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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Flyback-Schaltnetzteil
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Der Artikel beschreibt ein Schaltnetzteil, das von einer speziellen Mikroschaltung gesteuert wird. Das Gerät verwendet einen Standard-Impulstransformator von Fernsehgeräten. Es scheint, dass Netzteile (PS), die integraler Bestandteil absolut aller radioelektronischen Geräte sind, am wenigsten anfällig für schnelle Veränderungen sein sollten – schließlich gibt es sie schon seit mehr als einem halben Jahrhundert. Doch auch an diesem umfangreichsten Bereich der Funkelektronik geht die Entwicklung moderner Schaltungslösungen nicht vorbei. Zunächst wurden herkömmliche Batteriestromversorgungen durch Netzlampenstromversorgungen mit LC-Filtern und dann durch Transistor- und integrierte lineare Regelstabilisatoren ersetzt. Der Kampf um Effizienz und Verbesserung der Gewichts- und Größenparameter trug zur Entwicklung und Implementierung gepulster Stromversorgungen (PS) bei. Neben Halb- und Vollbrücken-SMPS haben sich Flyback-Quellen weit verbreitet, da ohne besondere Maßnahmen die Gefahr eines Durchgangsstroms in Brücken-SMPS besteht (aufgrund der Zufuhr einer Öffnungsspannung an einen der Arme, wenn aufgrund von aufgrund seiner Trägheitseigenschaften ist der andere Arm noch nicht vollständig geschlossen) führt immer zum Betrieb von Schaltelementen im Kurzschlussmodus und zum Ausfall teurer Hochleistungs-Hochspannungstransistoren. Diese besonderen Maßnahmen erschwerten das Brücken-SMPS erheblich, und daher haben sich Flyback-SMPS in Haushaltsgeräten immer weiter verbreitet, bei denen der Schalttransistor im ersten Zyklus für die Ansammlung elektromagnetischer Energie in den Wicklungen und im Magnetkreis des Speichertransformators sorgt, und in der zweitens - seine Übertragung auf die Last. Um sich von der relativen Komplexität solcher SMPS zu überzeugen, genügt ein Blick auf die Diagramme des MP-403-Leistungsmoduls von ZUSTST- und 4USTST-Fernsehgeräten oder der Scan- und Stromversorgungskassette KRP-501 von 5USTST-Fernsehgeräten. Und erst die neuesten Entwicklungen von Spezialisten von Siemens und inländischen Herstellern, die eine Mikroschaltung zur Steuerung des Flyback-SMPS TDA4605 (inländisches Analogon von KR1033EU5 – der sogenannte PWM-Controller) entwickelt haben, haben die Aufgabe, hochzuverlässige und wirtschaftliche SMPS für den Funk zu entwickeln, erheblich vereinfacht Amateure. Obwohl das Nachschlagewerk [1], das Informationen zu PWM-Controllern enthält, nicht frei von einigen Fehlern ist, sollte beachtet werden, dass es für den Designer und Entwickler des SMPS von großem Wert ist. Das Handbuch [2] beschreibt den Betrieb von SMPS in Fernsehgeräten der 6. Generation mit der heimischen Mikroschaltung KR1033EU5, es gibt jedoch keine Referenzinformationen (Spannungswerte, Signaloszillogramme), die seinen Betrieb charakterisieren. Leider liefert keine der genannten Quellen die Wicklungsparameter des Speichertransformators. Für Amateurfunkzwecke ist es jedoch jederzeit möglich, vorhandene Impulstransformatoren mithilfe der verfügbaren Referenzeigenschaften anzupassen, um die erforderlichen modernen SMPS zu erstellen. Die Materialien des veröffentlichten Artikels werden zur Lösung dieses Problems beitragen; sie können auch für Funkamateure nützlich sein, die an der Modernisierung und Reparatur inländischer und importierter Videogeräte beteiligt sind. Die von der Mikroschaltung ausgeführten Servicefunktionen sind sehr umfangreich:
Der Funktionszweck der Pins der Mikroschaltung ist in der Tabelle angegeben. eines. Tabelle 1
wichtigste Eigenschaften
Der Regelverstärker ist das Hauptelement der Mikroschaltung. Er empfängt ein Signal von der Zusatzwicklung des Transformators und vergleicht es mit der internen Referenzspannung. Er erzeugt Schaltimpulse unterschiedlicher Dauer, die durch die Werte des Laststroms und der gleichgerichteten Netzspannung bestimmt werden. Die Dauer der Impulse wird so verändert, dass am Ausgang des SMPS eine konstante Spannung aufrechterhalten wird. Das Hauptelement des SMPS ist ein Speicherimpulstransformator, der im Prinzip alles sein kann. Der breite Bereich der Ausgangsspannungsregelung durch die Mikroschaltung sowie ein großer Satz Transformatorausgangswicklungen erleichtern die Erstellung einer Stromversorgung mit den erforderlichen Parametern. Es empfiehlt sich beispielsweise, die Verwendung des Impulstransformators TPI-8-1 in Betracht zu ziehen, der zuvor auf den Seiten des Radio-Magazins [3] beschrieben wurde. Die SMPS-Schaltung, die auf der Grundlage von Materialien aus [1,2] erstellt und an die Verwendung des angegebenen Transformators angepasst wurde, ist in Abb. dargestellt. 1 (nicht verwendete Wicklungen des Transformators sind nicht dargestellt; die Pins 4 und 10 fehlten zunächst).
Das Gerät enthält einen Rauschunterdrückungsfilter, der verhindert, dass hochfrequente Störungen in das Stromversorgungsnetz (L1, C1-C3) gelangen; Strombegrenzungswiderstand, der den Stromstoß beim Einschalten des SMPS begrenzt (R1); Netzspannungsbrückengleichrichter (VD1); ein Spannungsteiler im Rückkopplungskreis des Steuerverstärkers der Mikroschaltung, der den Stabilisierungspegel der Ausgangsspannung des SMPS bildet (R2, R6, R7, VD2); ein Filter im Stromversorgungskreis des SMPS, der die Welligkeit der Eingangsspannung reduziert (C4); Spannungsteiler zur Überwachung von Änderungen der Netzspannung und zum Abschalten des Schaltnetzteils bei unzulässigen Schwankungen (R3, R4); Sägezahn-Spannungsformer zur Simulation von Stromänderungen in den Speicherwicklungen eines Impulstransformators (R5, C5); Impulsformer im Rückkopplungssignalkreis (VD3, C6); Integration eines Kondensators in den Steuerkreis für den „sanften“ Start des SMPS (C7); Filterkondensator im Stromkreis der Mikroschaltung (C8); Strombegrenzungswiderstand im Startmodus der Mikroschaltung, bevor er den Betriebsmodus erreicht (R8); Spannungsgleichrichter, der die Mikroschaltung von der Kommunikationswicklung (II) des Transformators im Betriebsmodus (VD4) versorgt; Impulsversorgungsschaltung zur Steuerung des Schalttransistors (R9-R11, VD5); Schaltung zur Begrenzung von Spitzenspannungsstößen am Drain des Transistors (VD6, R12, C10); Dämpfungsschaltung zur Beseitigung parasitärer Schwingungen (C11, R13); Rauschunterdrückungsfilter in der Schaltung zur Bestimmung des Beginns des Schaltimpulsbildungszyklus (der Übergang des Ausgangsspannungsimpulses durch Null) und der Rückkopplungsschaltung des Steuerverstärkers (R14, C9, R15, C12); Gleichrichter und Ausgangsspannungsfilter (VD7, C13); Strombegrenzungswiderstand im Ausgangsspannungskreis (R16). Die Ergebnisse des Tests eines Geräts mit unterschiedlichen Ausgangswicklungen und Nennwerten der verwendeten Elemente, wie im Diagramm dargestellt, um eine Ausgangsspannung von 12 V bei einem Laststrom von 1,25 A zu erhalten, sind in der Tabelle aufgeführt. 2. Tabelle 2
Um die Ausgangswicklung auszuwählen, verwenden Sie die Tabelle. 3, enthält die Parameter von Kupferwicklungsdrähten, die am häufigsten in Impulstransformatoren verwendet werden. Wicklung III, ausgelegt für eine Spannung von 24 V im „Standard“-Betrieb, enthält 16 Windungen aus drei parallel geschalteten PEVTL-0,35-Leitern. Ihr Gesamtquerschnitt beträgt etwa 0,3 mm2und entspricht einem Leiter mit einem Durchmesser von 0,62 mm. Für Stromdichte 4,25 A/mm2, entsprechend einer Erhöhung der Temperatur des Transformators um 30 °C, beträgt der zulässige Strom in der Wicklung 1,28 A, was die Anforderungen vollständig erfüllt (mit einem Taschenrechner lässt sich der Leiterbereich leicht in steigender Richtung fortsetzen). und den Durchmesser verringern). Wenn Sie die Wicklungen V und VI (Pins 14, 18 bzw. 16, 20 [3]) verwenden und diese parallel schalten, können Sie am SMPS-Ausgang einen Strom von bis zu 3,5 A erhalten. Tabelle 3
Wie beim MP-403-Leistungsmodul ist die Speicherwicklung die Wicklung I (Pins 1, 19). Besonderes Augenmerk sollte auf den korrekten Anschluss (Phasenlage) der Klemmen gelegt werden (normalerweise ist in den Diagrammen der Wicklungsanfang immer durch einen Punkt gekennzeichnet). Die Pin-Nummern der zusätzlichen Kommunikationswicklung und der Stromversorgung der Mikroschaltung sind in Abb. 1 dargestellt. Es ist zu beachten, dass der Betriebsstrom in der Kommunikationswicklung von der gesamten Lastleistung abhängt und nicht unbedingt einen Maximalwert von 1,5 A erreicht. Bei der Beurteilung der Betriebsspannung der Wicklungen ist zu beachten: der proportionale Zusammenhang zwischen der Anzahl der Windungen und der Spannung wird nur für die Sekundärwicklungen beobachtet und gilt nicht für die Primärwicklung, da diese in unterschiedlichen Halbzyklen (Zyklen) der Impulsspannung arbeiten und das Verhältnis zwischen ihren Betriebsspannungen vom Arbeitszyklus abhängt der Schaltimpulse. Die äquivalente Last beim Aufbau sind drei parallel geschaltete PEVT-25-Widerstände mit einem Widerstandswert von jeweils 30 Ohm. Vor dem Anlegen der Netzspannung muss ein 1-A-Amperemeter in den offenen Stromkreis zwischen den Punkten A und B eingebaut werden (Abb. 0,5). Es dient hier nicht nur als Messgerät, das die Reaktion des Geräts auf Änderungen der Nennwerte anzeigt Elemente (ein Anstieg des Stromverbrauchs weist auf einen Anstieg des Laststroms oder der Spannung an den Sekundärwicklungen hin), sondern auch als zuverlässiger Indikator für den Ein-Zustand eines geräuschlos arbeitenden SMPS. Dies verhindert versehentliche Erschütterungen während der Einrichtung. Es ist auch sinnvoll, die Funktionsfähigkeit des Schalttransistors zu überprüfen, indem man eine einfache Messschaltung gemäß dem Diagramm in Abb. aufbaut. 2 (es zeigt auch die Pinbelegung der Feldeffekttransistoren KP707V2, KP812B1 und ihrer ausländischen Analoga IRFBC30, IRFBC40, BUZ90A, 2SK1221 usw.). Indem wir die Gate-Spannung des Transistors in Schritten von 0,1 V erhöhen, stellen wir sicher, dass der Strom im Drain-Kreis ausgehend von der Schwellenspannung (1...5 V, je nach Typ und Parameter des Transistors) gleichmäßig ansteigt und erreicht 500 μA nach etwa 0,5 B nach dem Öffnen. Es ist besser, Netzteile mit einem auf 1 mA voreingestellten Stromschutz zu verwenden. Dadurch wird eine Beschädigung der Transistoren auch bei Anschlussfehlern aufgrund der unbekannten Pinbelegung verhindert.
Nach Durchführung der angegebenen vorbereitenden Maßnahmen sollte der Abstimmwiderstand R7 in die Mittelstellung gebracht und an das SMPS-Netzwerk angeschlossen werden. Bei der Einrichtung ist es besser, das Gerät mit den Elementen nach unten auf den Tisch zu legen: Dann schützt die Leiterplatte vor Verletzungen bei einer möglichen Explosion von Oxidkondensatoren infolge von Überspannung durch falschen Anschluss der Wicklungen. Wenn die Spannung in den Sekundärwicklungen nicht ausreicht, damit das Schaltnetzteil in den Betriebsmodus wechselt, sind aufgrund der periodischen Aktivierung des Startmodus als Spannung charakteristische Klickgeräusche des Transformators zusammen mit einem hohen Ton („Klick“) zu hören am Kondensator C8 steigt auf den Schwellwert. Beim Aufbau eines SMPS muss zunächst der Einfluss der Position des beweglichen Kontakts des Trimmwiderstands R7 auf die Parameter der Ausgangsimpulse überprüft werden. Sie sollten bei der Auswahl der Parameter der Elemente der Sägezahnspannungserzeugungsschaltung (R5, C5), die die maximale Dauer des offenen Zustands des Schalttransistors bestimmen, sehr vorsichtig sein. Die Spannung am Kondensator C5 in der Mikroschaltung wird mit der Spannung am Eingang des Regelverstärkers verglichen und der Schaltimpuls stoppt, wenn sie zusammenfallen. Bei falscher Auswahl dieser Elemente wird beim Trennen des Schaltnetzteils vom Netz der Spannungsabfall am Ausgang des Netzfilters durch eine Verlängerung der Schaltimpulsdauer und eine Überschreitung des zulässigen Wertes ausgeglichen Drainstrom des Transistors, was zu dessen Beschädigung führt. Während des Einrichtungsprozesses sollten zuverlässige Schaltelemente (Kippschalter, Schalter und keine Netzstecker und Steckdosen) verwendet werden, um das SMPS mit dem Netzwerk zu verbinden, da der resultierende Kontaktprellen zum Ausfall des Schalttransistors führen kann. Nach Abschluss der Installation sollte das Gerät sicher in den Betriebsmodus zurückkehren, was durch den geräuschlosen Betrieb des Schaltnetzteils und die Messwerte des Kontrollamperemeters im Bereich von 100...350 mA je nach Last belegt wird. Geschieht dies nicht, liegt es daran, dass das Gerät fehlerhafte Teile aufweist oder ein Installationsfehler vorliegt. Nach den ersten paar Dutzend Betriebssekunden sollte das Schaltnetzteil vom Netzwerk getrennt und der thermische Zustand des Transistors, Transformators und der Dioden überprüft werden. Anschließend sollte der Vorgang nach mehreren Dutzend Betriebsminuten wiederholt werden. Liegt keine Überhitzung vor, ist eine Anpassung der Ausgangsspannung und eine Überwachung der Signalform gemäß Abb. 3 erforderlich.
Die Analyse der Funktionsweise des Geräts ergab, dass es bei Verwendung eines vorgefertigten Impulstransformators besser ist, die Speicherwicklung unverändert zu lassen und die Kommunikationswicklung für eine Spannung von 8...9 V bei „normaler“ Verwendung auszuwählen, d. h. Für den TPI-8-1-Transformator ist eine Kommunikationswicklung erforderlich, die sechs Windungen enthält (Wicklung mit Pin-Nummern 14 - 18). Es kann sich herausstellen, dass der ausgewählte Transformator nicht die erforderlichen SMPS-Parameter bietet, weshalb die Sekundärwicklungen ausgetauscht werden müssen. Starre Technologie zur Herstellung von Impulstransformatoren (Verteilung der Wicklungen in einer genau festgelegten Reihenfolge, Einhaltung der Lücken zwischen dem Rand der Wicklung und der Außenseite des Rahmens, Auswahl des Durchmessers der Drähte in Abhängigkeit vom Betriebsstrom, Verteilung einer unvollständigen „ „Entladungsschicht“ über die gesamte Breite der Wicklung, um ein gleichmäßiges Magnetfeld innerhalb des Betriebsstromvolumens des Transformators zu erzeugen) erfordert besondere Sorgfalt bei der Herstellung und Genauigkeit bei der Montage. Die Demontage eines mit Epoxidkleber verklebten Transformators ist jedoch ohne den Einsatz von Fräsgeräten praktisch unmöglich (nach dem Schneiden des Transformators mit einem Fräser muss der Arbeitsspalt an der Mittelstange durch Reduzierung um die Schnittdicke wiederhergestellt werden). . Der einzige Ausweg in dieser Situation besteht daher darin, die elektrostatische (Interferenzschutz-)Abschirmung von der Kupferfolie abzulöten, unnötige Wicklungen zu entfernen und an ihrer Stelle die erforderliche Wicklung im „Shuttle“-Verfahren und anstelle eines Drahtes mit großem Durchmesser aufzuwickeln , ist es vorteilhafter, mehrere parallele Leiter mit kleinerem Durchmesser und äquivalentem Gesamtquerschnitt zu verwenden. Das Gerät verwendet nicht knappe Teile. Kondensatoren C1 K73-17, C2, C3, C10, SP - K73-9, alle für eine Nennspannung von 630 V, C4 - K50-32. Wenn die SMPS-Last 50 W überschreitet, müssen Sie einen weiteren ähnlichen Kondensator parallel zum Kondensator C4 schalten oder K50-35B mit einer Kapazität von 220 μF (oder 330 μF) für eine Spannung von 350 V verwenden. Kondensator C6 – K53-30 oder ein anderer . Oxidkondensatoren C8, C13 K50-35. Der Rest sind beliebige Keramikwiderstände mit einer Nennspannung von 63...100 V. Alle Festwiderstände sind MLT, mit Ausnahme von R16 C5-16MV. Trimmerwiderstand R7 - SPZ-386. Wir ersetzen die Diodenbrücke durch KTs405B, KTs405V oder einzelne Dioden mit einer zulässigen Sperrspannung von mindestens 400 V und einem Betriebsstrom von 1 A. Die Dioden VD6 und VD7 sind Pulsdioden mit einer Nennfrequenz von mindestens 35 kHz und der Der erste von ihnen hat eine Nennspannung von mindestens 600 V und einen Strom von 1 A, der zweite - 100 V und 5 A (für Niederspannungsnetzteile). Anstelle einer industriellen Induktivität für den L1-Netzfilter können wir eine selbstgebaute verwenden: Wir verwenden einen 1500NM-2000NM-Ferritring mit einem Außendurchmesser von etwa 20 mm, auf den mehrere Dutzend Windungen aus zwei MGTF-0,35-Leitern gewickelt sind. Alle SMPS-Elemente sind auf einer Leiterplatte aus einseitig folienbeschichtetem Glasfaserlaminat mit einer Dicke von 1,5 mm montiert (Abb. 4). Nach Abschluss der Installation des Geräts wird ein Jumper in die Löcher A und B der Platine eingelötet. Der Kondensator C4 wird mit einer Drahtklemme, die in einer Aussparung im Endteil des Gehäuses montiert ist, parallel zur Platine befestigt. Die Enden der Schelle werden in die entsprechenden Löcher eingesiegelt. Um einen zuverlässigen elektrischen Kontakt zu gewährleisten, ist der Minuspol des Kondensators über eine Unterlegscheibe mit Blütenblatt und eine Mutter am Gewindeteil des Gehäuses mit der Platine verbunden. Der SI-Kondensator und der Widerstand R13 sind durch Scharniermontage verbunden, der zweite Anschluss des Kondensators ist mit einer angelöteten Montagelasche direkt mit der Metallplatte des auf dem Kühlkörper montierten Transistorkörpers verbunden. Dadurch wird die Störabstrahlung deutlich reduziert. Zu demselben Zweck wird das SMPS in einem Metallgehäuse mit Belüftungslöchern zur Kühlung untergebracht.
Der Anschluss des Geräts an das Netzwerk erfolgt über einen flexiblen Montagedraht: Ein Schalter und eine Sicherung werden in die Lücke eines Leiters eingelötet, dessen Betriebsstrom doppelt so hoch ist wie der mit einem Amperemeter während der Einrichtung gemessene Betriebsstrom (wie bereits erwähnt, hängt dies von der Stromstärke ab). Belastung). Die Sekundärwicklung wird je nach erforderlichem Spannungswert am Ausgang des Schaltnetzteils mit flexiblen isolierten Leitern verbunden. Der Transistor VT1 ist an den Rand der Platine verschoben, sodass er über eine Glimmerplatte direkt am Metallgehäuse des Geräts oder an einem Kühlkörper mit einer effektiven Kühlfläche von 100...200 cm2 befestigt werden kann. Es ist zu beachten, dass das SMPS galvanisch mit dem Netzwerk verbunden ist: Bei unachtsamer Handhabung kann es zu einem Stromschlag kommen. Gemäß den elektrischen Sicherheitsvorschriften ist es bei der Installation des Schaltnetzteils erforderlich, über einen Trenntransformator mit einer Leistung von mindestens 300 W eine Verbindung zum Netzwerk herzustellen. Literatur
Autoren: V.Kosenko, S.Kosenko, V.Fedorov, Voronezh
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