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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Labornetzteil mit umfassendem Schutz. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Jeder Funkamateur, der sich mit der Entwicklung und Reparatur von Funkgeräten beschäftigt, möchte in seinem Labor eine, wie man sagt, universelle Stromversorgung für alle Fälle haben. Eine solche Quelle muss über eine weitgehend einstellbare Ausgangsspannung, einen hohen Strom, eine hohe Spannungsstabilität, eine geringe Welligkeit und einen zuverlässigen Schutz (gegen Überstrom, Überspannung und Überhitzung) verfügen und die Sicherheit sowohl der versorgten Geräte als auch der Quelle selbst gewährleisten. Die Stromversorgung sollte einfach sein und keine knappen, teuren oder großen Komponenten enthalten. Versuche, eine Beschreibung eines fertigen Geräts zu finden, das die oben genannten Anforderungen erfüllt, blieben erfolglos, sodass der Autor selbst ein ähnliches Gerät entwickeln musste. Urteilen Sie selbst, was dabei herausgekommen ist. Bei der Entwicklung des vorgeschlagenen Labornetzteils (PSU) wurde das Hauptaugenmerk auf die Schutzeinheit gelegt. Um maximale Zuverlässigkeit zu gewährleisten, sollten laut Autor elektronischer und elektromechanischer Schutz kombiniert eingesetzt werden. Das beschriebene Netzteil verfügt über Stromschutzeinheiten, gegen Überspannung am Ausgang sowie einen thermischen Schutz. Um Funkgeräte über einen weiten Bereich von Lastströmen vor elektrischen Schäden zu schützen, muss der Stromschutz einstellbar sein. Während des Entwicklungsprozesses traten gewisse Schwierigkeiten bei der Implementierung des aktuellen Sensors auf. In der klassischen Variante handelt es sich um einen an den Stromkreis angeschlossenen Widerstand, dessen Spannungsabfall vom Schutzsteuergerät überwacht wird. Um einen einstellbaren Stromsensor zu implementieren, wäre ein variabler Widerstand mit sehr hoher Leistung mit einem Widerstandswert von Einheiten bis Zehntel und sogar Hundertstel Ohm erforderlich. So verbraucht er beispielsweise bei einem Stromsensorwiderstand von 0,1 Ohm und einem Strom von 15 A mehr als 20 W Leistung! Es gibt eine Option mit Schaltwiderständen, allerdings muss in diesem Fall der Schalter dem maximalen Laststrom standhalten. Darüber hinaus ist der Widerstand der Schaltkontakte instabil und entspricht dem Widerstand der zu schaltenden Widerstände, sodass die Schutzschwelle instabil ist und der Schalter selbst sehr sperrig ist. Natürlich können Sie einen konstanten Widerstand mit sehr niedrigem Widerstand verwenden und den Spannungsabfall daran mit einem einstellbaren Gleichstromverstärker verstärken, aber in dieser Ausführungsform wird das Gerät deutlich komplizierter. Die Lösung erschien nach der Lektüre von Artikel [1] und lautet wie folgt: Auf das Gehäuse des RES-55-Reed-Relais wird eine zusätzliche Wicklung gewickelt, die bis zum Stabilisator in den Stromversorgungskreis eingebunden ist. Die Richtung des Stroms in der Haupt- und Zusatzwicklung des Relais wird so gewählt, dass die von ihnen erzeugten Magnetfelder aufsummiert werden. Durch Ändern des Stroms in der Hauptwicklung können Sie dann den Betriebsgrad des Stromschutzes des Netzteils anpassen. In Geräten zum Schutz vor Überspannung am Ausgang wird üblicherweise eine leistungsstarke Zenerdiode oder ein Thyristor verwendet, der bei erhöhter Spannung den Ausgang des Netzteils öffnet und schließt. Infolge eines starken Stromanstiegs löst die im Stromkreis eingebaute Sicherung aus. In der vorgeschlagenen Einheit zum Schutz vor Überspannung am Ausgang wird ein zusätzlicher Niederleistungsstabilisator in die Stromversorgung eingeführt, der das gleiche Regelgesetz der Ausgangsspannung wie der Hauptstabilisator hat. Die Ausgangsspannung des Zusatzstabilisators sollte etwas höher sein als die des Hauptstabilisators. Beide Spannungen werden der einfachsten Vergleichseinheit zugeführt. Eine Überschreitung der Spannung am Ausgang des Hauptstabilisators führt zum Auslösen des Schutzes. Die Thermoschutzeinheit ist auf Thermoschaltern montiert. Die wichtigsten technischen Merkmale des Netzteils:
Der Stromversorgungskreis ist in der Abbildung dargestellt. Von der Sekundärwicklung des Netztransformators T1 wird der Gleichrichterbrücke VD1 Wechselspannung zugeführt. Die Ausgangsspannungsintervalle werden mit Jumper S1 umgeschaltet: in der linken Position gemäß Diagramm - 1,5... 15 V; rechts - 1,2...30 V. Die Kondensatoren C1-C4 reduzieren multiplikative Störungen. Die durch die Kondensatoren C6-C9 geglättete gleichgerichtete Spannung wird den Eingängen der Haupt- und Zusatzstabilisatoren zugeführt, die auf den Mikroschaltungen DA3 und DA1 montiert sind und nach einer Standardschaltung [2] angeschlossen sind. Um den Ausgangsstrom des Hauptstabilisators zu erhöhen, werden Regeltransistoren VT1-VT4 verwendet, in deren Emitterkreise Stromausgleichswiderstände R9-R12 eingebaut sind. Die Dioden VD2, VD3, VD10 und VD11 dienen als Schutzdioden. Die Ausgangsspannung des Haupt- und Zusatzstabilisators wird durch einen doppelten variablen Widerstand R2 geregelt. Der Widerstand R3 stellt den minimalen Überschuss der Spannung des Zusatzstabilisators über die Spannung des Hauptstabilisators ein, der für den korrekten Betrieb der Schutzeinheit erforderlich ist.
Die Spannung am Netzteilausgang wird mit einem Voltmeter PV1 und der Ausgangsstrom mit einem Amperemeter PA1 gemessen. Um die Betriebsstabilität zu erhöhen, wird die Stromschutzeinheit vom DA2-Stabilisator gespeist. Der Widerstand R4 regelt den Strom in der Hauptwicklung 1-2 des Reed-Relais K1, wodurch sich der Betriebsstrom in der Zusatzwicklung 3-4 ändert. Wenn der Ausgangsstrom des Netzteils den eingestellten Wert überschreitet, wird das Relais K1 aktiviert, die Kontakte K1 1 schalten das Relais K2 ein und sperren sich selbst über die Diode VD8. Das Relais K2 wird aktiviert und die Kontakte K2.1 trennen den Hauptstabilisator vom Gleichrichter. In diesem Fall ändert sich die Farbe der HL1-LED von Grün auf Rot und der akustische Alarm schaltet sich ein (Tongeber HA1 mit eingebautem Generator). Der akustische Alarm kann mit dem Schalter SA3 ausgeschaltet werden. Nach Beseitigung der Ursache des Stromschutzes wird das Netzteil durch Drücken der SB1-Taste „Reset“ in den ursprünglichen Zustand zurückversetzt. Die Dioden VD7 und VD9 begrenzen die Selbstinduktionsspannung der Relaiswicklungen K1 und K2. Im Knoten zum Vergleichen der Spannungen des Haupt- und Zusatzstabilisators wird ein Thyristor-Optokoppler U1 verwendet. Die Spannungen der Stabilisatoren werden der im Ausgangszustand geschlossenen Sendediode des Optokopplers zugeführt. Wenn die Spannung am Ausgang des Hauptstabilisators aus irgendeinem Grund ansteigt, öffnet der Optokoppler-Thyristor, wodurch der oben beschriebene Schutz ausgelöst wird. Die Dioden VD4-VD6 schützen die Sendediode des Optokopplers vor Überlastung und der Widerstand R8 begrenzt den Strom. Die Thermoschalter SF1 und SF2 verfügen über einen thermischen Schutz. Der Schalter SF1 wird aktiviert, wenn die Kühlkörpertemperatur 50 °C erreicht und den Lüftermotor M1 einschaltet. Steigt die Temperatur des Kühlkörpers weiter an, löst bei 60 °C der SF2-Schalter aus, wodurch der Schutz aktiviert wird. Mit dem Schalter SA1 kann der Lüftermotor M2 zwangsweise eingeschaltet werden. Das Hauptelement, das die elektrischen Parameter und Abmessungen der Stromversorgung bestimmt, ist der Netztransformator T1. Der Autor verwendete einen fertigen Kerntransformator mit einer Gesamtleistung von ca. 600 W, der über eine Sekundärwicklung mit einer Ausgangsspannung von 30 V bei mittlerer Leistung verfügt. In der Stromversorgung kann jeder Transformator mit den erforderlichen Eigenschaften verwendet werden. Die Diodenbrücke MB351 (VD1) kann durch jeden Gleichrichter der MB- oder KVRS-Serie ersetzt werden. Als letzten Ausweg kann die Brücke aus einzelnen Dioden zusammengesetzt werden, die den erforderlichen Laststrom bereitstellen. Der Ausgangsspannungsintervallschalter S1 besteht aus drei Geräteklemmen, die durch eine Brücke verbunden sind. Die Stabilisatoren KR142EN22A können durch jede dieser Serien oder importierte Analoga der Serien SD1083 DV1083, LT1083, SD1084, DV1084, LT1084 ersetzt werden, und der Stabilisator KR142EN8B kann durch ein importiertes Analog 7812 ersetzt werden. Relais K1 - RES-55B Version RS4.569.600-00 (Pass RS4.569.626). Geeignet sind auch die Relaisversionen RS4.569.600-05 (Passport RS4.569.631), RS4.569.600-01 (Passport RS4.569.627) und RS4.569.600-06 (Passport RS4.569.632). Wenn das Relais bei einer Spannung von 12 V nicht arbeitet, muss die Spannung des DA2-Stabilisators erhöht werden, bis das Relais zuverlässig arbeitet (mit einem Spielraum von 1,5...2 V), indem eine oder zwei Siliziumdioden mit geringer Leistung dazwischen geschaltet werden Pin 2 des Mikroschaltkreises und das gemeinsame Kabel. Der Pin des Relaisgehäuses wird entfernt. Auf den Relaiskörper ist eine zusätzliche Wicklung mit PETV (PEV)-Draht aufgewickelt. Bei der Wahl des Drahtdurchmessers sollte auf eine Stromdichte von 10 A/mm geachtet werden. In der Autorenversion enthält die Zusatzwicklung 16 Drahtwindungen mit einem Durchmesser von 1,4 mm. Die Wicklung wird mit Schrumpfschlauch fixiert. Der berechnete Wicklungswiderstand beträgt 0,006 Ohm, der Spannungsabfall bei einem Strom von 15 A beträgt 0,09 V, die maximale Verlustleistung beträgt 1,35 W. Relais K2 – Automotive 90.3747-01, kann Strom bis zu 30 A schalten. Thermoschalter SF1 und SF2 – RB5-2 mit einer Betriebstemperatur von 60 °C, früher weit verbreitet in EU-Computern. Ein Schalter ist auf eine Betriebstemperatur von 50 °C eingestellt. Thermoschalter können durch importierte B1009 für die entsprechende Temperatur ersetzt werden, aber da ihre Kontakte normalerweise geschlossen sind, müssen sie über Wechselrichter eingeschaltet werden. Der Elektromotor M1 ist ein Lüfter zur Kühlung von Netzteilen für IBM-Computer. Die LED ALC331A (HL1) kann durch eine importierte zweifarbige LED oder zwei beliebige einfarbige LEDs (rot bzw. grün) ersetzt werden. Die Transistoren KT818GM (VT1-VT4) sind austauschbar mit leistungsstarken PNP-Transistoren mit einer maximalen Verlustleistung von mindestens 100 W, beispielsweise aus den Serien KT825, KT865, KT8102. Widerstände R9-R12 - C5-16MV mit einer Leistung von 2 W. Sie können durch selbstgemachte aus Nichromdraht mit einem Durchmesser von 0,8 ... 1 mm ersetzt werden. Auf diese Widerstände kann man verzichten, wenn man Transistoren auf Basis gleicher Kollektorströme bei gleichen Basis-Emitter-Spannungen auswählt. Aus Gründen der Zuverlässigkeit wurden drahtgewickelte variable Widerstände PPZ-45 (R2, R4) und abstimmbare Multiturn-Widerstände SP5-ZV (R3, R5, R13, R17) verwendet, die jedoch durch beliebige ersetzt werden können. Die Dioden KD522A (VD3-VD8, VD11) können durch alle Siliziumdioden mit geringer Leistung ersetzt werden, und die Dioden KD258A (VD2, VD9, VD10) können durch alle mit einem maximalen Strom von mindestens 1 A ersetzt werden. Zur Messung von Spannung und Strom wurden M4203-Messköpfe mit einem Widerstand von 500 Ohm und einem Gesamtabweichungsstrom von 1 mA verwendet. Bei Verwendung anderer Messköpfe ist eine Neuberechnung der Widerstände R13, R16, R17 erforderlich. Kondensatoren C6-C9 - K50-37, es können jedoch auch andere verwendet werden. Es ist zu beachten, dass ihre Gesamtkapazität mindestens 2000 μF pro Ampere Laststrom betragen muss und die Nennspannung die Ausgangsspannung des Gleichrichters bei maximaler Versorgungsspannung überschreiten muss. Kondensatoren C5, C10-C12, C14 - Tantal K52-1, K52-2 und K53-1A. Werden Aluminiumoxid-Kondensatoren verwendet, sollte deren Kapazität um ein Vielfaches erhöht werden. Die restlichen Kondensatoren sind beliebige Keramikkondensatoren. Schalter SA1 - T2 oder ein anderer, ausgelegt für einen Strom von mindestens 3 A. Schalter SA2, SA3 - MT1, Taster SB1 - KM-1, sie können aber durch alle anderen ersetzt werden. Anstelle des Thyristor-Optokopplers AOU103A ist die Verwendung eines beliebigen Optokopplers der Serie AOU115 zulässig. Das Netzteil ist in einem rechteckigen Metallgehäuse mit den Maßen 230x120x300 mm montiert. In die Ober-, Unter- und Seitenwände des Gehäuses sind Belüftungslöcher gebohrt. Die Frontplatte enthält Messgeräte, Ausgangsklemmen, Klemmen für den Ausgangsspannungsintervallschalter, einen Netzschalter, Schalter für den Lüftermotor und den akustischen Alarm, Regler für die Ausgangsspannung R2 und den Schutzauslösestrom R4 sowie eine LED zur Signalisierung Schutzreise. Die Rückwand besteht aus 3 mm dickem Aluminium. Die Transistoren VT8-VT1, die Mikroschaltungen DA4-DA1, die Gleichrichterbrücke VD3 und Thermoschalter sind durch beidseitig mit KPT-1-Paste beschichtete Glimmer-Abstandshalter daran befestigt. Der Lüfter ist auf der Rückseite über den Transistoren VT1-VT4 auf Racks installiert. In die darunter liegenden Freiräume werden Lüftungslöcher gebohrt. Die Sicherungen FU1 und FU2 befinden sich ebenfalls auf der Rückseite. Die Installation des Gerätes erfolgt überwiegend klappbar auf Klemmen und Isoliergestellen. Die Installation von Stromkreisen erfolgt mit einer Litze mit einem Querschnitt von 2,5 mm2 und einer Mindestlänge. Die Kondensatoren C6-C9 werden mit Kontaktschrauben an eine Glasfaserfolienplatte geschraubt, die mit Klammern an der Seitenwand befestigt wird. Zwischen den Anschlüssen der Kondensatoren ist über die gesamte Länge ein Kupferdraht mit einem Durchmesser von 1,4 mm auf die Leiterbahnen aufgelötet. Der Transformator wird über Ecken an der Bodenplatte befestigt. Beim Einrichten einer Stromversorgung geht es darum, die Schutzeinheit anzupassen und das Amperemeter und das Voltmeter zu kalibrieren. Dazu sind ein Voltmeter mit einer Messgrenze von 35 V, ein Amperemeter mit einer Messgrenze von 20 A, ein geregeltes Hilfsnetzteil mit einer maximalen Ausgangsspannung von 35 V und variable Lastwiderstände (Rheostate) mit einem Widerstandswert von 10 und erforderlich 100 Ohm oder gleichwertige Last. Die Anpassung der Schutzeinheit erfolgt in der folgenden Reihenfolge. 1. Stellen Sie zuerst die Überspannungsschutzeinheit ein. 1.1. Der variable Widerstand R4 wird auf die Position des maximalen Widerstands eingestellt. 1.2 Verbinden Sie das Voltmeter mit dem Pluspol mit dem Ausgang des DA1-Stabilisators und dem Minuspol mit dem Ausgang des DA3-Stabilisators. 1.3. Durch Ändern der Ausgangsspannung des Netzteils in den Intervallen 1 2... 15 und 1,2... 30 V mit dem Widerstand R3 stellen Sie sicher, dass die gemessene Spannung immer positiv ist und ihr Wert minimal ist und nicht überschreitet 1,5 V. Sollte dies nicht möglich sein, sollten Sie die Widerstände R2.1 und R2.2 vertauschen oder den Widerstand R2 mit einer kleineren Abweichung wählen. 1.4. Stellen Sie die Ausgangsspannung des Netzteils auf 30 V ein 1.5. Trennen Sie den rechten Ausgang des Widerstands R8 vom Netzteilausgang und legen Sie eine Spannung (etwas weniger als 30 V) von einer Hilfsquelle an ihn an. 1.6. Durch schrittweises Erhöhen der Spannung der Hilfsquelle wird der Moment des Auslösens des Schutzes durch die Änderung der Farbe der LED aufgezeichnet. Die Ausgangsspannung der Hilfsquelle sollte in diesem Fall 32 V nicht überschreiten. 1.7. Stellen Sie die Verbindung des Widerstands R8 mit dem Netzteilausgang wieder her. Die Funktionsfähigkeit des Überspannungsschutzes kann auch im laufenden Betrieb überprüft werden. Die Kapazität des Kondensators C12 des Hauptstabilisators DA3 ist größer als die Kapazität des zweckgleichen Kondensators C5 im Zusatzstabilisator DA1. Die erhöhte Kapazität trägt dazu bei, die Welligkeit am Ausgang des Hauptstabilisators zu reduzieren, erhöht aber gleichzeitig die Trägheit bei der Einstellung der Ausgangsspannung des Netzteils. Wenn der Schieber des Widerstands R2 stark in Richtung abnehmender Spannung gedreht wird, übersteigt die Ausgangsspannung des Netzteils aufgrund der größeren Kapazität kurzzeitig die Ausgangsspannung des Stabilisators DA1, wodurch der Schutz ausgelöst wird. 2. Stellen Sie dann die Stromschutzeinheit ein. 2.1. Die Stromkreise werden zwischen den Widerständen R4 und R5, zwischen Klemme 4 der Zusatzwicklung von Relais K1 und den Kontakten K2.1 von Relais K2 unterbrochen. 2.2. Zwischen Klemme 4 der Zusatzwicklung des Relais K1 und der gemeinsamen Leitung sind ein Lastwiderstand mit einem Widerstand von 10 Ohm und ein Amperemeter in Reihe geschaltet. 2.3. Durch Reduzieren des Widerstands des Lastwiderstands wird der Schutzbetriebsstrom gemessen, der innerhalb von 16 ... 18 A liegen sollte. Dies wird durch Ändern der Windungszahl der Zusatzwicklung 3-4 des Relais K1 erreicht. 2.4. Stellen Sie die Verbindung zwischen den Widerständen R4 und R5 wieder her. Der 10-Ohm-Lastwiderstand wird durch einen 100-Ohm-Lastwiderstand ersetzt. 2.5. Der variable Widerstand R4 wird auf die Position des minimalen Widerstandswerts eingestellt und der Abstimmwiderstand R5 wird auf den maximalen Widerstandswert eingestellt. 2.6. Durch Ändern des Widerstandswerts des Lastwiderstands wird der Strom auf 0,5 A eingestellt. 2.7. Durch Bewegen des Schiebers des Abstimmwiderstands R5 wird der Schutz aktiviert. 2.8. Der 100-Ohm-Lastwiderstand wird durch einen 10-Ohm-Lastwiderstand ersetzt. Der variable Widerstand R4 wird auf die Position des maximalen Widerstands eingestellt. 2.9. Durch Ändern des Widerstandswerts des Lastwiderstands wird der Schutzbetriebsstrom gemessen. Wenn sein Wert von 15 A abweicht, müssen Sie den Widerstand R4 auswählen. 2.10. Durch Einstellen mehrerer Werte des Laststroms wird die Skala des variablen Widerstands R4 kalibriert. 2.11. Trennen Sie den Lastwiderstand und das Amperemeter. Stellen Sie die Verbindung zwischen Pin 4 des Relais K1 und den Kontakten K2.1 wieder her. Das Amperemeter und das Voltmeter werden nach allgemein anerkannten Methoden kalibriert. Bitte beachten Sie, dass die Skala des Amperemeters nichtlinear ist. Abschließend ist festzuhalten, dass nahezu jedes Netzteil mit einer ähnlichen Schutzeinheit oder deren einzelnen Elementen ausgestattet werden kann. Literatur
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