Wirtschaftlicher Schaltspannungsstabilisator

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Überspannungsschutz

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Eine Besonderheit des hier beschriebenen Schaltreglers ist der geringe Strom, den seine Steuereinheit verbraucht. Dies kompensiert bis zu einem gewissen Grad den Wirkungsgradabfall, der solchen Stabilisatoren bei niedrigen Lastströmen innewohnt.

Auf den Seiten des Magazins werden viele kostengünstige Gleichspannungsstabilisatoren beschrieben, beispielsweise in [1, 2]. Nach dem Funktionsprinzip handelt es sich bei diesen Geräten um sequentielle Transistorstabilisatoren mit kontinuierlicher Regelung. Sie unterscheiden sich von den üblichen nur dadurch, dass die Referenzspannungserzeugungs- und Vergleichsknoten auf Elementen basieren, die den Betrieb im Mikrostrommodus ermöglichen, wodurch einige Energieeinsparungen erzielt werden. Allerdings ist die Wirksamkeit solcher Stabilisatoren gering.

Eine weitere Klasse dieser Geräte sind Schaltregler. Sie haben bei mittlerem und hohem Laststrom einen höheren Wirkungsgrad, bei niedrigem Laststrom nimmt ihr Wirkungsgrad jedoch ab.

Das beschriebene Gerät weist keinen solchen Nachteil auf. Dies ermöglicht den Einsatz in nahezu allen Geräten: von verschiedenen digitalen bis hin zu Tonwiedergabe- und Radioempfängern.

Der Stabilisator enthält (Abb. 1) einen Schaltverbundtransistor (VT1, VT2), eine Schaltdiode (VD2) und eine Drossel (L1). Die Steuereinheit umfasst eine Referenzspannungsquelle (VТЗ) und einen Komparator (DA1). Am Ausgang des Stabilisators ist ein Transistorfilter (VT4, VT5) eingeschaltet.

Technische Eigenschaften

Das Funktionsprinzip des Gerätes entspricht der üblichen Impulsregelung. Es ist ausführlich in [3] beschrieben. Daher ist es sinnvoll, nur auf die Besonderheiten des Steuergeräts und des Transistorfilters einzugehen.

Die Basis der Steuereinheit ist ein Komparator, der auf dem Betriebssystem K140UD12 basiert. An seinen invertierenden Eingang ist eine beispielhafte Mikroleistungsspannungsquelle angeschlossen, die an einem in Sperrrichtung vorgespannten Emitterübergang des VT3-Transistors [1] erfolgt. Seine Stabilisierungsspannung (7 ... 7,5 V) wird bei einem Strom von 20 ... 30 μA bereitgestellt.

Ein Vergleichssignal von einem Widerstandsteiler R5-R7 wird an den nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers angelegt. Der Trimmerwiderstand R6 regelt die Ausgangsspannung.

Der Kondensator C3 erhöht die Phasenverschiebung des Rückkopplungssignals, die für die zyklische Natur des Geräts erforderlich ist. Es bestimmt auch die Häufigkeit der Arbeitszyklen und beeinflusst maßgeblich den Pulsationsbereich.

Der Ausgang des Komparators ist über den Widerstand R1, der den Steuerstrom einstellt, und die Zenerdiode VD2, die für die Abschaltung des Steuerstroms und das zuverlässige Schließen des Schalttransistors sorgt, mit der Basis des Verbundtransistors VT3, VT1 verbunden gesamten Eingangsspannungsbereich. Der Kondensator C2 glättet die Fronten der Impulse und unterdrückt dadurch hochfrequentes Rauschen, das während des Betriebs auftritt.

Im Gegensatz zu herkömmlichen Schaltreglern verfügt der Ausgang nicht über einen LC-Filter, sondern über einen Transistor. Tatsache ist, dass der LC-Filter die dynamischen Eigenschaften des Geräts stark verschlechtert: Wenn sich der Laststrom ändert, treten Ausgangsspannungsstöße auf. Der Transistorfilter weist diesen Nachteil nicht auf, benötigt keine Wickelprodukte und unterdrückt effektiv Welligkeiten um mindestens 40 dB.

Aufgrund des hohen Übertragungskoeffizienten der Verbundtransistoren VT4, VT5 (mindestens 1500) und der Betriebsart des VT4-Transistors mit niedriger Kollektor-Emitter-Spannung ist der Filterwirkungsgrad sehr hoch und verringert den Gesamtwirkungsgrad des Stabilisators nur um 6 ... 8 %, was bei geringen Pulsationen ein sehr günstiger Preis ist.

Der Transistorfilter hat einen weiteren Vorteil – das „sanfte“ Einschalten des Stabilisators: Die Ausgangsspannung steigt über 2 ... 4 s allmählich an, während sich der Kondensator C6 auflädt. Bei Tonwiedergabegeräten werden dadurch die charakteristischen unangenehmen Klickgeräusche beim Einschalten vermieden.

Das Gerät ist auf einem Steckbrett aufgebaut. Es werden importierte kompakte Oxidkondensatoren von Samsung (C1, C5-C7), Keramik KM-6 (C2-C4) und Festwiderstände - MLT-0,125 verwendet. Die Drossel L1 enthält 28 Windungen PEV-2 0,56, gewickelt auf einen gepanzerten Magnetkern B14 aus Ferrit 2000NM. Der nichtmagnetische Spalt im Magnetkern ist mit einer 0,2 mm dicken Papierdichtung versehen.

OU K140UD12 wird durch K140UD1208 ersetzt. Die Transistoren VT1, VT4 müssen eine niedrige Sättigungsspannung, einen zulässigen Kollektorimpulsstrom von 400 ... 500 mA und einen Stromübertragungskoeffizienten von mindestens 50 aufweisen. Diese Bedingungen werden von Transistoren der Serien KT209 oder KT501 mit den Buchstabenindizes D erfüllt. E, K.

Der Stromübertragungskoeffizient der Transistoren VT2, VT5 muss mindestens 300 betragen. Unter dieser Bedingung sind zusätzlich zu den im Diagramm angegebenen Transistoren der Serien KT361 und KT315 mit den Buchstabenindizes B, G, E anwendbar.

Die Transistoren VT1, VT4 erfordern bei Nennstrom keine Wärmeableitung. Soll der Stabilisator mit maximalem Laststrom arbeiten, sollte der Transistor VT1 auf einem kleinen Kühlkörper mit einer Fläche von 10 ... 15 cm 2 installiert werden. Es ist auch zulässig, Transistoren mittlerer Leistung zu verwenden, beispielsweise der Serien KT639, KT644, während der Ausgangsstrom des Stabilisators auf 0,5 A erhöht werden kann.

Ein ordnungsgemäß zusammengebautes Gerät beginnt sofort mit der Arbeit. Zur Einrichtung kommt es darauf an, die Ausgangsspannung von 6 V mit einem Trimmerwiderstand R9 bei einem Laststrom von 1 mA einzustellen (entsprechend einem Lastwiderstand von 9,1 kOhm – im Leerlauf erhöht sich die Ausgangsspannung). Anschließend prüfen und korrigieren sie durch Anschließen eines Widerstands mit einem Widerstand von 91 Ohm und einer Leistung von mindestens 1 W an den Ausgang des Stabilisators den Spannungsabfall zwischen Emitter und Kollektor des VT10-Transistors innerhalb von 4 . .. 0,9 V durch Auswahl des Widerstands R1,1. Danach stellen sie schließlich die Ausgangsspannung am Widerstand R6 ein.

Der Stabilisator kann auch mit einer anderen Ausgangsspannung (8 ... 12 V) betrieben werden und mit seinem Wachstum steigt die Effizienz des Gerätes.

Der Welligkeitspegel wird mit einem Oszilloskop überprüft, das an den Ausgang eines belasteten Stabilisators angeschlossen ist. Wenn die Amplitude der Welligkeit bei maximalem Laststrom 2 mV überschreitet, wird der Kondensator C3 (in Richtung abnehmender Kapazität) ausgewählt, wodurch jedoch ein Zusammenbruch der Schwingungen vermieden wird.

Es empfiehlt sich, den Stabilisator auf einer gemeinsamen Platine zusammen mit dem Gleichrichter in Form einer einzigen Einheit anzuordnen, wobei sein Design von den Eigenschaften des angetriebenen Geräts abhängt. Der Gleichrichter ist ein herkömmlicher Vollwellengleichrichter (Abb. 2), die Kondensatoren C1 bzw. C2 eliminieren Netzstörungen und einen multiplikativen Hintergrund bei der Stromversorgung von Radios.

Es ist zu beachten, dass bei einem Schaltnetzteil die Leistung des Netztransformators T1 20 ... 30 % geringer ist als bei einem Dauernetzteil. Insofern lässt sich der vorgeschlagene Block sehr klein bauen und beispielsweise in das Batteriefach eines Radios oder Radios einbauen. Natürlich kann er auch als separater Netzwerkadapter verwendet werden.

Literatur

1. Netschajew I. Wirtschaftsstabilisator. - Radio, 1984, Nr. 12, p. 53.
2. Fedichkin S. Micropower-Spannungsstabilisatoren. – Radio, 1988, Nr. 2, S. 56, 57.
3. Titze U., Shenk K. Halbleiterschaltungen. -M.: Mir, 1983.

Autor: A. Pachomov, Zernograd, Rostower Gebiet.

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