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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Quasiresonantes Halbbrücken-Netzteil. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Um die Eigenschaften von Schaltnetzteilen auf Basis von Brücken- und Halbbrückenwandlern zu verbessern, insbesondere die Wahrscheinlichkeit von Durchgangsströmen zu verringern und den Wirkungsgrad zu erhöhen, schlagen die Autoren vor, solche Quellen in einen quasi-resonanten Betriebsmodus zu überführen. Der beschriebene Artikel liefert ein praktisches Beispiel für eine solche Stromversorgung. Um Größe und Gewicht zu reduzieren, werden Netzteile (PS) mit Netztransformator häufig durch Impulsspannungswandler ersetzt. Der Vorteil liegt auf der Hand: geringeres Gewicht und geringere Abmessungen, deutlich geringerer Kupferverbrauch bei Wickelprodukten, hoher Wirkungsgrad der Stromversorgung. Allerdings haben gepulste Netzteile auch Nachteile: schlechte elektromagnetische Verträglichkeit, die Möglichkeit, dass durch Transistoren in Gegentaktwandlern ein Durchgangsstrom auftritt, die Notwendigkeit, Überstromschutzschaltungen einzuführen und die Schwierigkeit, eine kapazitive Last zu starten, ohne besondere Maßnahmen zur Begrenzung zu ergreifen Ladestrom. Betrachten wir am Beispiel eines selbstoszillierenden Spannungswandlers mit Gegentakt-Halbbrücke [1], wie diese Nachteile durch eine Änderung seiner Betriebsart bis zu einem gewissen Grad beseitigt oder verringert werden können. Überführen wir den Wandler in einen quasiresonanten Betriebsmodus, indem wir einen Resonanzkreis einführen [2]. Die Form des Stroms durch die Primärwicklung des Impulstransformators ist in diesem Fall in Abb. dargestellt. 1.
In Abb. Abbildung 2 zeigt die Spannungs- und Stromwellenformen für einen der Schalttransistoren. Aus den Abbildungen ist ersichtlich, dass der Wandler im quasiresonanten Modus arbeitet – in diesem Fall gibt es keinen Durchgangsstrom.
Die Spannung an der Basis des Schalttransistors nimmt ab und wird am Ende des Impulses Null. Somit werden durch den Übergang in einen quasiresonanten Betriebsmodus dynamische Verluste in Schalttransistoren und Probleme im Zusammenhang mit der elektromagnetischen Verträglichkeit empfindlicher Geräte mit gepulster Stromversorgung vollständig eliminiert, da das Spektrum der erzeugten Schwingungen stark eingeengt wird. Ein Halbbrückenwandler unterscheidet sich von einem Gegentaktbrückenwandler durch die geringere Anzahl der verwendeten Transistoren; von einem Push-Pull mit mittlerem Ausgang - halbe Spannung an den Transistoren. Ein selbsterzeugender Konverter unterscheidet sich von Konvertern mit Hauptoszillator vor allem durch die minimale Anzahl von Elementen, den maximal möglichen Wirkungsgrad und die Verwendung eines sättigbaren Hilfstransformators, der die Möglichkeit eines Durchgangsstroms garantiert ausschließt. Die Schaltung einer quasiresonanten Halbbrücken-Stromversorgung ohne die aufgeführten Nachteile ist in Abb. dargestellt. 3.
Wichtigste technische Merkmale
Das IP enthält folgende Komponenten: Rauschunterdrückungsfilter C1C2L1, der das Eindringen hochfrequenter Wellen, die vom Umrichter erzeugt werden, in das Versorgungsnetz verhindert; Netzwerkgleichrichter VD1 mit Filterkondensator C3; Schutzschaltungen gegen Überlast und Kurzschlüsse in der Last R1R2VD2K1U1VD3VD4R6R7C7. Die Schutzschaltung verbraucht einen unbedeutenden Strom und hat daher nur geringe Auswirkungen auf den Gesamtwirkungsgrad der Quelle. Bei Bedarf kann der Wirkungsgrad jedoch leicht erhöht werden, indem die Zenerdiode VD2 durch eine Diode mit höherer Spannung ersetzt wird. Die Widerstände R6 und R7 bilden einen Spannungsteiler, der zum Einschalten der Sendediode des Thyristor-Optokopplers erforderlich ist. Werden diese Festwiderstände durch einen variablen Widerstand ersetzt, kann die Schutzschwelle in sehr weiten Grenzen angepasst werden. Wenn Sie vorhaben, eine Last mit großer Kapazität (mehr als 5000 μF) mit Strom zu versorgen, sollten Sie zur Vermeidung falscher Schutzauslösungen die Kapazität des Kondensators C7 erhöhen. Allerdings verlängert sich in diesem Fall die Wartezeit vor dem Einschalten der Quelle. Die Elemente R3, R4, C4, C5 bilden einen Spannungsteiler. Die Widerstände R3, R4 sind erforderlich, um die Kondensatoren des Filters C3 und des Teilers C4C5 nach dem Abschalten der Stromversorgung zu entladen. Der Kondensator C6 und die Induktivität L2 bilden einen Resonanzkreis. Die Auslöseschaltung ist genau die gleiche wie bei dem in Artikel [1] beschriebenen Gerät. Es besteht aus dem Transistor VT3, den Widerständen R10-R12 und dem Kondensator C10. Der Transistor VT3 arbeitet im Lawinenmodus. Der Auslöseimpuls öffnet den Transistor VT2 und sorgt so für eine anfängliche Asymmetrie. Dioden VD5-VD8 - Ausgangsgleichrichter mit Filterkondensatoren C8, C9. Die LED HL1 zeigt das Vorhandensein von Spannung am Ausgang des IP an. Die Selbsterzeugung von Schwingungen erfolgt durch positive Rückkopplung von Wicklung III des Transformators T1 zur Wicklung III des Transformators T2 über den Strombegrenzungswiderstand R9. Mit abnehmendem Widerstand nimmt die Umwandlungsfrequenz ab, was zu einer Verschiebung des maximalen Wirkungsgrades der Quelle hin zu einer höheren Lastleistung führt. Das Gerät verwendet die Kondensatoren K73-17 (C1, C2, C6, C9, C10), K73-11 (C4, C5), K50-32 (C3), K50-24 (C7, C8). Alle Widerstände sind C2-23. Anstelle der angegebenen Kondensatoren und Widerstände können auch andere Komponenten verwendet werden. Allerdings sollten Kondensatoren mit einem minimalen dielektrischen Verlustfaktor im Betriebsfrequenzbereich der Stromversorgungsumwandlung ausgewählt werden. Diodenbrücke VD1 – jede mit einem zulässigen Durchlassstrom von mehr als 1 A und einer zulässigen Sperrspannung von mindestens 400 V, zum Beispiel BR310. Es ist auch möglich, diskrete Dioden, beispielsweise KD202R, zu verwenden, die über eine Brückenschaltung verbunden sind. Am besten verwenden Sie im Gerät den Transistor KT315G (VT3) - die Auslöseschaltung funktioniert sofort damit, der Transistor KT315B muss ausgewählt werden und die Transistoren KT315A, KT315V sollten besser nicht verwendet werden. Die Transistoren KT826V (VT1, VT2) sind mit allen KT826- oder KT812A-, KT812B-Serien austauschbar. Aufgrund der geringen Verluste können Transistoren nicht auf Kühlkörpern montiert werden. Die Dioden des Ausgangsgleichrichters KD213A (VD5-VD8) können durch KD213B, KD213V oder die Serien KD2997, KD2999 ersetzt werden. Sie sollten auf einem Kühlkörper mit einer Kühlfläche von mindestens 10 cm2 installiert werden. Das IP verwendet ein elektromagnetisches Gleichstromrelais GBR10.1-11.24 mit einer Betriebsspannung von 24 V, das einen Wechselstrom von 8 A in Stromkreisen mit Spannungen bis 250 V schalten kann. Es kann durch jedes andere mit einer zulässigen geschalteten Wechselspannung ersetzt werden Strom von mindestens 1 A in Stromkreisen mit einer Spannung von 250 V. Es empfiehlt sich jedoch, ein Relais mit einem minimalen Schaltstrom zu verwenden, um die Effizienz der Stromversorgung zu erhöhen, da der Widerstand der Widerstände R1 umso größer ist, je niedriger der Schaltstrom ist , R2 und desto weniger Leistung wird über sie verbraucht. Drosseln L1, L2 und Transformator T1 wurden fertig verwendet - von einem alten EC1060-Computer: L1 - I5, L2 - 4777026 oder 009-01, T1 - 052-02. Sie können sie selbst herstellen. Der Induktor L1 ist auf einen Ringmagnetkern K28x16x9 aus Ferrit (z. B. Sorten M2000NM-A oder M2000NM1-17) oder Alsifer gewickelt (zwei Wicklungen gleichzeitig). Seine Wicklungen enthalten 315 Windungen PEV-2 0,3-Draht. Die Resonanzdrossel L2 ist auf einen Ringmagnetkern K20x10x5 aus M2000NM-A-Ferrit gewickelt. Seine Wicklung enthält 13 Windungen PEV-2 0,6-Draht. Der Transformator T1 ist auf einen Ringmagnetkern K45x28x8 aus M2000NM1-17-Ferrit gewickelt. Wicklung I enthält 200 Windungen PEV-2 0,6-Draht, Wicklung II - 35 Windungen PEV-2 1-Draht, Wicklung III - 5 Windungen PEV-2 0,6-Draht. Die Reihenfolge der Wicklungen im Magnetkreis ist beliebig. Zwischen den Wicklungen muss eine Isolierschicht, beispielsweise Fluorkunststoffband, verlegt werden. Darüber hinaus sollte der Transformator beispielsweise mit Paraffin aus Kerzen oder Ceresin imprägniert werden. Dadurch wird nicht nur die Spannungsfestigkeit der Isolierung erhöht, sondern auch das von der Quelle im Leerlauf erzeugte Brummen verringert. Der Transformator T2 ist auf einen Ringmagnetkern K20x10x5 aus M2000NM-A-Ferrit gewickelt. Die Wicklungen I und II enthalten jeweils sieben Windungen PEV-2 0,3-Draht (sie werden gleichzeitig zu zwei Drähten gewickelt), und Wicklung III enthält neun Windungen PEV-2 0,3-Draht. Das Design des Netzteils kann beliebig sein, die relative Position der Elemente auf der Platine ist unkritisch. Es ist lediglich wichtig, durch natürliche Konvektion für eine gute Luftströmung zu den Halbleiterbauelementen zu sorgen oder das Netzteil im Inneren des angetriebenen Geräts in der Nähe des Lüfters zu installieren. Der beschriebene IP erfordert praktisch keine Anpassung, es lohnt sich jedoch darauf zu achten, dass der Konverter im quasi-resonanten Modus arbeitet. Dazu wird an den Ausgang des Netzteils eine äquivalente Last angeschlossen – ein Widerstand mit einer Leistung von 100 W und einem Widerstand von 36 Ohm. In Reihe zum Kondensator C6 ist ein zusätzlicher Widerstand mit einem Widerstandswert von 0,1...1 Ohm und einer Leistung von 1...2 W geschaltet. Die Oszilloskoptastköpfe sind mit einem zusätzlichen Widerstand verbunden: gemeinsam – mit dem Mittelpunkt des Spannungsteilers R3R4C4C5, Signal – mit Kondensator C6. Es ist darauf zu achten, dass das Oszilloskop nicht galvanisch mit dem Netzwerk verbunden ist. Wenn es angeschlossen ist, sollte es über einen Trenntransformator mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:1 an das Netzwerk angeschlossen werden. In jedem Fall sind die Sicherheitsvorschriften einzuhalten. Stellen Sie beim Anlegen von Strom an das IP sicher, dass glockenförmige Stromimpulse mit einer Pause bei Null auftreten. Wenn die Pulsform von der in Abb. 1 ist es notwendig, die Anzahl der Windungen des Induktors L2 zu wählen, bis eine Resonanz erreicht wird. An einem zusätzlichen Widerstand mit einem Widerstandswert von 0,1 Ohm sollte die Impulsamplitude etwa 0,1 V betragen. Jetzt sollten Sie die Form von Strom und Spannung am Schalttransistor VT2 mit den in Abb. gezeigten vergleichen. 2 Grafiken. Wenn sie in ihrer Form ähnlich sind, arbeitet das IP in einem quasi-resonanten Modus. Der Schutzschwellenwert kann geändert werden. Wählen Sie dazu den Widerstandswert des Widerstands R7 so, dass der Schutz beim erforderlichen Laststrom arbeitet. Wenn es erforderlich ist, die Stromversorgung abzuschalten, wenn die Lastleistung weniger als 70 W beträgt, sollte der Widerstandswert des Widerstands R7 verringert werden. Um den Ladestrom des Kondensators C3 im Moment des Einschaltens zu begrenzen, empfehlen wir, einen Widerstand mit einem Widerstand von 5,6 ... 10 Ohm und einer Leistung von 2 W an die Lücke eines beliebigen Netzwerkkabels anzuschließen. Literatur
Autoren: E. Gaino, E. Maskatov, Taganrog, Gebiet Rostow.
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Kommentare zum Artikel: Vladimir Das Schema ist sehr attraktiv. Aber es gibt ein paar Fragen: Die Betriebsfrequenz ändert sich von 12 kHz auf 57 kHz, wenn sich die Last ändert. Daher kann sich auch der Wirkungsgrad ändern. Bei welcher Last ist die maximale Frequenz und bei welcher minimal? Kann man "unsere" chinesischen Funkkomponenten in der Schaltung verwenden? Transistoren, Kondensatoren und Ferrite. Die Induktivität der Resonanzspule ist nicht angegeben, wäre aber schön. Ansonsten ist alles klar und entspricht Arbeitskreisen mit resonanter Last. Eine letzte Frage: Ist die Vorschaltgerätschaltung für Leuchtstoffröhren resonant oder quasi-resonant? Ich bin ein wenig verwirrt über die Definitionen. [ups] [hoch]
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