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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Schaltnetzteil auf einem Unijunction-Transistor. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Niederfrequenz-Stromversorgungen an Leistungstransformatoren werden aufgrund ihrer großen Abmessungen und ihres Gewichts sowie ihres geringen Wirkungsgrads überall durch gepulste ersetzt. Die Entwicklung leistungsstarker Hochfrequenztransistoren und Impulstransformatoren auf Ferritkernen ermöglicht es, Energie mit Frequenzen entsprechend der Länge von Funkwellen auf die Last zu übertragen und die Gewichts- und Größenparameter solcher Quellen auf minimale Werte zu bringen. Die vorgeschlagene Quelle soll leistungsstarke Geräte mit Strom versorgen und Autobatterien aufladen. Die Quelle basiert auf einem Single-Cycle-Wandler, der einen Master-Oszillator auf Basis eines Unijunction-Transistors und einen Sperroszillator auf Basis eines leistungsstarken Bipolartransistors umfasst. Das Funktionsprinzip der Quelle basiert auf einer 3-fachen Spannungswandlung. Die Wechselspannung des Stromnetzes wird gleichgerichtet (in Hochspannungsgleichspannung umgewandelt) und dem Tastwandler zugeführt. Ein Hochfrequenzschalter mit Transformator wandelt Gleichspannung in gepulste Niederspannungsspannung um. Letzteres wird gerichtet und der Ladung zugeführt. Bei Sperrwandlern (Wechselrichtern) wird während des geschlossenen Zustands des Transistorschalters Energie im Transformator gespeichert und bei geöffnetem Schalter an die Last übertragen. Bei solchen Wechselrichtern führt die unipolare Magnetisierung des Transformators zu einer Restmagnetisierung des Ferritkerns, und um diese zu reduzieren, ist ein nichtmagnetischer Spalt im Magnetkern erforderlich. Die während des Schaltimpulses im Transformator gespeicherte Energie hat nicht immer Zeit, sich während der Pause abzubauen, was zur Sättigung des Transformators und zum Verlust der magnetischen Eigenschaften des Kerns führen kann. Um diesen Effekt zu beseitigen, wird der Primärkreis des Transformators mit einer Hochgeschwindigkeitsdiode mit ohmscher Last überbrückt. Das Quelldiagramm ist in Abb. 1 dargestellt.
Schaltgeräusche in Schaltnetzteilen entstehen durch die Schaltweise leistungsfähiger Bedienelemente. Um das Netzwerk und den Wandler vor Impulsrauschen zu schützen, ist auf einer Zweiwicklungsdrossel T2 mit Kondensatoren C7, C8, C10 ein Netzfilter installiert, um asymmetrisches Rauschen zu unterdrücken. Der Ladestrom des Filterkondensators C4 wird durch den Posistor Rt1 begrenzt, dessen Widerstand mit steigender Temperatur abnimmt. Das beim Schalten des Transistors VT2 und des Transformators T1 auftretende Wandlerimpulsrauschen wird durch die Parallelschaltungen VD2-C5-R11 und C6-R13 eliminiert, Rauschen im Lastkreis wird durch die Induktivität L1 unterdrückt. Die Pausendauer zwischen den Ausgangsstromimpulsen erhöht sich geringfügig, verschlechtert jedoch nicht die Umwandlung. Der Startimpulsgenerator des Wechselrichters basiert auf einem Unijunction-Transistor VT1. Die Versorgungsspannung VT1 wird durch die Diode VD1 stabilisiert. Die Ladespannung am Kondensator C1 öffnet periodisch VT1 und erzeugt am Widerstand R4 eine Impulsfolge mit einer Frequenz, die durch die Nennwerte von R1, R2 und C1 bestimmt wird. Der Kondensator C2 beschleunigt den transienten Schaltvorgang des Transistors VT1. Wenn Strom angelegt wird, wird Gleichspannung (gleichgerichtet durch die Diodenbrücke VD4) vom Filterkondensator C4 über die Wicklung 1 des Transformators T1 dem Kollektor des Transistors VT2 zugeführt, auf dem der Sperrgenerator montiert ist. Der Fluss des Kollektorstroms durch Wicklung 1 T1 geht mit der Ansammlung von Energie im Magnetfeld des Kerns einher. Die Impulsspannung vom Widerstand R4 öffnet den Transistor VT2 für einige Mikrosekunden, der Kollektorstrom VT2 steigt zu diesem Zeitpunkt auf 3...4 A. Nach dem Ende des positiven Impulses stoppt der Kollektorstrom. Das Aufhören des Stroms führt zum Auftreten einer Selbstinduktions-EMF in den Transformatorspulen, die in Wicklung 3 eine Impulsspannung erzeugt. Die Diode VD5 mit dem Kondensator C9 richtet diese Spannung gleich und filtert sie, die der Last über die Induktivität L1 zugeführt wird. Die Impulsspannung von Wicklung 2 T1 über die Widerstände R5, R9, R14 wird der Basis des Transistors VT2 zugeführt und die Schaltung geht in den Selbstoszillationsmodus über. Der Kondensator C3 sorgt für die Stabilität des Sperrgenerators. Die Stabilisierung der Ausgangsspannung erfolgt durch den Optokoppler VU1, der für eine galvanische Trennung der Hochspannungs- und Niederspannungs-Ausgangskreise sorgt. Eine Erhöhung der Lastspannung, beispielsweise aufgrund einer Erhöhung ihres Widerstands, führt zum Einschalten der LED des Optokopplers VU1, dessen Fotodiode öffnet und das Signal von Wicklung 2 T2 überbrückt. Die Impulsspannung an der Basis von VT2 nimmt ab und dementsprechend verkürzt sich die Zeit seines offenen Zustands. Auch die Dauer der positiven Impulse an Wicklung 3 T1 nimmt ab, was zu einer Verringerung der Ausgangsspannung (und des Ladestroms der Batterie GB1) führt. Bei sinkender Lastspannung läuft der beschriebene Vorgang umgekehrt ab. Bei einer Stromüberlastung des Transistors VT2 steigt die Impulsspannung am Widerstand R12 in seinem Emitterkreis. Dann öffnet der parallele Spannungsregler DA1 und überbrückt die Basisspannung VT2. Dadurch verringert sich auch die Dauer seines offenen Zustands (bis zum Zusammenbruch der Selbstoszillationen). Der Wert des Abschaltstroms des Transistors VT2 wird durch den Widerstand R10 eingestellt. Nach Beseitigung der Überlastung wird der Sperrgenerator vom Impulsformer an VT1 neu gestartet. Die Wahl des Hochfrequenztransformators hängt von der Lastleistung ab. Die Leistung des Transformators hängt direkt von der Frequenz des Selbstoszillators und der Ferritsorte ab. Wenn die Frequenz um das Zehnfache erhöht wird, erhöht sich die Leistung des Transformators fast um das Vierfache. Aufgrund der Schwierigkeit, einen Impulstransformator selbst herzustellen, verwendet das Gerät einen Transformator aus einem veralteten Monitor. Auch Transformatoren von Fernsehern sind geeignet. Zur Orientierung geben wir ungefähre Daten für den Transformator T10 an. Der Kern ist B4M1 mit einer Lücke im Mittelstab. Wicklung 26 enthält 1000 Windungen PEV-1-Draht 56 mm, Wicklung 2-0,51 Windungen 2 mm, Wicklung 4-0,18 Windungen mit einem Bündel von 3 Drähten 14 mm. Das Gerät ist auf einer Leiterplatte mit den Maßen 115x65 mm montiert (Abb. 2).
Die Jumper befinden sich seitlich an den Funkkomponenten. Der Kühlkörper des Schlüsseltransistors VT2 wird vom Computerprozessor verwendet. Für eine bessere Kühlung können Sie einen Lüfter aus einem Computer-Netzteil verwenden und ihn über einen Widerstand mit einem Widerstand von 33...56 Ohm an den Quellenausgang anschließen. Die verwendeten Elementtypen sind in Tabelle 1 aufgeführt, ein möglicher Austausch von Wandlertransistoren ist in Tabelle 2 aufgeführt.
Der Aufbau der zusammengebauten Schaltung beginnt mit einer gründlichen Prüfung der Platine. An die Unterbrechung des Netzwerkkabels wird eine 220-V-Glühbirne beliebiger Leistung angeschlossen und anstelle einer Last eine Autoglühbirne (12 V, 20 Kerzen). Bei fehlerhaften Teilen oder Installationsfehlern leuchtet die Betriebsleuchte hell auf, die Fahrzeugleuchte jedoch nicht. Wenn die Schaltung ordnungsgemäß funktioniert, leuchtet die Betriebsanzeige nicht oder nur mit geringer Intensität, während die Glühbirne im Auto hell leuchtet. Die Helligkeit der Glühbirne in der Last (Ausgangsspannung) kann über den Widerstand R1 eingestellt werden. Der Schwellenwert für den Überstromschutz wird durch den Widerstand R10 eingestellt, die Spannungsstabilisierung (bei maximaler Last) wird durch den Widerstand R5 geregelt. Durch Auswahl von R15 (falls erforderlich) wird der LED-Strom des Optokopplers VU1 im Bereich von 5...6 mA eingestellt. Wenn Sie über ein Oszilloskop verfügen, ist es praktisch, zunächst die Funktion des Generators am Transistor VT1 zu überprüfen, indem Sie von einer Laborquelle eine Versorgungsspannung von 30...50 V an den Wechselrichter anlegen. Die Frequenz des Generators kann durch den Widerstand R1 oder den Kondensator C1 geändert werden. Wenn die Rückkopplung schwach ist (Widerstand R5 ist hoch) oder Wicklung 2 T1 falsch angeschlossen ist, kann es sein, dass der blockierende Generator an VT2 aufgrund einer kurzzeitigen Überlastung abgeschaltet und nicht neu gestartet wird. Autoren: V. Konovalov, A. Vanteev, Kreativlabor „Automatisierung und Telemechanik“, Irkutsk
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