, ein Ausgangsverstärker zur Erhöhung der Belastbarkeit, ein Schlüsseltransistor mit einem an Pin 7 angeschlossenen Kollektor, Steuereingang (Pin 5 vom Versorgungsspannungsteiler).

Um die Mikroschaltung im Oszillatormodus zu betreiben, werden die Eingänge 2 und 6 der internen Komparatoren DA1 miteinander verbunden. Die Ladung des externen Kondensators C1 wird fortgesetzt, wenn die Spannung an ihm auf den Wert von 2/3 Upit ansteigt und der hohe Pegel am Ausgang 3 DA1 durch einen niedrigen ersetzt wird.

Wenn die Spannung am Kondensator C1 aufgrund der Entladung über den internen Transistor der Mikroschaltung auf den Pegel von 1/3 Upit absinkt, wird am Ausgang 3 DA1 wieder ein High-Pegel eingestellt.

Die Lade- und Entladevorgänge des Zeiteinstellkondensators C1 erfolgen zyklisch. Die Ladung von C1 erfolgt über die Diode VD1, R2 und den eingeschalteten Teil des variablen Widerstands R1 (links im Diagramm), die Entladung erfolgt über VD2, R2, R4 und die rechte Seite von R1. Dieses Schema ermöglicht die Verwendung von R1 zur Anpassung des Tastverhältnisses der Impulse (das Verhältnis von Dauer zu Periode). In diesem Fall bleibt die Generatorfrequenz konstant, aber die Breite (Dauer) der Impulse ändert sich. Dadurch wird die gewünschte Ausgangsspannung an den Klemmen eingestellt. XT1, XT2. Mit der HL1-LED-Anzeige können Sie das Vorhandensein eines hohen Pegels am Ausgang 3 DA1 visuell überwachen.

Ein Impuls positiver Polarität vom Ausgang 3 DA1 über den Begrenzungswiderstand R4 gelangt in die Basis des Transistors VT1 und öffnet ihn. Dadurch schalten die Transistoren VT2 und VT3 in entgegengesetzte Leitungszustände (VT2 schließt und VT3 öffnet). Am Ende des Impulses und einer Änderung des High-Pegels an Pin 3 von DA1 auf Null schließt VT1 bzw. VT3 schließt und VT2 öffnet.

Am Verbindungspunkt von Emitter VT2 und Kollektor VT3 (an der Primärwicklung des Impulstransformators T1) entsteht ein Rechteckimpuls.

Widerstände R11, R12 und Boost-Kondensatoren C4, C5 in den Basiskreisen der Transistoren VT2, VT3 reduzieren den Durchgangsstrom und bringen die Transistoren im Moment des Schaltens aus der Sättigung, wodurch Verluste in den Steuerkreisen und die Erwärmung der Transistoren reduziert werden. Um den Transistor VT1 mit einer gewissen Verzögerung zu öffnen und schnell zu schließen, was sich positiv auf das Schalten der Ausgangstransistoren auswirkt, ist der Bittransistor des Timers (Pin 7) DA1 mit der Basis VT1 verbunden.

Dämpfungsdioden VD5, VD6, parallel zu den Transistoren VT2, VT3 geschaltet, schützen sie vor Rückspannungsimpulsen. Bei einigen Transistoren sind sie bereits im Gehäuse verbaut, was sich jedoch nicht immer in den Passdaten widerspiegelt. Im geschlossenen Zustand der Tasten wird die im Transformator T1 gespeicherte Energie an die Last übertragen und teilweise über Dämpfungsdioden an die Stromquelle zurückgegeben.

Der Trennkondensator C8 eliminiert den durch die Primärwicklung des Transformators T1 fließenden Gleichstromanteil mit unterschiedlichen Eigenschaften der Transistoren VT2, VT3 und Filterkondensatoren C9, C10. Die Snubber-Kette C7-R16 eliminiert die Rückspannungsstöße, die beim Schalten des Stroms in den Wicklungen T1 auftreten. Der Induktor L1 reduziert dynamische Verluste in Schalttransistoren und schmälert das Spektrum der erzeugten Schwingungen. Filterkondensatoren C9, C10 mit Ausgleichswiderständen R18, R19 erzeugen einen künstlichen Mittelpunkt für den Wechselrichtertransformator.

Der Impulsgenerator wird von einem transformatorlosen Stromkreis über einen parametrischen Stabilisator R6-R10-VD3 gespeist.

Die Netzspannung fließt durch den Filter C12-T2-C11. Die Begrenzung des Ladestroms der Filterkondensatoren C9, C10 beim Einschalten des Geräts erzeugt den Thermistor RT1. Sein im „kalten“ Zustand hoher Widerstand wird durch die Erwärmung durch die Ladeströme der Filterkondensatoren in einen niedrigen Widerstand umgewandelt. Der Varistor RU1 leitet die beim Betrieb des Umrichters in das Netz eintretenden Spannungsstöße über.

Die Hochfrequenzdioden VD7, VD8 richten die Spannung von der Sekundärwicklung T1 gleich und am Filterkondensator C6 wird eine konstante Spannung erhalten, die der Last über das Amperemeter PA1 mit einem internen Shunt von 10 A zugeführt wird. Mit der HL2-LED visuell Es erfolgt eine Kontrolle des Vorhandenseins von Spannung. Der Kurzschlussschutz des Wechselrichters erfolgt durch die Sicherung FU1. Der Akku wird polungsrichtig mit einem Kabel mit einem Querschnitt von 1 ... 2 mm2 an die Klemmen XT4 und XT2 angeschlossen.

Um eine bestimmte Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten, wird eine Rückkopplungsschaltung in den Stromkreis eingeführt. Die zum Ausgang proportionale Spannung vom Teiler R14-R15 wird über den Begrenzungswiderstand R13 der LED des Optokopplers VU1 zugeführt. Die Zenerdiode VD4 begrenzt die Überspannung an der LED. Der Fototransistor des Optokopplers wird an den Steuereingang (Pin 5) des DA1-Timers angeschlossen.

Bei einer Erhöhung der Ausgangsspannung, beispielsweise aufgrund einer Erhöhung des Lastwiderstands, steigt der Strom durch die VU1-LED, der Fototransistor des Optokopplers öffnet stärker und überbrückt den Timer-Steuereingang. Die Spannung am Eingang des oberen Komparators DA1 sinkt, er schaltet den internen Trigger bei einer niedrigeren Spannung am Kondensator C1, d.h. die Dauer des DA1-Impulses nimmt ab. Dementsprechend sinkt die Ausgangsspannung und umgekehrt. Die Temperaturabhängigkeit der Ausgangsspannung des Geräts kann kompensiert werden, indem R15 durch einen Thermistor ersetzt und durch die Dichtung am Transistorkühlkörper befestigt wird.

Details und Design. Der Hochfrequenztransformator T1 vom Typ ERL-35R320 oder AR-450-1T1 wurde ohne Modifikation vom AT/ATX-Computernetzteil verwendet. Die ungefähre Windungszahl der Primärwicklung beträgt 38 ... 46, Draht 0,8 mm. Die Sekundärwicklung hat 2x7,5 Windungen und besteht aus einem 4x0,31 mm Bündel. Der Induktor L1 wird vom sekundären Spannungsfilter des Computer-Netzteils verwendet. Kern - Ferrit, Abmessungen 10x26x10 mm. Anzahl der Windungen - 15...25, Draht 0,6...0,8 mm. Induktor T2 – Zweiwicklung, Typ 15-E000-0148 oder Filter HP1-P16 für einen Strom von 1,6 A (Induktivität – 2x6 mH).

Als Timer DA1 können Sie den heimischen Chip KR1006VI1 oder importierte analoge Chips verwenden, deren Hauptparameter in Tabelle 1 aufgeführt sind. Als Ersatz für die Leistungstransistoren VT2, VT3 sind die in Tabelle 2 angegebenen Typen geeignet.

Die Elemente des Geräts sind auf zwei Leiterplatten platziert, deren Zeichnungen in Abb. 2 und 3.

Die Transistoren VT2, VT3 müssen über Dichtungen und isolierte Bolzen am Kühler installiert werden. Die zusammengebauten Leiterplatten werden in einem geeigneten Gehäuse auf Gestellen montiert, das Amperemeter wird in das ausgeschnittene Loch eingebaut, die LEDs HL1, HL2 werden daneben geklebt und der Stromregler R1, der Schalter SA1 und die Sicherungen FU1, FU2 werden befestigt.

Vor dem ersten Einschalten des Gerätes wird anstelle der Netzsicherung eine Kühlschrankbeleuchtung (220 Vx15 W) und anstelle der Last eine Autobeleuchtung (12 Vx55 W) angeschlossen. Ein schwaches Leuchten der Kühlschranklampe zeigt den Betriebszustand des Stromkreises an. Nach einigen Betriebssekunden nach dem Trennen vom Netz wird die Erwärmung der Transistoren überprüft. Bei normaler Temperatur wird durch den Widerstand R14 in der Mittelstellung des R1-Schiebers die Ausgangsspannung (unter Last) von 13,8 V eingestellt. Beim Drehen des R1-Schiebers sollte sich die Helligkeit des Fahrzeuglichts ändern.

Bei unzureichender Kühlung von Transistoren und Gleichrichterdioden ist zusätzlich ein Lüfter am Ladegerätgehäuse installiert. Es ist jedoch besser, ein Gehäuse mit einem veralteten Computernetzteil und einem Standardlüfter zu verwenden.

Autoren: V.Konovalov, E.Tsurkan, A.Vanteev, Kreativlabor „Automatisierung und Telemechanik“, Irkutsk

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