Kleiner leistungsstarker Spannungswandler

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Spannungswandler, Gleichrichter, Wechselrichter

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Einige elektronische Geräte benötigen für den Betrieb eine Gleichspannung von mehr als 12 V. Daher ist beim Betrieb solcher Geräte, beispielsweise im Auto oder an der Autobatterie, ein entsprechender Spannungswandler erforderlich. Basierend auf modernen Mikroschaltungen und Feldeffekttransistoren ist es möglich, einen kostengünstigen Spannungswandler zusammenzustellen, dessen Abmessungen hauptsächlich vom Transformator bestimmt werden. Wir bieten den Lesern eine der Optionen für einen solchen Konverter.

Die Schaltung des Gleichspannungswandlers auf eine größere Gleichspannung ist in Abb. dargestellt. 1. Es ist auf einem KR1211EU1-Chip [1] und Feldeffekttransistoren IRLR2905 [2] aufgebaut. Diese Transistoren haben einen sehr niedrigen Einschaltwiderstand (ca. 0,027 Ohm), bieten einen hohen Stromfluss (mindestens 26 A) und werden durch Signale mit Logikpegeln digitaler Mikroschaltungen gesteuert. In den meisten Fällen können sie ohne Kühlkörper eingesetzt werden, wodurch die Abmessungen des Konverters reduziert werden.

(zum Vergrößern klicken)

Der DA2-Chip erzeugt Steuerimpulssignale für Feldeffekttransistoren, deren Frequenz durch die Parameter der Frequenzeinstellschaltung R3C12 bestimmt wird. Steuerimpulse werden so gebildet, dass zwischen ihnen eine Pause liegt. Dadurch wird ein Durchgangsstromfluss durch die Transistoren ausgeschlossen und der Wirkungsgrad des Wandlers erhöht. Transistoren schalten die Primärwicklung des Aufwärtstransformators T1. Die Spannung der Sekundärwicklung richtet die Diodenbrücke VD1-VD4 gleich und glättet den Filter C13C14L2C15. Dabei sorgt die Induktivität vor allem für die Unterdrückung hochfrequenter Oberwellen in der Ausgangsspannung.

Die Versorgungsspannung des Steuerchips DA2 wird durch den L1C9-Filter vorgeglättet und durch den integrierten Spannungsregler DA1 stabilisiert. Die R2C11-Schaltung sorgt dafür, dass die Mikroschaltung beim Einschalten startet. Am Relais K1 ist ein Wandlerüberlastschutzgerät montiert. Wenn der Stromverbrauch über den eingestellten Wert ansteigt, schließen sich die Kontakte des Relais K1.1, ein hoher Logikpegel geht an den FC-Eingang der DA2-Mikroschaltung und an seinen Ausgängen wird ein niedriger Logikpegel eingestellt – die Transistoren schließen und der Konverter funktioniert nicht mehr. Um es neu zu starten, schalten Sie das Gerät aus und wieder ein.

Bei Bedarf können Sie die LED-Anzeige des Betriebs des Konverters eingeben. Dazu werden die Stromkreise der LED und des Strombegrenzungswiderstands parallel zu den Kondensatoren C1 (Eingangsspannungssteuerung) und C15 (Ausgangsspannungssteuerung) geschaltet.

Im Gerät ist es zulässig, den 78L05 (DA1)-Chip durch KR1157EN502A, 78M05, KR142EN5A zu ersetzen. Es ist wünschenswert, Oxidkondensatoren für die Oberflächenmontage oder Tantal der Serien K52, K53 zu verwenden. In diesem Fall sind jedoch die Abmessungen der Platine unterschiedlich muss ggf. erhöht werden, unpolare Kondensatoren - K10-17V oder K10-17a mit Stiften minimaler Länge. Widerstände - MLT, S2-33, Induktivität L1 - DM-0,1 mit einer Induktivität von 50 ... 100 μH. Der Induktor L2 ist auf einen K20x12x6-Ringmagnetkreis aus 2000-NM-Ferrit gewickelt, seine Wicklung enthält 5 Windungen MGTF 0,75-Draht und die Induktivität beträgt etwa 50 μH.

Es können beliebige LEDs verwendet werden, wobei Widerstand und Leistung der strombegrenzenden Widerstände auf der Grundlage des durch sie fließenden Stroms gewählt werden. Schalter SA1 - P2T. Das Stromrelais K1 ist selbstgebaut, die Wicklung besteht aus isoliertem Kupferdraht mit einem Durchmesser von 2 mm, gewickelt auf einem Dorn mit einem Durchmesser von 3 ... 4 mm, in den ein KEM2-Reedschalter eingesetzt ist (z. B wird zum Beispiel im RES44-Relais verwendet). Die ungefähre Anzahl der Windungen beträgt bei einem Strom von 7 A 4 und bei 10 A 3. Die Empfindlichkeit des Relais kann stufenlos eingestellt werden, indem die Position des Reed-Schalters in der Spule geändert wird; nach der endgültigen Einstellung des Reeds Der Schalter ist mit Kleber befestigt.

Der T1-Transformator besteht aus zwei geklebten Ringmagnetkernen K45x28x12 aus Ferrit 2000NM-17, die scharfen Kanten der Ringe müssen abgerundet sein. Beide Wicklungen sind mit MGTF 0,75-Draht gewickelt. Die Primärwicklung enthält 5 Windungen von acht zusammengefalteten Leitern, ist in zwei Teile geteilt und der Anfang des einen ist mit dem Ende des zweiten verbunden. Die Sekundärwicklung für eine Ausgangsspannung von 32 V enthält 15 Windungen in zwei Drähten. Bei anderen Werten der Ausgangsspannung sollte die Windungszahl der Sekundärwicklung proportional geändert werden.

Die meisten Teile sind auf einer Leiterplatte aus doppelseitiger Glasfaserfolie platziert, deren Zeichnung in Abb. dargestellt ist. 2. Die zu entfernenden Folienbereiche werden schwarz hervorgehoben. Alle Elemente sind seitlich auf Leiterbahnen montiert. Die zweite Seite bleibt metallisiert und wird mit dem gemeinsamen Draht der ersten Seite verbunden. Dazu werden verzinnte Drahtstücke in die in der Zeichnung dargestellten Durchgangslöcher gesteckt und auf beiden Seiten der Platine verlötet. Die Primäranschlüsse des Transformators sollten näher am Drain-Anschluss des Transistors angelötet werden, da sie für eine zusätzliche Wärmeableitung sorgen.

Die Einrichtung beginnt mit der Einstellung der Frequenz des Wandlers, diese kann an einem der Ausgänge des DA2-Chips mit einem Oszilloskop oder Frequenzmesser gesteuert werden. Die für die verwendeten Ferrit-Magnetkreise empfohlene Frequenz beträgt 80 ... 100 kHz. Sie wird durch Auswahl der Kapazität des Kondensators C12 oder des Widerstandswerts des Widerstands R3 eingestellt (es ist wünschenswert, seinen Wert nach oben zu ändern). Um Störungen zu reduzieren, ist der Konverter in einem Metallgehäuse untergebracht.

Tests des Geräts ergaben, dass bei einem Laststrom von 3 A (Ausgangsleistung ca. 100 W) der Wirkungsgrad des Wandlers ca. 91 ... 92 % beträgt. Feldeffekttransistoren erwärmen sich leicht, Gleichrichterdioden deutlich wärmer. Daher kann die Effizienz weiter gesteigert werden, wenn anstelle von KD213A Hochgeschwindigkeits-Schottky-Gleichrichterdioden verwendet werden. Werden die Transistoren mit Kühlkörpern ausgestattet und die Abmessungen des Transformators vergrößert, kann die Leistung des Wandlers um ein Vielfaches gesteigert werden.

Literatur

1. Goreslavets A. Spannungswandler auf dem KR1211EU1-Chip. - Radio, 2001, Nr. 5,0.42,43.
2. Leistungsstarke Feldeffekt-Schalttransistoren von International Rectifier. - Radio, 2001, Nr. 5, p. 45.

Autor: I. Nechaev, Kursk

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