Hochspannungswandler an einem Thyristor-Transistor-Generator. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Spannungswandler, Gleichrichter, Wechselrichter

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Im Alltag und in der Produktion werden Hochspannungswandler häufig eingesetzt, beispielsweise in Ionisatoren, Schweißoszillatoren zur berührungslosen Zündung des Lichtbogens, sowie in Kfz-Zündanlagen etc.

Wir bieten Hochspannungswandler auf Basis eines Thyristor-Transistor-Generators an, deren Last Automobil-Zündspulen vom Typ B116 oder B117 sind.

Das Schema ist in Abb. 1 dargestellt.

Der Unterschied zwischen diesem Gerät besteht darin, dass an den Ausgang des Hauptoszillators (den Emitter des Transistors VT2) ein zweistufiger Verstärker angeschlossen ist, dessen Ausgangstransistor (VT4) die Primärwicklung der Automobil-Zündspule speist.

In den Hochspannungswandlerkreis sind Schutzelemente eingebracht: eine Sperrdiode VD4, ein Strombegrenzungswiderstand R12 und eine schützende Zenerdiode VD3. Sie schützen den Steuerkreis und den Hauptoszillator vor Rückspannungsimpulsen, und die VD6-Diode dient dem Schutz des Ausgangstransistors VT4.

Die Funktionsweise des Gerätes kann als klassische Art berührungsloser Zündgeräte dargestellt werden, d.h. ohne Schaltthyristor VS1 und als mehrpulsige Hochspannungsquelle auf einem Schaltthyristor.

Das Gerät gemäß der ersten Variante funktioniert wie folgt.

Beim Einschalten wird der Sperrtransistor VT1 durch einen niedrigen Spannungspegel an der Basis aufgrund des Widerstands R1 geöffnet und der Wandler ausgeschaltet. Wenn am Steuereingang eine positive Spannung angelegt wird, beispielsweise vom Kurbelwellenwinkelsensor, schließt der Transistor VT1 und ermöglicht den Betrieb des Wandlers. Eine positive Vorspannung an der Basis von VT2 öffnet den Transistor, was wiederum zum Öffnen des Transistors VT3 führt. Dieser Transistor öffnet aufgrund der positiven Spannung am Emitter den Leistungstransistorschalter VT4, der gemäß der Schaltung den unteren Ausgang der Primärwicklung der Zündspule gegen Masse schließt.

Der Prozess der Erhöhung des Stroms in der Spule und der Speicherung von Energie in ihrem Magnetfeld beginnt.

Nach Beendigung des Vorgangs im Moment der Zündung öffnen die Unterbrecherkontakte den Stromkreis oder die an der VT1-Basis anliegende Steuerspannung verschwindet. Der Transistor VT1 öffnet, blockiert den Betrieb des Wandlers und. Dadurch wird der Strom durch die Zündspulenwicklung unterbrochen. An diesem Punkt verschwindet das Magnetfeld und in den Spulenwicklungen wird eine Spannung induziert.

Der Nachteil dieser Methode, insbesondere bei niedrigen Motordrehzahlen, ist die Verlängerung der Energieakkumulationszeit in der Zündspule, da die Schaltfrequenz der Unterbrecherkontakte abnimmt. Die vom Ausgangstransistor abgegebene Energie wird unnötigerweise für die Erwärmung der Spule und des Transistors selbst aufgewendet.

In diesem Fall kann ein einzelner Hochspannungsimpuls, der der Kerze zugeführt wird, möglicherweise keine zuverlässige Zündung bewirken.

Betrachten wir die zweite Option. Wenn eine positive Spannung an die Basis des Transistors VT1 angelegt wird, schließt dieser. Eine positive Spannung an der Basis von VT2 öffnet diesen bzw. VT3 und VT4 öffnen. Gleichzeitig öffnet eine positive Spannung am Emitter von VT2 über R7 und R4 den Thyristor VS1. Beim Öffnen überbrückt VS1 die VT1-Basis zum Körper und schließt sich, wodurch VS1 schließt und erneut eine positive Vorspannung an der VT1-Basis auftritt. Dann wiederholt sich der Zyklus, bis der positive Impuls basierend auf VT1 verschwindet.

Bei einer Erhöhung der Motordrehzahl schaltet das Zündsystem bei Angleichung der Schaltfrequenz des Steuereingangs und der Frequenz des Wandler-Hauptoszillators von einem Mehrpulsmodus auf einen Einzelpulsmodus um. Der Ausgangsspannungsbereich des Geräts wird korrigiert, indem ein Kondensator C5 und ein Widerstand R11 oder ein Kondensatorfilter und eine Zenerdiode parallel zum Transistor VT4 geschaltet werden.

Beim Test wurde die Leistungsfähigkeit der Schaltung mit einer Zündspule dieses Typs überprüft. Spartransformatortyp B117 ohne Schutzelemente VD3, VD4, VD6, R12 und Kondensator C3. Der maximale Durchschlagsabstand für einen Funken in einer Kerze erreichte 40 mm (15 mm reichen für eine Zündanlage).

Das Diagramm in Abb. 2 zeigt die Ansteuerung der Ausgangsstufe des Wandlers mithilfe des Optokopplers VU1, PC817 f. SCHARF.

Die Optokoppler-LED ist mit dem Kollektorkreis des Hauptoszillatortransistors VT2 verbunden, und der Optokoppler-Fototransistor schaltet den VT3-Transistor.

Geräte gemäß den Diagrammen in Abb. 1 und 2 können auch mit anderen Lasten arbeiten, beispielsweise die Drehzahl eines Gleichstrommotors regeln.

Abbildung 3 zeigt ein Gerät zum Schalten einer Akkumulationslampe mit einer Leistung von bis zu 100 W. Die Blinkfrequenz der Lampe wird durch die Kondensatoren C1 und C3 eingestellt und durch einen Trimmwiderstand R5 ausgewählt.

Um das Glühen der Lampe oder die Drehzahl des Gleichstrommotors reibungslos anzupassen, ist es notwendig, die Kapazität der Kondensatoren C1 und C3 zu reduzieren. In einigen Fällen sind möglicherweise keine Kondensatoren installiert. Dann stellt sich, für das Auge nicht wahrnehmbar, die maximale Schaltfrequenz der Lampe ein.

Autoren: A. Alekseev, V. Alekseev, Perm

Siehe andere Artikel Abschnitt Spannungswandler, Gleichrichter, Wechselrichter.

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