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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Leistungsstarkes Netzteil, 220/32 Volt 1000 Watt. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Um die Größe und das Gewicht von Netzstromversorgungen zu reduzieren, wird in den letzten Jahren zunehmend die Spannungsumwandlung mit einer Frequenz von mehreren zehn Kilohertz eingesetzt. Eine solche Quelle enthält einen Netzspannungsgleichrichter, einen Welligkeitsfilter mit der doppelten Netzfrequenz, einen Spannungswandler, einen Abwärtstransformator, einen Gleichrichter und einen Welligkeitsfilter mit der doppelten Wandlungsfrequenz. Der Wandler ist üblicherweise nach der Schaltung eines Brücken- oder Halbbrückenwechselrichters aufgebaut, bei dem die Transistoren nach einer halben Schaltperiode abwechselnd öffnen und schließen. Der Nachteil eines solchen Wandlers ist das Vorhandensein eines Kollektorstroms, wenn die Transistoren ausgeschaltet sind. Dadurch wird an sie eine große momentane elektrische Leistung abgegeben, deren zulässiger Wert die Leistung solcher Geräte begrenzt. Die zulässige Momentanleistung von Siliziumtransistoren, die üblicherweise in Spannungswandlern verwendet werden, beispielsweise der KT812-Serie, überschreitet mehrere hundert Watt nicht. Diese Einschränkung kann bis zu einem gewissen Grad durch den Einsatz eines Brückenwechselrichters mit Reihenresonanzkreis aufgehoben werden. Die Transistoren eines solchen Geräts schließen in Abwesenheit von Kollektorströmen; die maximale Spannung am Kollektor (relativ zum Emitter) und der maximale Kollektorstrom wirken zu unterschiedlichen Zeiten auf den Transistor, sodass sich die an ihm abgegebene momentane elektrische Leistung als herausstellt klein sein. Die Leistungsfähigkeit eines Brückenwechselrichters mit Serienresonanzkreis wird anhand der nachfolgend beschriebenen Netzstromversorgung verdeutlicht. Es ist für den Einsatz als Äquivalent zu einem 27-Volt-Bordnetz (mit ohmscher oder induktiv aktiver Last) vorgesehen. Das schematische Diagramm des Geräts ist in der Abbildung dargestellt. Seine Hauptkomponenten sind der C1L1C2-Filter, der verhindert, dass Störungen vom Frequenzumrichter in das Netzwerk gelangen; Netzspannungsgleichrichter mit Dioden VD1-VD4 mit Filter C3-C5L2C6-C8; Brückenwechselrichter auf Transistoren VT1 - VT4 mit Resonanzkreis L3C10C11, Abwärtstransformator 74, Hochfrequenzspannungsgleichrichter auf Dioden VD13-VD18 mit Filter C12-C15L4C16C17; eine Wechselrichtersteuereinheit auf den Mikroschaltungen DD1-DD4 und den Transistoren VT5, VT6 und zwei Quellen, die sie versorgen: unstabilisiert (VD19) und stabilisiert (VD20 DA1). Die LED HL1 zeigt an, dass das Gerät mit dem Netzwerk verbunden ist.
Die Steuereinheit des Brückenwechselrichters besteht aus einem Taktimpulsgenerator, der auf den One-Shot-Chips DD1, einem Impulsverteiler auf dem Trigger DD2.2 und Elementen des DD4-Chips, zwei Verstärkern (DD3.3; VT5 und DD3.4, VT6) besteht. und ein Gerät zum Schutz vor Überlastung (VD21, DD2.1) mit Synchronisierer (DD3.1, DD3.2). Die HL2-LED signalisiert, dass die Schutzeinrichtung ausgelöst hat. Wenn das Gerät über den Kippschalter Q1 an das Netzwerk angeschlossen wird, wird die Versorgungsspannung an das Steuergerät angelegt und am inversen Ausgang des Ein- Schuss DD1.2. Der Trigger DD17 „öffnet“ mithilfe von logischen 40-Signalen, die an seinen direkten und inversen Ausgängen erscheinen, abwechselnd die Elemente DD2.2, DD1. und die Impulse kommen am Eingang eines Verstärkers (DD4.1, VT4.2) und dann eines anderen (DD3.3, VT5) an. Infolgedessen werden Impulse mit Öffnungspolarität an den Emitterübergang eines der Transistoren VT3.4, VT6 oder VT1, VT4 geliefert. Einige Zeit nach dem Erscheinen der Taktgeneratorimpulse (die Verzögerung ist auf die ziemlich große Zeitkonstante des Filters C3-C5L2C6-C8 zurückzuführen) erscheint am Kondensator C9 eine gleichmäßig ansteigende gleichgerichtete Spannung, und der Wechselrichter wandelt sie in eine Wechselspannung um eine Frequenz von 20 kHz, angelegt an Wicklung I des Transformators T4. Die von seiner Wicklung I abgenommene Spannung wird durch die Dioden VD13-VD18 gleichgerichtet und über den Filter C12-C15L4C16C17 der Last zugeführt. Der Widerstand R13 reduziert die Ausgangsspannung des unbelasteten Gleichrichters. Der Betrieb des Wechselrichters kann in vier Phasen unterteilt werden. Im ersten Fall werden mit einer Dauer von 17 μs die Transistoren VT1, VT4 geöffnet und die Kondensatoren C10, C11 werden über sie, die Primärwicklung des Transformators T4 und die Induktivität L3 geladen. Der Strom in diesem Stromkreis steigt zunächst von Null auf einen Maximalwert und sinkt dann beim Laden der Kondensatoren auf Null. Die aktuelle Form ähnelt einem Halbzyklus einer Sinuskurve. In der zweiten Phase, die 8 μs dauert, wird eine Spannung mit Schließpolarität an die Basen der Transistoren VT1, VT4 angelegt und diese schließen. In der dritten Phase (sowie der ersten, die 17 μs dauert) sind die Transistoren VT2, VT3 geöffnet, und fast die gesamte von den Dioden VD1-VD4 gleichgerichtete Spannung wird an jeden der geschlossenen Transistoren VT1, VT4 angelegt (mit einer Last von a). Widerstand von 1 Ohm - ca. 260 V). Der Umladestrom der Kondensatoren C10, C11 auf die Maximalspannung umgekehrter Polarität fließt wie in der ersten Phase durch die Reihenschaltung aus Kondensatoren, Induktivität L3 und Primärwicklung des Transformators T4. Die Spannung, auf die sie aufgeladen werden, hängt vom Lastwiderstand ab: Je niedriger dieser ist, desto größer ist diese Spannung (bei einer Last mit einem Widerstand von 1 Ohm - ca. 200 V). In dem Moment, in dem der Kollektorstrom der Transistoren VT2, VT3 auf Null sinkt, beginnt die vierte Phase des Wechselrichterbetriebs, die wie die zweite 8 μs dauert: Von den Wicklungen der Transformatoren wird eine Schließspannung an die Basen der Transistoren angelegt T2 und T5. Die Transistoren VT1, VT4 bleiben die ganze Zeit über weiterhin geschlossen. Die Pause ist notwendig, um sicherzustellen, dass die Transistoren VT2, VT3 vollständig geschlossen sind und dass beim Öffnen der Transistoren VT1, VT4 kein Durchgangsstromimpuls durch die Transistoren benachbarter Schultern auftritt. Dadurch, dass die Schaltspannung den Emitterübergängen in Momenten zugeführt wird, in denen kein Kollektorstrom vorhanden ist, übersteigt die momentane elektrische Leistung am Kollektorübergang im ungünstigsten Fall nicht mehrere Watt. Die Überlastschutzeinheit des Geräts funktioniert wie folgt. Nach dem Anlegen der Versorgungsspannung wird der DD2.7-Trigger in einen einzelnen Zustand versetzt (am inversen Ausgang ist die logische Spannung 0) und am Ausgang des DD3.2-Elements (Pin 11) erscheint eine logische 1-Spannung. Schaffung von Bedingungen für den Durchgang von Taktgeneratorimpulsen durch die DD4.1-Elemente und DD4.2. Der Trigger bleibt die ganze Zeit in diesem Zustand, solange die der Last zugeführte Leistung weniger als 1 kW beträgt. Bei Erreichen der maximalen Leistung reicht die Amplitude des ersten Impulses, der am Zähleingang des Auslösers DD2.1 von der Sekundärwicklung des Stromwandlers T3 über die Brücke VD21 empfangen wird, aus, um den Auslöser in den Nullzustand zu überführen (am inversen Ausgang - die Spannung von logisch 1). Das Ändern des niedrigen logischen Pegels in einen hohen am oberen Eingang des Elements DD3.2 in der Schaltung führt dazu, dass mit dem Eintreffen des nächsten Taktimpulses an seinem Ausgang eine logische Spannung von 0 eingestellt wird und der Durchgang von Impulse durch die Elemente DD4.1, DD4.2 stoppt. Dank des RS-Triggers an den Elementen DD3.1, DD3.2 erscheint das Verbotssignal nur in dem Moment, in dem die Pause zwischen den Impulsen beginnt, wodurch verhindert wird, dass die Wechselrichtertransistoren ausfallen (das Schließen bei Vorhandensein von Kollektorstrom würde zu deren Ausfall führen). zu einem übermäßigen Anstieg der momentanen elektrischen Leistung führen). Das Gerät schützt die Wechselrichtertransistoren auch bei einem Lastkurzschluss. Um das Netzteil nach dem Auslösen des Schutzes wieder in seinen ursprünglichen Zustand zu versetzen, muss es mit dem Kippschalter Q1 aus- und wieder eingeschaltet werden. Wenn das Gerät ausgeschaltet ist, werden die Filterkondensatoren C3 – C8 über die Widerstände R1 und R2 entladen. Dies ist notwendig, damit beim Anstieg der Amplitude der Basisstromimpulse der Transistoren VT1 - VT4 nach dem Wiedereinschalten, wenn diese nicht vollständig öffnen (d. h. nicht in den Sättigungsmodus wechseln), nicht sofort eine große Spannung anliegt ihre Sammler, die zum Scheitern führen könnten. Der Resonanzkreis des Wandlers verwendet Kondensatoren (C10, C11) K71-4 für eine Nennspannung von 250 V. Filterkondensatoren C12-C15 - K73-16 für eine Nennspannung von 63 V. Widerstand R13 - PEV-10. Die übrigen Widerstände und Kondensatoren sind beliebiger Art. Schalter Q1 - TV1-2. Die Stromversorgung der Steuereinheit erfolgt über einen einheitlichen Transformator TN13 127/220-50. Alle anderen Transformatoren und Drosseln des Gerätes sind Eigenbau. Die Wicklungsdaten sind in der Tabelle angegeben. Der Induktor L3 und beide Wicklungen des Transformators T4 sind mit zu einem Bündel verdrillten Drähten umwickelt. Um die Streuinduktivität dieses Transformators zu verringern, ist die Wicklung II mit zwei zusammengefalteten Bündeln gewickelt. Die Anzapfung erhält man, indem man den Anschluss am Anfang einer der Halbwicklungen mit dem Anschluss am Ende der anderen verbindet. Die Magnetkerne aller Drosseln sind mit einem nichtmagnetischen Spalt von 0,5 mm montiert. Die Wechselrichter-Steuereinheit und ihre Stromquelle sind auf einer Leiterplatte aus 2 mm dickem Folien-Glasfaserlaminat montiert. Die meisten übrigen Teile des Geräts sind klappbar auf drei 220x85 mm großen Platinen aus 3 mm dicker Leiterplatte montiert: Auf einer davon sind die Dioden VD1-VD4 und die Filterteile C1L1C2 und C3-C5L2C6-C9 montiert der andere - Transformatoren T2, T3, T5 und Teile des Wechselrichters, der dritte - Induktor L3 und Filterteile C12-C15L4C16C17. Die Transistoren VT1 – VT4 sind auf Duraluminium-Kühlkörpern in Form von Platten mit den Abmessungen 70 x 60 x 8 mm installiert (mit den Seiten 60 x 8 mm sind sie an der Leiterplatte befestigt), die Dioden VD1 – VD4 – auf U-förmigen Kühlkörpern, die aus Aluminiumplatten mit den Abmessungen gebogen sind 100x25x1,5 mm, Dioden VD13... VD18 und Transformator T4 - auf einem gerippten Duraluminium-Kühlkörper mit einer Kühlfläche von ca. 1000 cm2, befestigt an der Rückseite des Blockgehäuses. Der Einbau des Gerätes beginnt ohne Sicherung FU1. Durch Einschalten der Stromversorgung der Steuereinheit überprüfen Sie mit einem Oszilloskop das Vorhandensein von Impulsen positiver Polarität mit einer Dauer von 1 μs und einer Wiederholungsfrequenz von etwa 4 kHz (Schwingungsperiode beträgt etwa 17 μs) an den Emitterverbindungen der Transistoren VT20- VT50. Wenn ein beliebiger Anschluss der Sekundärwicklung des Stromtransformators 73 mit dem positiven Anschluss der Stromversorgung der Mikroschaltungen der Steuereinheit verbunden wird, sollten diese Impulse verschwinden. Anschließend wird der Ausgang der Induktivität L3 von der Primärwicklung des Transformators T4 getrennt, die Sicherung FU1 installiert und anstelle der Kontakte 7 und 8 des Netzschalters Q1 ein Milliamperemeter eingeschaltet. Der vom Wechselrichter ohne Last aufgenommene Strom sollte nicht mehr als 15 mA betragen. Nachdem Sie sich davon überzeugt haben, verbinden Sie die Anschlüsse der Induktivität L3 und der Primärwicklung des Transformators T4 mit einem zusätzlichen Widerstand mit einem Widerstandswert von ca. 0,5 Ohm, löten Sie die Netzwerkanschlüsse der Gleichrichterbrücke VD1 - VD4 von der Induktivität L1 und versorgen Sie diese mit einer Wechselspannung von 20.. von einem einstellbaren Spartransformator (z. B. LATR). ,30 V. An den Ausgang des Blocks ist eine äquivalente Last angeschlossen - ein Widerstand mit einem Widerstand von 1 Ohm und einer Verlustleistung von 700. ..800 W. Indem Sie die Form der Spannung am zusätzlichen Widerstand mit einem Oszilloskop überwachen, wählen Sie den nichtmagnetischen Spalt im Magnetkreis der Induktivität L3 so aus, dass die Impulse (sowohl positive als auch negative Polarität) auf dem Bildschirm möglichst ähnlich wie Halbimpulse werden. Wellen einer Sinuswelle. Als nächstes erhöhen Sie unter Beobachtung der Form der Impulse die Spannung am Eingang der Brücke VD1 - VD4 auf 220 V. Die Ausgangsleistung bei äquivalenter Last erhöht sich auf 650...700 W, die Form der Impulse sollte jedoch nahezu erhalten bleiben unverändert. Wenn sie bei dieser Leistung scharf werden, deutet dies auf eine Sättigung des Magnetkreises der Induktivität L3 oder des Transformators T4 hin und dieser muss durch einen massiveren (mit größerem Querschnitt) ersetzt werden. Nachdem schließlich der zusätzliche Widerstand aus dem Stromkreis entfernt wurde, wird der Widerstand R18 so ausgewählt, dass die Überlastschutzeinheit mit einer Ausgangsleistung von 1 kW arbeitet (erreicht durch Reduzierung des Lastäquivalentwiderstands). Beim Aufbau sind Sicherheitsvorkehrungen zu beachten, da viele Stromkreise, insbesondere solche, die mit einem Oszilloskop überwacht werden sollen, unter Hochspannung stehen. An den Ausgang des Gerätes kann eine Last mit einer Leistung von bis zu 700 W direkt angeschlossen und die Leistung per Kippschalter umgeschaltet werden. Bei höherer Leistung empfiehlt es sich, einen zusätzlichen Schalter im Lastkreis vorzusehen und zunächst das Gerät an das Netzwerk und dann die Last an dessen Ausgang anzuschließen Autor: S. Tsvetaev
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