Leistungsstarkes Labornetzteil mit erhöhtem Wirkungsgrad. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile

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Eine geregelte Stromversorgung ist ein wesentlicher Bestandteil eines Amateurfunklabors. Viele ähnliche Geräte wurden in der Zeitschrift Radio beschrieben, einige von ihnen weisen jedoch eine geringe Effizienz auf. Tatsache ist, dass Labornetzteile meist auf der Basis von Linearstabilisatoren hergestellt werden, da es oft sehr schwierig ist, den Hauptnachteil von Schaltquellen – eine erhöhte Welligkeit – zu beseitigen. Die Folge eines solchen Schaltungsaufbaus sind in der Regel erhöhte Verlustleistungen. Der Autor bietet seine eigene Lösung für dieses Problem an.

Sie können die Effizienz des Stabilisators erhöhen, indem Sie ihn zweistufig gestalten: Die erste Stufe ist ein gepulster Vorstabilisator; die zweite ist eine regelmäßige lineare. Beide Stufen werden durch eine Rückkopplung abgedeckt, wodurch der Linearstabilisator den minimal zulässigen Spannungsabfall aufrechterhält und dadurch einen hohen Wirkungsgrad gewährleistet.

Pulsstabilisatoren, montiert auf einer modernen Elementbasis [1, 2], bieten hohe Leistungsparameter, einschließlich geringer Verluste. Diese Geräte wurden als Grundlage für die Entwicklung des vorgeschlagenen Labornetzteils herangezogen.

Wichtigste technische Merkmale

• Eingangsspannung, V......43
• Ausgangsspannungsintervall, V......0...35
• Maximaler Laststrom, A ...... 7,5
• Umwandlungsfrequenz des Schaltstabilisators, kHz......55

Das Gerätediagramm ist in Abb. dargestellt. 1. Der Schaltstabilisator der ersten Stufe ist auf einem PHI-Controller-Chip TL598 (DA4) von Texas Instruments montiert, der den Schalttransistor IRF9540 (VT3) steuert. Die Mikroschaltung TL598 unterscheidet sich von der üblichen TL494 durch das Vorhandensein eines Gegentaktverstärkers am Ausgang (der in Bezug auf die Eigenschaften am nächsten kommende inländische PHI-Controller ist KR1114EU4). Der Einsatz dieser speziellen Mikroschaltung ist auf ihre hohen technischen Parameter zurückzuführen: Ausgangsstrom bis 0,2 A, Taktfrequenz bis 300 kHz sowie niedriger Preis.

(zum Vergrößern klicken)

Durch den Einsatz eines schaltenden Feldeffekttransistors IRF9540 (VT3) und einer Schottky-Diode KD2998G (VD2) mit geringem Spannungsabfall und geringer Erholungszeit konnte der Wirkungsgrad des Schaltstabilisators auf ca. 90 % gesteigert werden. Um die Grenzen der Ausgangsspannungsregelung zu erhöhen, wird der Pufferverstärker auf der VT2-Transistorbaugruppe von einem Hilfsstabilisator auf dem DA2-Chip gespeist. Ein parametrischer Spannungsstabilisator basierend auf dem Feldeffekttransistor VT4 und der Zenerdiode VD9 verbessert den Stabilisierungskoeffizienten und ermöglicht den Betrieb bei einer höheren Eingangsspannung. Der Widerstand R9 im Filterkondensatorkreis C8 schützt den DA2-Chip vor Überlastung, wenn das Gerät eingeschaltet ist.

Vom Ausgang des Schaltstabilisators wird die Spannung einem auf der DA1-Mikroschaltung montierten Linearstabilisator mit geringem Spannungsabfall zugeführt. Bei diesem Schaltungsaufbau werden die Ausgangseigenschaften des Laborgeräts durch die Parameter der Mikroschaltung bestimmt, die eine gute Welligkeitsunterdrückung, Strom- und Überhitzungsschutz bietet und deren Leistungsverlust etwa 5 % beträgt.

Um die Ausgangsspannung des Geräts von Null aus zu regeln, wird dem Steuerausgangskreis der DA1-Mikroschaltung eine Spannung von -15 V aus einer separaten Quelle zugeführt.

Der Transistor-Optokoppler U1 hält einen Spannungsabfall am Linearregler von etwa 1,5 V aufrecht. Wenn der Spannungsabfall am Chip zunimmt (z. B. aufgrund einer Erhöhung der Eingangsspannung), schalten sich die Sendediode des Optokopplers und dementsprechend der Fototransistor ein. Der PHI-Controller schaltet ab und schließt den Schalttransistor. Die Spannung am Eingang des Linearstabilisators nimmt ab.

Um die Stabilität zu erhöhen, wird der Widerstand R3 möglichst nahe am Stabilisatorchip DA1 platziert.

Drosseln L1, L2 sind Abschnitte von Ferritröhren, die an den Gate-Anschlüssen der Feldeffekttransistoren VT1, VT3 angebracht sind. Die Länge dieser Rohre beträgt etwa die Hälfte der Länge der Leitung.

Der Induktor L3 ist auf zwei zusammengefaltete Ringmagnetkerne K36x25x7,5 aus MP140-Permalloy gewickelt. Seine Wicklung enthält 45 Windungen, die in zwei PEV-2-Drähte mit einem Durchmesser von 1 mm gewickelt sind, die gleichmäßig um den Umfang des Magnetkerns verteilt sind.

Da bei einem Laststrom nahe dem Maximum erhebliche Leistung am Stabilisator DA1 und dem Transistor VT3 freigesetzt wird, sollten diese auf Kühlkörpern mit einer Fläche von mindestens 30 cm2 installiert werden. Der Transistor IRF9540 (VT3) kann durch IRF4905 und der Transistor IRF1010N (VT1) durch BUZ11, IRF540, KP727B ersetzt werden.

Die Fläche von Kühlkörpern wird nach der in [3] beschriebenen Methode berechnet.

Wenn ein Gerät mit einem Ausgangsstrom von mehr als 7,5 A benötigt wird, muss parallel zu DA5 ein weiterer Stabilisator DA1 hinzugefügt werden (Abb. 2). Dann erreicht der maximale Laststrom 15 A. In diesem Fall wird die Induktivität L3 mit einem Bündel bestehend aus vier PEV-2-Drähten mit einem Durchmesser von 1 mm umwickelt und die Kapazität der Kondensatoren C1-C3 wird ungefähr verdoppelt. Die Widerstände R18, R19 werden entsprechend dem gleichen Erwärmungsgrad der Mikroschaltungen DA1, DA5 ausgewählt. Der PHI-Controller sollte durch einen anderen ersetzt werden, der den Betrieb mit einer höheren Frequenz ermöglicht, zum Beispiel KR1156EU2.

Wenn kein großer Laststrom erforderlich ist, kann der Stabilisator KR142EN22A durch KR142EN22 (maximaler Strom 5 A) oder KR142EN12A (1,5 A) ersetzt werden.

Literatur

1. Mironov A. Schaltspannungsstabilisator mit erhöhter Effizienz. – Radio, 2000, Nr. 11, S. 44, 45.
2. Mironov A. Anwendung von Synchrongleichrichtern in Impulsspannungsstabilisatoren. – Radio, 2001, Nr. 10, S. 38, 39.
3. Semenov B. Yu. Leistungselektronik für Amateure und Profis. - M.: Solon-R 2001, p. 115-121

Autor: S. Korenev, Krasnojarsk

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