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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK SHI-Stromstabilisator
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Funkamateur-Designer Das in diesem Artikel besprochene Gerät versorgt die Last mit einem stabilen Strom (Durchschnittswert). Sein Ausgangsstrom besteht aus Impulsen mit konstanter Amplitude und variablem Tastverhältnis. Solche Geräte können den Autoren zufolge beispielsweise zum Laden von Batterien und in der Elektrochemie eingesetzt werden. Derzeit ersetzen Pulsstabilisatoren aufgrund ihrer hohen Effizienz und optimalen Gewichts- und Größenindikatoren lineare Steuergeräte. Eine der effektivsten Methoden zur Regelung von Spannung und Leistung an der Last ist die Pulsweitensteuerung (PW), bei der die Pulsfrequenz unverändert bleibt, ihr Arbeitszyklus jedoch variiert. Auf diese Weise wird die Ausgangsspannung in den meisten Schaltnetzteilen geregelt, darunter auch in den modernsten Fernsehempfängern und anderen Geräten. Dennoch gibt es Geräte, bei denen es notwendig ist, nicht die Spannung, sondern den Strom in der Last zu stabilisieren – Glühfäden (Heizung) in Bildröhren und Beleuchtungskörpern, bei der Steuerung von Galvanisierungs- und Elektrolyseprozessen und zum Laden von Autobatterien. Der beschriebene SHI-Stromstabilisator kann zur Lösung der oben genannten Probleme eingesetzt werden.
Haupttechnische Parameter
Das Funktionsprinzip eines solchen Stabilisators, dessen Funktionsdiagramm in Abb. dargestellt ist. 1 ist extrem einfach. Der Gleichstromgenerator G1 ist über das Messelement E1 und den Schalter S1 mit der Last Rl verbunden. Der Kommutator wird vom Impulsbreitenformer E2 gesteuert. Das Einschaltsignal des Formers (und damit des Schalters) wird vom Impulsgenerator G2 erzeugt. Wenn der erforderliche Wert des Ausgangsstroms erreicht ist, wirkt das Signal vom Messelement E1 über den Verstärker A1 auf den Former E2, der den Schalter ausschaltet. Der Generator G2 steuert die Frequenz der Impulse und der Former E2 steuert deren Arbeitszyklus. Somit ist es durch Änderung des Tastverhältnisses der Schaltimpulse möglich, den Durchschnittswert des Ausgangsstroms im Lastkreis anzupassen. Wie aus Abb. ersichtlich ist. 1, SHI Stromstabilisator besteht aus nur fünf Elementen. Die Notwendigkeit einiger Servicefunktionen (Schutz vor Kurzschlüssen im Lastkreis, Anzeige von Betriebs- und Notbetrieben) erschwert das Gerät jedoch etwas (Abb. 2).
Das Impulsrauschen der Eingangsspannung wird durch den Filterkondensator C1 geglättet. Da die Eingangsspannung die zulässige Stromversorgung für die Mikroschaltung DD1 überschreitet, bilden der Widerstand R22 und die Zenerdiode VD1 die erforderliche Spannung, die zusätzlich durch die Kondensatoren C2 und C3 gefiltert wird. Der Unijunction-Transistorgenerator VT1 erzeugt exponentielle Impulse mit einer Wiederholrate von etwa 200 Hz (Abb. 3, Diagramm 1). Die Impulsfrequenz kann durch Auswahl des Widerstands R1, des Kondensators C4 sowie durch Ändern des Widerstandswerts des Widerstands R2 angepasst werden. Die Transistoren VT2, VT3 bilden steilere Anstiege und Abfälle dieser Impulse und bringen ihre Amplitude auf die Versorgungsspannung der Mikroschaltung (Abb. 3, Diagramm 2), um den Trigger zu steuern (Eingänge S1 und R1 der DD1-Mikroschaltung). Da beim Einschalten der Versorgungsspannung der durch die C5L1-Schaltung kurzzeitig verzögerte Impuls, der an die Eingänge S1, S3, S4 der Flip-Flops angelegt wird, an deren Ausgängen 1, 3, 4 einen High-Pegel setzt, Der Transistor VT7 ist geschlossen, und der offene Transistor VT8 ist über den Widerstand R20 mit dem Minus des sekundären Stromversorgungsbasistransistors VT9 verbunden. Der Strom vom Netzteil beginnt durch den Stromkreis zu fließen: Messwiderstand R11, Transistor VT9, Last. Nach dem Laden des Kondensators C4 ändert der erste Impuls des Generators am Eingang S1 den Zustand des Triggers (S1-R1) nicht, am Ausgang 1 der Mikroschaltung bleibt ein hoher Pegel. Der Laststrom erzeugt am Messwiderstand R11 einen Spannungsabfall, der über die Widerstände R12, R13 an den Emitterübergang des vom Kondensator C6 überbrückten Transistors VT5 angelegt wird. Die Spannungsform an ihrer Basis ist in Abb. dargestellt. 3, Diagramm 3. Im ersten Moment wird der Kondensator entladen und der Transistor VT5 geschlossen. Einige Zeit nach Beginn des Ladevorgangs erreicht die Spannung am Emitterübergang des Transistors VT5 den Pegel seiner Öffnung. Kondensator C6 ist entladen. Am Widerstand R9 und damit am Eingang R1 der Mikroschaltung DD1 entsteht ein Spannungsimpuls (Abb. 3, Diagramm 4). Am Ausgang 1 wird ein Low-Pegel eingestellt, der Transistor VT7 öffnet und schließt den Emitterübergang des Transistors VT9. Der Strom durch die Last stoppt. Mit dem Eintreffen des nächsten Impulses vom Generator am Transistor VT1 wiederholt sich der Vorgang. Der Trimmwiderstand R13 verändert den Öffnungszeitpunkt des Transistors VT5 und regelt somit den Durchschnittswert des Laststroms, dessen Impulsform in Abb. dargestellt ist. 3, Diagramm 5. Da der gewählte Amplitudenwert des Ausgangsstroms 6 A beträgt, sollte für einen gepulsten Strom mit einem Tastverhältnis von 2 dessen Durchschnittswert auf 3 A eingestellt werden. Die Stromstabilisierung wird wie folgt durchgeführt. Mit abnehmendem Lastwiderstand steigt der Ausgangsstrom. Dadurch erhöht sich der Spannungsabfall am Messwiderstand R11, was zu einem früheren Öffnen des Transistors VT5 und einer Verkürzung der Dauer der Ausgangsstromimpulse führt. Dadurch bleibt der Durchschnittswert des Laststroms konstant und beträgt 3 A. Ebenso erfolgt die Stabilisierung mit einem Anstieg des Ausgangsstroms, der durch einen Anstieg der Versorgungsspannung am Eingang des Geräts verursacht wird. Bei einer Abnahme des Amplitudenwerts des Laststroms, entweder aufgrund einer Abnahme der Versorgungsspannung oder einer Zunahme des Lastwiderstands, nimmt das Tastverhältnis der Stromimpulse ab und sein Durchschnittswert bleibt gleich. Die Funktion, den Stabilisator vor Kurzschlüssen in der Last zu schützen, übernimmt der Knoten am Transistor VT4. Bei einer Erhöhung des Ausgangsstroms auf 20 A reicht der Spannungsabfall am Widerstand R11 aus, um die Zenerdiode VD2 einzuschalten. Der geöffnete Transistor VT4 bildet am Widerstand R14 einen Spannungsimpuls, der an die Eingänge R3, R4 der Mikroschaltung DD1 angelegt wird. Der Kondensator C7 und der Shunt-Widerstand R14 dämpfen Impulsrauschen in der Schutzschaltung. Am Ausgang von 3 Mikroschaltungen erscheint ein niedriger Pegel. Der zuvor offene Transistor VT8 schließt und schließt den Durchgang des Basisstroms des Transistors VT9 aus. Nachfolgende Impulse am Eingang S1 der Mikroschaltung legen einen hohen Pegel an ihrem Ausgang 1 und den geschlossenen Zustand des Transistors VT7 fest, sodass der Transistor VT9 geschlossen bleibt. Der Strom in der Last stoppt und wird erst möglich, nachdem der Stabilisator aus- und wieder eingeschaltet wird. Da die Eingänge der Mikroschaltung S3, S4 und R3, R4 paarweise zusammengefasst sind, erscheinen an ihren Ausgängen 3 und 4 die Einzel- und Nullsignale synchron. Der offene Zustand des Transistors VT8 entspricht einem hohen Pegel am Ausgang 4; HL1-LED ist aus. Beim Auslösen des Schutzes fließt Strom durch den Stromkreis HL1, R18 und die LED signalisiert einen Notbetrieb. Der Transistor VT6 dient zur Anzeige des Betriebsmodus: Der Strom fließt durch seinen Kollektorkreis – einen in Reihe geschalteten Strombegrenzungswiderstand R21 und eine LED HL2, deren Leuchten den Fluss des Laststroms anzeigt. Der Stromstabilisator verwendet MLT-Festwiderstände; Abstimmwiderstände R2 und R13 - SP3-38b. Der Widerstand R11 kann entweder aus selbstgemachtem Draht oder fabrikgefertigt sein und eine Leistung von mindestens 4 Watt haben. Kondensator C2 - K50-35, der Rest - Keramik K10-17-1b, sie können durch KM, KLS usw. ersetzt werden. Induktor L1 - Hochfrequenz - DM-0,2 mit Induktivität von 60 bis 200 μH. Zenerdiode VD1 – jede mit einer Stabilisierungsspannung von 12 ... 14 V. Es empfiehlt sich, die HL1-LED mit roter Leuchtfarbe zu wählen: AL307A, AL307AM, AL307B, AL307BM oder die AL102-Serie und die HL2-LED – grün oder gelb: AL307V-AL307E. Anstelle des K561TP2-Chips können Sie den K564TP2 installieren, wenn Sie dessen Anschlüsse mit einer Pinzette vorformen. Unijunction-Transistor – KT117 mit beliebigem Buchstabenindex; Im Extremfall kann es durch ein bekanntes Analogon zweier Siliziumtransistoren mit geringer Leistung unterschiedlicher Struktur ersetzt werden. Die Transistoren KT208A und KT312V sind mit Geräten der Serien KT361, KT3107 bzw. KT315, KT3102 mit jedem Buchstabenindex austauschbar. Aufgrund der Verstärkung ist eine Auswahl von Transistoren nicht erforderlich. Ein leistungsstarker Verbundtransistor KT825 kann auch einen beliebigen Index haben, bei mehreren davon empfiehlt es sich jedoch, nach Messungen den Kollektor-Emitter mit der niedrigsten Sättigungsspannung bei einem Kollektorstrom von 3 ... 6 A auszuwählen. Alle Elemente, mit Ausnahme des KT825-Transistors, sind auf einer Leiterplatte aus einseitiger Glasfaserfolie mit einer Dicke von 1 ... 1,5 mm und den Abmessungen 80x45 mm montiert. Der KT825-Transistor ist auf einem Kühlkörper mit einer Kühlfläche von etwa 200 cm2 montiert. Zum Aufstellen des Gerätes benötigen Sie eine leistungsstarke Laborstromquelle mit einem zulässigen Strom von mindestens 10 A, zum Beispiel B5-21. Nehmen wir an, dass bei einem Strom in der Last I = 6 A die Spannung an ihr 15 V oder mehr erreicht, abhängig von der Temperatur der Umgebungsluft (Lösung) und der Konzentration der Lösung. Aus dem Ohmschen Gesetz lässt sich leicht der Widerstand der äquivalenten Last R = U / I = 2,5 Ohm berechnen. Widerstandsleistung P = I (U = 90 W. Diese Bedingung wird durch vier parallel geschaltete PEVT-25-Widerstände mit einem Widerstand von 10 Ohm erfüllt. Um eine Beschädigung der Geräteelemente durch hohen Strom zu vermeiden, sollte die Anpassung in zwei Schritten erfolgen Stufen. Am ersten wird ein Lastäquivalent angeschlossen - der MLT-2-Widerstandswiderstand von 100 Ohm, der Laststrom beträgt in diesem Fall etwa 150 mA. Um einen Spannungsabfall von etwa 11 V am Messwiderstand R1 zu erzeugen, ist es Der Widerstand sollte gleich 6,8 Ohm und die Leistung 0,25 Watt betragen. Nach dem Anschluss der berechneten Elemente (R11=6,8 Ohm, Rn=100 Ohm) beginnt die erste Stufe der Anpassung. Schalten Sie den Strom ein und messen Sie die Spannung an der Zenerdiode VD1, die 12 ... 14 V betragen sollte. Steuern Sie mit einem Oszilloskop die Impulse anhand des Transistors VT2, stellen Sie ggf. die Wiederholungsdauer T = 2 ms ein mit dem Widerstand R5. Wenn an den Kollektoren der Transistoren VT2 und VT3 keine verstärkten Impulse vorhanden sind, müssen Sie einen Widerstand R5 auswählen. Dann werden die Impulse am Kollektor des Transistors VT5 gesteuert und das Regelintervall wird durch den Widerstand R13 bestimmt. Das Oszilloskop prüft das Vorhandensein und die Form der Stromimpulse an der Dummy-Last: Der Widerstand R13 stellt die Form der „Mäander“-Impulse ein, während die HL2-LED „Work“ aufleuchten sollte. Eine Änderung der Spannung vom Netzteil sollte zu einer entsprechenden Änderung des Tastverhältnisses der Impulse führen. Kurzzeitig wird ein Lastäquivalent mit einem 18-Ohm-Widerstand überbrückt (eine solche Last erzeugt im Ausgangskreis einen Strom von 0,6 A und einen entsprechenden Spannungsabfall am Messwiderstand von 4 V, der dem Spannungsabfall am Messwiderstand entspricht). der Widerstand R11 mit einem Widerstandswert von 0,2 Ohm bei einem Strom von 20 A). Die Impulse an der Last sollten verschwinden und die HL1 „Emergency“-LED leuchtet auf. Nach dem Ausschalten und erneuten Einschalten der Stromversorgung sollte der normale Betrieb des Geräts wiederhergestellt sein. Wenn der Kurzschlussschutz nicht funktioniert, müssen die Zenerdiode VD2 und der Widerstand R10 ausgewählt werden. Damit ist die erste Entwicklungsstufe abgeschlossen. In der zweiten Stufe wird ein Widerstand R11 mit dem in Abb. gezeigten installiert. 2 Widerstand und schließen Sie die entsprechende Last mit einem Widerstand von 2,5 Ohm an. Der Widerstand R20 wird vorübergehend vom Kollektor des Transistors VT8 auf seinen Emitter geschaltet. Nach dem Einschalten der Stromversorgung wird der Spannungsabfall am Widerstand R11, der Last, der Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors VT9 gemessen. Sie sollte 1,2, 15 bzw. 1,5 ... 2,5 V betragen. Durch Ändern der Spannung am Ausgang des Netzteils in dem Moment, in dem der Transistor VT9 in den Sättigungsmodus eintritt, wird die minimal erforderliche Versorgungsspannung des Geräts bestimmt. Das Netzteil (um die Effizienz zu erhöhen, empfiehlt es sich, ein gepulstes zu verwenden), mit dem der SHI-Stabilisator betrieben werden soll, sollte auf diese Spannung eingestellt und dann anstelle des Laborgeräts angeschlossen werden: Der Spannungsabfall am Die aufgelisteten Elemente sollten gleich bleiben. Seine Diskrepanz weist auf eine unzureichende Leistung des Schaltnetzteils hin. Wenn die Leistung des Blocks ausreicht, wird die Verbindung des Widerstands R20 wiederhergestellt, anstelle der Ersatzlast werden eine echte Last und ein 5-A-Amperemeter angeschlossen. Der Laststrom wird mit dem Widerstand R13 auf 3 A eingestellt Das Amperemeter kann ausgeschaltet werden. Das Gerät ist betriebsbereit. Autoren: V.Zhukov, V.Kosenko, S.Kosenko, Voronezh
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