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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Schaltnetzteil eines leistungsstarken UMZCH
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Schaltnetzteile werden in modernen elektronischen Geräten häufig verwendet. Auch Funkamateure begannen, sie häufiger zu nutzen, wie die zunehmende Zahl von Veröffentlichungen in der funktechnischen Literatur, insbesondere in der Zeitschrift „Radio“, belegt. In den meisten Fällen werden jedoch relativ leistungsarme Designs beschrieben. Der Autor des veröffentlichten Artikels macht die Leser auf ein Schaltnetzteil mit einer Leistung von 800 W aufmerksam. Er unterscheidet sich von den zuvor beschriebenen durch die Verwendung von Feldeffekttransistoren und einem Transformator mit einer Primärwicklung mit Mittelanschluss im Wandler. Der erste sorgt für einen höheren Wirkungsgrad und ein geringeres Maß an hochfrequenten Störungen, der zweite liefert die Hälfte des Stroms durch die Schlüsseltransistoren und macht einen Trenntransformator in ihren Gate-Schaltkreisen überflüssig. Der Nachteil dieser Schaltungslösung ist die hohe Spannung an den Hälften der Primärwicklung, die den Einsatz von Transistoren mit der entsprechenden zulässigen Spannung erfordert. Im Gegensatz zu einem Brückenwandler reichen in diesem Fall jedoch zwei statt vier Transistoren aus, was das Design vereinfacht und die Effizienz des Geräts erhöht. Schaltnetzteile (USV) verwenden Ein- und Zweitakt-Hochfrequenzwandler. Der Wirkungsgrad des ersteren ist geringer als der des letzteren, daher ist es nicht praktikabel, Single-Cycle-USVs mit einer Leistung von mehr als 40...60 W zu konzipieren. Gegentaktwandler bieten eine deutlich höhere Ausgangsleistung bei hohem Wirkungsgrad. Sie sind in mehrere Gruppen unterteilt, die durch die Art der Erregung der Ausgangsschlüsseltransistoren und die Schaltung zu ihrer Verbindung mit der Schaltung der Primärwicklung des Wandlertransformators gekennzeichnet sind. Wenn wir über die Art der Erregung sprechen, können wir zwei Gruppen unterscheiden: mit Selbsterregung und Fremderregung. Erstere sind aufgrund der Schwierigkeiten bei der Etablierung weniger beliebt. Bei der Entwicklung leistungsstarker (mehr als 200 W) USV-Anlagen nimmt die Komplexität ihrer Herstellung ungerechtfertigt zu, so dass sie für solche Stromversorgungen kaum von Nutzen sind. Konverter mit externer Erregung eignen sich gut zum Aufbau von Hochleistungs-USVs und erfordern teilweise fast keine Einrichtung. Für den Anschluss von Schlüsseltransistoren an einen Transformator gibt es drei Schaltungen: die sogenannte Halbbrücke (Abb. 1, a), die Brücke (Abb. 1, b) und mit einer von der Mitte abgegriffenen Primärwicklung (Abb. 1). , C). Heutzutage ist der Halbbrückenwandler am weitesten verbreitet [1]. Es benötigt zwei Transistoren mit einem relativ niedrigen Spannungswert Uke max. Wie aus Abb. ersichtlich ist. 1, a. Die Kondensatoren C1 und C2 bilden einen Spannungsteiler, an den die Primärwicklung (I) des Transformators T2 angeschlossen ist. Wenn der Schlüsseltransistor öffnet, erreicht die Amplitude des Spannungsimpulses an der Wicklung den Wert Upit/2 - Uke max.
Der Brückenwandler [2] ähnelt dem Halbbrückenwandler, jedoch werden darin die Kondensatoren durch die paarweise diagonal öffnenden Transistoren VT3 und VT4 ersetzt (Abb. 1. b). Dieser Wandler hat einen etwas höheren Wirkungsgrad aufgrund einer Erhöhung der an die Primärwicklung des Transformators angelegten Spannung und damit einer Verringerung des durch die Transistoren VT1 - VT4 fließenden Stroms. Die Spannungsamplitude an der Primärwicklung des Transformators erreicht in diesem Fall den Wert Upit - 2Uke max. Der Konverter gemäß dem Diagramm in Abb. steht abseits. 1. c. zeichnet sich durch höchste Effizienz aus. Dies wird durch die Reduzierung des Primärwicklungsstroms und erreicht. Dadurch wird die Verlustleistung in wichtigen Transistoren reduziert, was für leistungsstarke USVs äußerst wichtig ist. Die Impulsspannungsamplitude in der Hälfte der Primärwicklung steigt auf den Wert Upit - Uke max. Es ist auch zu beachten, dass im Gegensatz zu anderen Wandlern (1,2) kein Eingangstrenntransformator erforderlich ist. Bei dem Gerät gemäß dem Diagramm in Abb. 1. Es müssen Transistoren mit einem hohen Wert von Uke max verwendet werden. Da das Ende der oberen (laut Diagramm) Hälfte der Primärwicklung mit dem Anfang der unteren verbunden ist, entsteht bei Stromfluss in der ersten Hälfte (VT1 ist offen) in der zweiten eine Spannung gleich ( im absoluten Wert) zur Spannungsamplitude am ersten, aber im Vorzeichen entgegengesetzt zu Upit. Mit anderen Worten, die Spannung am Kollektor des geschlossenen Transistors VT2 erreicht 2Upit. Daher sollte sein Uke-Max größer als 2Upit sein. Die vorgeschlagene USV verwendet einen Gegentaktwandler mit einem Transformator, dessen Primärwicklung über einen Mittelanschluss verfügt. Es hat eine hohe Effizienz. geringer Welligkeitsgrad und strahlt nur schwach Störungen in die Umgebung ab. Der Autor nutzt es, um eine zweikanalige, leistungsstärkere Version des UMZCH anzutreiben. beschrieben in [3]. USV-Eingangsspannung - 180...240 V. Nennausgangsspannung (mit Eingang 220 V) - 2x50 V. maximale Lastleistung - 800 W. Die Betriebsfrequenz des Konverters beträgt 90 kHz. Das schematische Diagramm der USV ist in Abb. dargestellt. 2. Wie Sie sehen, handelt es sich um einen Wandler mit externer Erregung ohne Ausgangsspannungsstabilisierung. Am Eingang des Geräts ist ein Hochfrequenzfilter C1L1C2 enthalten, der verhindert, dass Störungen in das Netzwerk gelangen. Nach dem Durchlaufen wird die Netzspannung durch die Diodenbrücke VD1 - VD4 gleichgerichtet. Wellen werden durch den Kondensator C3 geglättet. Zur Versorgung des Hochfrequenzwandlers wird eine gleichgerichtete Gleichspannung (ca. 310 V) verwendet.
Das Wandlersteuergerät besteht aus DD1-DD3-Mikroschaltungen. Die Stromversorgung erfolgt über eine separate stabilisierte Quelle, bestehend aus einem Abwärtstransformator T1. Gleichrichter VD5 und Spannungsstabilisator an den Transistoren VT1, VT2 und Zenerdiode VD6. Auf DDI-Elementen. 1. DD1.2 baute einen Master-Oszillator zusammen, der Impulse mit einer Folgefrequenz von etwa 360 kHz erzeugt. Als nächstes kommt ein Frequenzteiler um 4, der auf den Triggern der DD2-Mikroschaltung basiert. Mit den Elementen DD3.1, DD3.2 werden zusätzliche Pausen zwischen den Impulsen geschaffen. Eine Pause ist nichts anderes als ein logischer Pegel von 0 an den Ausgängen dieser Elemente, der erscheint, wenn an den Ausgängen des Elements DDI.1 und der Flip-Flops DD2 und DD2.1 ein Pegel von 2.2 anliegt (Abb. 3). Eine niedrige Spannung am Ausgang von DD3.1 (DD3.2) blockiert DD1.3 (DD1.4) im „geschlossenen“ Zustand (am Ausgang - Logikpegel 1).
Die Pausendauer beträgt 1/3 der Impulsdauer (Abb. 3, Spannungsdiagramme an Pins 1 DD3.1 und 13 DD3.2), was völlig ausreicht, um den Schlüsseltransistor zu schließen. Von den Ausgängen der Elemente DD1.3 und DD1 werden die schließlich gebildeten Impulse den Transistorschaltern (VT4, VT5) zugeführt, die über die Widerstände R6, R10 die Gates der leistungsstarken Feldeffekttransistoren VT11, VT9 steuern. Impulse von den direkten und inversen Ausgängen des DD2.2-Triggers werden den Eingängen eines Geräts zugeführt, das auf VT3-Transistoren besteht. VT4. VT7. VT8. Abwechselnd öffnend, VT3 und VT7. VT4 und VT8 schaffen Bedingungen für eine schnelle Entladung der Eingangskapazitäten der Schlüsseltransistoren VT9, VT10. d.h. ihr schnelles Schließen. Darüber hinaus ist, wie aus Abb. 3 (Spannungsdiagramme an Pins 12 und 13 von DD2.2). VT7 und VT8 öffnen unmittelbar nach dem Ende des Impulses, daher schafft es jeder der Transistoren VT9, VT10 bei jeder Ausgangsleistung immer, zuverlässig zu schließen, bevor der zweite öffnet. Wäre diese Bedingung nicht erfüllt, würde ein Durchgangsstrom durch sie und damit durch die Primärwicklung des Transformators T2 fließen. Dies verringert nicht nur die Zuverlässigkeit und Effizienz der USV. Es entstehen aber auch Spannungsstöße, deren Amplitude teilweise die Versorgungsspannung des Wandlers übersteigt. Die Gate-Schaltkreise der Transistoren VT9 und VT10 umfassen relativ hochohmige Widerstände R10 und R11. Zusammen mit der Gate-Kapazität bilden sie Niederspannungsfilter, die den Pegel der Oberwellen beim Öffnen der Tasten reduzieren. Zu diesem Zweck wurden die Elemente VD9-VD12 eingeführt. P16, R17, S12.S13 In die Drain-Schaltkreise von VT9-Transistoren. VT10 die Primärwicklung des Transformators T2 wird eingeschaltet. Die Ausgangsspannungsgleichrichter werden mithilfe einer Brückenschaltung mit den Dioden VD13 - VD20 hergestellt, was den Wirkungsgrad des Geräts etwas verringert, die Welligkeit am USV-Ausgang jedoch erheblich (mehr als das Fünffache) verringert. Es ist wichtig zu beachten, dass die Schwingungsform, die bei maximaler Belastung nahezu rechteckig ist, bei Reduzierung der Leistung auf 10 bis 20 W sanft in eine nahezu sinusförmige übergeht. was sich bei geringer Lautstärke positiv auf den Geräuschpegel des UMZCH auswirkt. Die gleichgerichtete Spannung der IV-Wicklung des Transformators T2 wird zur Stromversorgung der Lüfter verwendet (siehe unten). Das Gerät verwendet die Kondensatoren K73-17 (C1, C2, C4). K50-17 (C3), MBM (C12. C13). K73-16 (C14-C21. C24. C25). K50-35 (C5-C7). KM (Ruhe). Anstelle der im Diagramm angegebenen dürfen auch Mikroschaltungen der Serie K176 verwendet werden. K564. Die Dioden D246 (VD1-VD4) sind mit allen anderen Dioden austauschbar, die für einen Durchlassstrom von mindestens 5 A und eine Sperrspannung von mindestens 350 V ausgelegt sind (KD202K. KD202M. KD202R, KD206B. D247B). oder eine Diodengleichrichterbrücke mit den gleichen Parametern, Dioden KD2997A (VD13-VD20) - auf KD2997B. KD2999B. Zenerdiode D810 (VD6) - auf D814V. Als VT1 können alle Transistoren der Serien KT817, KT819 verwendet werden. als VT2-VT4 und VT5, VT6 – jeweils eine der Serien KT315, KT503, KTZ102 und KT36K KT502. KT3107. anstelle von VT9, VT10 - KP707V1, KP707E1. Es wird nicht empfohlen, die Transistoren KT3102Zh (VT7. VT8) zu ersetzen. Transformator T1 - TS-10-1 oder ein anderer mit einer Sekundärwicklungsspannung von 11... 13 V und einem Laststrom von mindestens 150 mA. Die Netzfilterspule L1 ist auf einen Ferritring (M2000NM1) der Standardgröße K31M8,5u7 mit PZV-1 1,0-Draht (2x25 Windungen) gewickelt, der Transformator T2 ist auf drei Ferritringe der gleichen Marke, jedoch der Standardgröße K45x28x12, gewickelt. zusammengeklebt. Wicklung I enthält 2x42 Windungen PEV-2 1,0-Draht (kaum gewickelte Drähte), Wicklungen II und III - jeweils 7 Windungen (in fünf PEV-2 0,8-Drähte), Wicklung IV - 2 Windungen PEV-2 0.8. Zwischen den Wicklungen sind drei Lagen Fluorkunststoff-Bandisolation verlegt. Die Magnetkerne der Drosseln L2, L3 sind Ferritstäbe (1500NMZ) mit einem Durchmesser von 6 und einer Länge von 25 mm (Trimmer aus B48-Panzerkernen). Die Wicklungen enthalten 12 Windungen PEV-1 1.5-Draht. Transistoren VT9. VT10 wird auf Kühlkörpern mit Lüftern installiert, die zur Kühlung von Pentium-Mikroprozessoren dienen (ähnliche Einheiten von 486-Prozessoren sind ebenfalls geeignet). Die Dioden VD13-VD20 sind auf Kühlkörpern mit einer Oberfläche von ca. 200 cm2 montiert. Zur Kühlung der Transistoren der Endstufe des UMZCH ist an der Rückwand ein Lüfter aus einem Computer-Netzteil oder einem anderen mit einer Versorgungsspannung von 12 V verbaut. Bei der Installation einer USV sollten Sie darauf achten, dass alle Verbindungen möglichst kurz sind und im Leistungsteil ein Kabel mit möglichst großem Querschnitt verwendet wird. Es empfiehlt sich, die USV mit einer Metallabschirmung zu umschließen und an den 0-V-Pin des Quellenausgangs anzuschließen, wie in Abb. 4. Das gemeinsame Kabel des Leistungsteils darf nicht mit der Abschirmung verbunden werden. Da die USV nicht mit einem Kurzschluss- und Überlastschutz ausgestattet ist, müssen 10-A-Sicherungen in den UMZCH-Stromversorgungskreis eingebaut werden.
Die beschriebene USV muss praktisch nicht eingerichtet werden. Wichtig ist lediglich die richtige Phasenlage der Primärwicklungshälften des Transformators T2. Wenn die Teile in Ordnung sind und keine Fehler bei der Installation vorliegen, beginnt das Gerät sofort nach dem Anschluss an das Netzwerk zu arbeiten. Bei Bedarf wird die Frequenz des Wandlers durch Auswahl des Widerstands R3 angepasst. Um die Zuverlässigkeit der USV zu erhöhen, empfiehlt es sich, diese mit einem UMZCH zu betreiben, der für eine Durchlaufventilatorbelüftung sorgt. Literatur
Autor: D. Kolganov, Kaluga
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