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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Einstellbarer Spannungsregler mit Strombegrenzung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Überspannungsschutz Der unseren Lesern vorgestellte Artikel beschreibt einen einstellbaren Schaltspannungsstabilisator mit Strombegrenzung. Mit dem Gerät können Sie nicht nur verschiedene Geräte mit einer stabilen Spannung von 2 bis 25 V versorgen, sondern auch verschiedene Batterien mit einem stabilen Strom von bis zu 5 A laden. Mit dem beschriebenen Netzteil können Sie die stabilisierte Ausgangsspannung und den maximalen Strom in der Last regulieren. Es kann sowohl zur Stromversorgung und Einrichtung von Funkgeräten als auch zum Laden verschiedener Batterien verwendet werden. Das Gerät arbeitet in zwei Modi: bei der Stromversorgung von Geräten als Spannungsstabilisator mit Überlastschutz und beim Laden von Batterien als Stromstabilisator mit Spannungsbegrenzung. Das Netzteil ist einfach zu bedienen, hat keine Angst vor Überlastungen und Kurzschlüssen am Ausgang, verfügt über eine Leuchtanzeige für den Betriebsmodus und ist hocheffizient. Das Gerätediagramm ist in Abb. dargestellt. 1. Wichtigste technische Merkmale
Parameter wie Instabilität, Welligkeit und Wirkungsgrad werden maßgeblich von der Betriebsart bestimmt und sind daher nicht angegeben. Auf Wunsch können die Eigenschaften ohne wesentliche Änderungen am Gerät geändert werden. Wenn beispielsweise ein größerer Ausgangsstrom erforderlich ist, sollten Sie einen Stromsensor installieren – den Widerstand R14 mit höherer Leistung – und auch den Widerstand des variablen Widerstands R5 erhöhen. Um die Welligkeit zu reduzieren, empfiehlt es sich, am Ausgang einen LC-Filter zu installieren, was jedoch zu einer Verringerung des Wirkungsgrades führt. Das Netzteil enthält folgende Komponenten: internen negativen Spannungsstabilisator VT1VD1R1 mit Filter C4; interner „positiver“ Spannungsstabilisator VT2VD2R2 mit Filter C5; Strombegrenzungseinheit DA1.1R3-R7R10R 14; Spannungsbegrenzungseinheit DA1.2VD3R15-R18; Impulsformer DD1.2DD1.3; Statusanzeigen DD1.1HL1R12 und DD1.4HL2R13; Schalttransistor VT3; Kondensatoren der Eingangsfilter C1-C3, Zwischenfilter C7, C8 und Ausgangsfilter C6. Betrachten wir den Betrieb des Geräts im Spannungsstabilisierungsmodus. Beim Einschalten erscheint an der Zenerdiode VD3 Spannung, von der ein Teil vom variablen Widerstand R16 (der die Ausgangsspannung regelt) dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1.2 zugeführt wird. Da der Schalttransistor VT3 geschlossen ist, werden die Kondensatoren C6-C8 entladen und die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1.2, abgenommen vom Schieber des eingestellten Widerstands R18, liegt nahe bei +UBX. Am Ausgang des Operationsverstärkers erscheint ein hoher Pegel, der zum Einschalten der Sendediode des Optokopplers U1.4 führt. Dadurch öffnet sich der Fototransistor des Optokopplers U1.2 und am unteren Eingang des Elements DD1.2 erscheint ein hoher Pegel. Folglich befindet sich auch der Ausgang des Elements DD1.3 auf einem hohen Pegel, wodurch der Schalttransistor VT3 geöffnet wird. Der Laststrom beginnt durch die Induktivität L1 zu fließen und lädt die Kondensatoren C6–C8 auf. Die Spannung an den Kondensatoren und am Abstimmwiderstand R18 beginnt anzusteigen. Irgendwann wird die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1.2 geringer als am invertierenden. Am Ausgang des Operationsverstärkers DA1.2 erscheint ein niedriger Pegel. Die Sendediode U1.4 und der Fototransistor U 1.2 des Optokopplers schließen. Am unteren Eingang des Elements DD1.2 und an den Eingängen des Elements DD1.4 wechselt der High-Pegel auf Low. Der Schalttransistor schließt und die HL2-LED leuchtet auf und zeigt an, dass das Gerät im Spannungsstabilisierungsmodus arbeitet. Wenn die Last entladen wird, nimmt die Spannung an den Kondensatoren C6-C8 und dementsprechend am Abstimmwiderstand R18 ab. Und sobald die Spannung am nichtinvertierenden Eingang größer wird als am invertierenden Eingang, wiederholt sich der Vorgang. Die Spannung vom Stromsensor – Widerstand R14 – wird den Eingängen des Operationsverstärkers DA1.1 zugeführt. Sobald der Laststrom den eingestellten Wert überschreitet, wird die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1.1 kleiner als am invertierenden. An seinem Ausgang erscheint ein Low-Pegel und die aktivierte Sendediode des Optokopplers U1.3 wird ausgeschaltet. Der Fototransistor des Optokopplers U1.1 wird geschlossen. Am oberen Eingang des Elements DD1.2 und an den Eingängen des Elements DD1.1 wechselt der High-Pegel auf Low. Dadurch wird der Schalttransistor geschlossen und die aufleuchtende HL1-LED signalisiert, dass das Netzteil im Stromstabilisierungsmodus arbeitet. Wenn sich die Kondensatoren C7 und C8 entladen, nimmt der Strom durch den Widerstand R14 ab, was zu einem Anstieg der Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1.1 und dann zum Öffnen des Transistors VT3 führt. Steigt der Laststrom wieder an, wiederholt sich der Vorgang. Der Stabilisierungsstrom wird durch den variablen Widerstand R5 eingestellt. Die meisten Teile des Netzteils sind auf einer Platine aus einseitiger Glasfaserfolie montiert, deren Zeichnung in Abb. dargestellt ist. 2. Der Schalttransistor VT3 und die Diode VD4 werden auf einem Kühlkörper mit den Abmessungen 60x90x7 mm platziert.
Das Gerät kann über einen Netztransformator mit einer effektiven Spannung an der Sekundärwicklung von 20...25 V betrieben werden, der den erforderlichen Laststrom liefert. In der Originalversion verwendet der Gleichrichter KD227GS-Diodenbaugruppen. Die Drossel L1 basiert auf dem Magnetkern B36. Die Wicklung enthält 20 Windungen PEV 1,35-Draht. Die fertige Spule wird mit Epoxidharz gefüllt. Beim Zusammenbau des Magnetkreises wird zwischen den Bechern eine nichtmagnetische Dichtung von 0,3...0,5 mm eingebaut. Wenn die Versorgungsspannung des Geräts erheblich von der im Diagramm angegebenen abweicht, ist zu berücksichtigen, dass der Widerstandswert der Widerstände R1 und R2 unter der Bedingung berechnet wird, dass der Strom der Zenerdioden VD1 und VD2 im Bereich von 3 liegt. ..10 mA. Bei einer deutlichen Erhöhung der Versorgungsspannung ist eine deutliche Erhöhung der Verlustleistung der Transistoren VT1 und VT2 möglich – diese sollten auf Kühlkörpern installiert werden. Wenn die Filterkondensatoren (aufgrund ihrer großen Abmessungen) nicht auf der Platine platziert werden können, empfiehlt es sich, sie separat zu platzieren, wodurch sich die Gesamtkapazität der Kondensatoren C1–C3 auf 10000–15000 μF und des Kondensators C6 auf 4700 μF erhöht. Der Kondensator C7 besteht aus Niob oder Tantal (K52-9, K53-27) mit einer Nennspannung von mindestens 32 V. Der Transistor IRFZ44N kann durch einen IRF540N ersetzt werden, erfordert jedoch eine intensivere Kühlung. LEDs HL1 und HL2 – alle, die die erforderliche Anzeige liefern. Es ist wünschenswert, dass sie unterschiedliche Farben haben. Der Aufbau der Stromversorgung beginnt mit dem Ausschalten des Transistors VT3. Legen Sie zunächst Spannung an den Eingang an und überprüfen Sie die Funktion der internen Stabilisatoren. Die Spannung am Kondensator C4 sollte zwischen 15 und 16 V und am Kondensator C5 zwischen 8 und 9 V liegen. Kleinere Abweichungen haben keinen spürbaren Einfluss auf den Betrieb des Geräts. Die Transistoren VT1 und VT2 sollten in keinem Modus sehr heiß werden. Anschließend wird eine Strombegrenzungseinheit aufgebaut. Der Motor des variablen Widerstands R5 wird gemäß Diagramm auf die linke Position eingestellt, entsprechend dem Mindeststrom. Anschließend werden mithilfe des Trimmwiderstands R3 die Spannungen an den Eingängen des Operationsverstärkers DA1.1 ausgeglichen: Sie sollten eine Position finden, in der die LED HL5 erlischt, wenn der Motor des Widerstands R1 zu drehen beginnt, und in der Position ganz links entsprechend Zum Diagramm ging es an. Mit dieser Einstellung kann der maximale Ausgangsstrom über den variablen Widerstand R5 von 5 auf 5 A verändert werden. Sollte der maximale Strom von 5 A immer noch nicht erreicht werden, sollte man den Widerstandswert des Widerstands RXNUMX erhöhen und die Einstellung wiederholen. Anschließend wird der Schalttransistor VT3 angeschlossen und die Spannungsbegrenzungseinheit eingerichtet. Der Schieberegler des variablen Widerstands R5 ist auf die Position eingestellt, in der die HL1-LED ausgeschaltet ist. Der Schieber des Trimmwiderstands R18 wird auf die obere Position und der Schieber des variablen Widerstands R16 auf die mittlere Position entsprechend der Schaltung eingestellt, was der halben Maximalspannung entspricht. Der Trimmerwiderstand R18 stellt die Hälfte der maximalen Ausgangsspannung ein, die das Netzteil liefern muss. In diesem Fall ist es notwendig, eine Last an den Ausgang anzuschließen, beispielsweise einen Widerstand mit einem Widerstandswert von 100 Ohm und einer Leistung von 2 W. Es ist zu beachten, dass die maximale Ausgangsspannung nicht wesentlich von der effektiven Wechselspannung an der Sekundärwicklung des Netztransformators abweichen sollte. Nach Abschluss der Einrichtung empfiehlt es sich, die Widerstände R5 und R16 zu kalibrieren. Dazu muss bei ausgeschalteter Stromversorgung der Schieber des Widerstands R16 in die mittlere Position, der Schieber des Widerstands R5 in die äußerste linke Position gebracht werden, ein Amperemeter an den Ausgang angeschlossen und die Versorgungsspannung angelegt werden. Erhöhen Sie anschließend durch Bewegen des Schiebereglers des Widerstands R5 den Strom im Stromkreis auf einen bestimmten Wert, beispielsweise 1 A, und setzen Sie die entsprechende Markierung gegenüber dem Pfeil des Widerstandsgriffs usw. Anschließend wird das Amperemeter durch ein Voltmeter ersetzt und die Kalibrierung durchgeführt Widerstand R16. Mit etwas Geschick können Sie mit den erhaltenen Skalen und Indikatoren HL1 und HL2 ohne Messgeräte die Spannung und den Strom der Last, den Ladestrom der Batterien und deren Spannung recht genau einstellen, Grenzbetriebsarten einstellen, Begrenzung von Strom und Spannung in festgelegten Intervallen. Abschließend möchte ich darauf hinweisen, dass die maximale Drain-Source-Spannung des Feldeffekttransistors IRFZ44N (VT3) 55 V beträgt, der maximale Drain-Strom 49 A beträgt und der Widerstand des offenen Kanals 0,022 Ohm beträgt. Grundsätzlich verfügt das beschriebene Netzteil also über Möglichkeiten zum „Übertakten“. Darüber hinaus erhalten wir durch das Hinzufügen eines RS-Triggers zum Gerät eine automatische Maschine, die sich abschaltet, wenn eine Überlastung auftritt oder wenn die erforderliche Spannung erreicht wird, wenn das Gerät als Ladegerät verwendet wird. Autor: A. Antoshin, Rjasan
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