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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Laborschaltnetzteil
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Ein besonderes Merkmal der bipolaren Stromversorgung, auf das die Leser aufmerksam gemacht werden sollen, ist das Vorhandensein von Impuls- und Linearsteuerstufen in jedem Arm, die es ermöglichten, den Spannungsabfall und die Leistung am Steuertransistor zu reduzieren und dementsprechend die Größe zu reduzieren der Kühlkörper. Das Gerät, das der Autor seit mehr als fünf Jahren erfolgreich betreibt, war zwar nicht ganz optimal, aber wir hoffen, dass Funkamateure es mit der vorhandenen Elementbasis an ihre Aufgaben anpassen können. Das Hauptproblem, das bei der Herstellung eines Netzteils auftritt, das über einen weiten Bereich von Ausgangsspannungen und mit einem großen Laststrom arbeitet, besteht darin, eine minimale Verlustleistung am Steuerelement sicherzustellen und dementsprechend einen maximalen Wirkungsgrad des Geräts als Ganzes zu erreichen . Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lösen, besteht darin, einen Transformator mit einer mehrteiligen Wicklung zu verwenden [1]. Die Hauptnachteile sind die Notwendigkeit, den Schalter zu manipulieren, was sehr umständlich ist, und die Komplexität der Herstellung des Transformators. Die erfolgreichste Lösung ist eine gepulste einstellbare Quelle mit anschließender Filterung der Pulsationen durch einen Kompensationsstabilisator. Die Komplexität des Geräts wird durch die geringe Größe der Kühlkörper kompensiert, da der Spannungsabfall und damit die dem Regeltransistor des Linearstabilisators zugewiesene Leistung minimal und unabhängig von der Lastspannung gemacht werden kann. Als Basis diente das in [2] beschriebene Labornetzteil. Sein Hauptnachteil ist ein sehr sperriger Gashebel, der das Gewicht und die Abmessungen des Geräts dramatisch erhöht. In der vorgeschlagenen Version der Quelle erfolgt die primäre Spannungsregelung bei einer hohen Frequenz (15...50 kHz), daher ist der Induktor auf einem Ferrit-Magnetkern gefertigt, was die Abmessungen und das Gewicht des Geräts deutlich reduziert Wichtigste technische Merkmale
Der Stromversorgungskreis ist in Abb. dargestellt. 1. Identische Knoten in beiden Armen werden durch eine strichpunktierte Linie hervorgehoben. Betrachten wir den Betrieb des Geräts am Beispiel einer positiven Spannungsquelle.
Die Wechselspannung der Sekundärwicklung des Netztransformators T richtet die Diodenbrücke VD1-VD4 gleich und filtert den Kondensator Sat. Anschließend wird die konstante Spannung dem Schalttransistor VT4 des Impulsstabilisators und dem auf den Transistoren VT5, VT6 aufgebauten Schmitt-Trigger zugeführt, dessen Versorgungsspannung durch den parametrischen Stabilisator R13VD18 stabilisiert wird. Im ersten Moment nach dem Einschalten der Stromversorgung ist der Spannungssensor - Transistor VT7 geschlossen, Transistor VT5 des Schmitt-Triggers geöffnet und die Transistoren VT1 und VT2 geschlossen. Der Transistor VT3 wird durch den Strom geöffnet, der durch seinen Emitterübergang und die Widerstände R6 R7 fließt. Daher ist auch der Schalttransistor VT4 geöffnet. Der Kondensator C8 beginnt sich aufzuladen. Die Spannung an ihm steigt an, bis sie sich dem eingestellten Ausgang nähert. Ein weiterer Anstieg der Spannung am Kondensator C8 führt zum Öffnen des Spannungssensors VT7 und zum Auslösen des Schmitt-Triggers. Infolgedessen öffnen die Transistoren VT1 und VT2 und die Transistoren VT3 und VT4 schließen. Dann wird die Induktivität L1 eingeschaltet. Die Selbstinduktivitätsladung öffnet die Diode VD17 und die in der Induktivität gespeicherte Energie wird auf die Last übertragen. Nachdem die Energiereserve im Induktor erschöpft ist, schließt die Diode VD17 und der Strom fließt vom Kondensator C8 in die Last. Die Spannung daran beginnt zu sinken und irgendwann schließt der Spannungssensor VT7. Der Schmitt-Trigger schaltet (Transistor VT6 wird geschlossen und Transistor VT5 wird geöffnet), die Transistoren VT1 und VT2 werden geschlossen und die Transistoren VT3 und VT4 werden geöffnet. Der Kondensator C8 beginnt wieder aufzuladen. Die Diode VD16 schützt den Schalttransistor VT4 in Notsituationen, beispielsweise wenn die Diode VD17 ausfällt oder der Kondensator C6 seine Kapazität verliert. Der Kompensationsstabilisator an den Transistoren VT8, VT9, VT11 ist nach einer einfachen Schaltung aufgebaut und weist keine Besonderheiten auf. Um die Ausgangsspannung nach dem Einschalten der Stromversorgung sanft zu erhöhen und zu verhindern, dass der Schutz bei erheblicher kapazitiver Last auslöst, werden die Elemente R19, VD20, C10 verwendet. Im Moment des Einschaltens wird der Kondensator C10 in zwei Kreisen geladen: über den Widerstand R19 und den Widerstand R21, die Diode VD20. Die Spannung am Kondensator (und der Basis des Transistors VT9) steigt langsam über etwa 0,5 s an. Dementsprechend erhöht sich auch die Ausgangsspannung, bis der Stabilisator in den stationären Zustand übergeht. Als nächstes schließt die Diode VD20 und der Kondensator C10 wird über den Widerstand R19 aufgeladen und hat anschließend keinen Einfluss auf den Betrieb des Stabilisators. Die Diode VD19 wird benötigt, um den Kondensator C10 nach dem Ausschalten der Stromversorgung und wenn die Ausgangsspannung abnimmt, schnell zu entladen. In diesem Fall sinkt die Spannung am Kondensator C8 schneller als an C10, die Diode VD19 öffnet und die Spannung an beiden Kondensatoren sinkt gleichzeitig. Um die Ausgangsspannung beim Ausschalten der Stromversorgung schnell zu reduzieren, wird außerdem das Relais K1 verwendet. Nachdem das Gerät an das Netzwerk angeschlossen ist, wird die Spannung vom Gleichrichter über die Dioden VD1 und VD1 über den Widerstand R7 an das Relais K8 angelegt. Die gleichgerichtete Spannung wird durch einen kleinen Kapazitätskondensator C3 gefiltert. Das Relais wird ausgelöst, seine Kontakte K1.1 öffnen und haben keinen Einfluss auf die Funktion des Stabilisators. Wenn das Gerät ausgeschaltet wird, verschwindet die Spannung am Kondensator C3 schneller als an C6, sodass das Relais K1 fast sofort seine Kontakte K1.1 schließt und der Kondensator C10 sich schnell über den Widerstand R20 entlädt. In diesem Moment öffnet die VD20-Diode und die Spannung an der Basis des VT9-Transistors sinkt auf nahezu Null. Die Spannung am Ausgang des Stabilisators verschwindet. Die Schaltung R26VD23 dient dazu, die Entladung des Kondensators C13 und der Kondensatoren in der Last bei der Einstellung niedrigerer Spannungswerte zu beschleunigen. In diesem Fall wird die Spannung am Kollektor des Transistors VT11 kleiner als die Spannung am Ausgang des Blocks, die Diode VD23 öffnet und der Kondensator C13 wird über den Stromkreis entladen: Widerstand R26, Diode VD23, Kollektor-Emitter-Abschnitt des Transistors VT11 und Dioden VD21, VD22. Im eingeschwungenen Zustand hat der Stromkreis R26VD23 keinen Einfluss auf den Betrieb des Geräts. Der Kondensator C12 verhindert die Selbsterregung des Stabilisators. Die Kondensatoren C14 und C23 sind direkt an die Ausgangsklemmen des Netzteils angeschlossen, um die Hochfrequenzwelligkeit zu reduzieren. Die Schaltung R6C7 wird benötigt, um die Schließzeit der Transistoren VT3, VT4 zu verkürzen. Wenn der Transistor VT3 geöffnet ist, entsteht am Widerstand R6 ein Spannungsabfall, der an die Basis des Transistors angelegt wird. Der Kondensator C7 wird in der gleichen Polarität geladen. Wenn der Transistor VT2 öffnet, wird über seinen Kollektor-Emitter-Abschnitt die untere Platte des Kondensators im Stromkreis mit dem Emitter des Transistors VT3 verbunden. Somit wird an den Emitterübergang des Transistors VT3 eine Schließspannung angelegt, die dessen erzwungenes Schließen und damit das Schließen des Schalttransistors VT4 fördert. Beim Auslösen des Schutzes (bei Überlast oder Kurzschluss in der Last) wird die Öffnungsspannung über den Teiler R10R22 an die Basis des Transistors VT23 angelegt. Dadurch ist die Basis des Transistors VT9 über den Kollektor-Emitter-Abschnitt des offenen Transistors VT10 mit dem gemeinsamen Draht verbunden. Die Spannung am Ausgang des Gerätes verschwindet. Beachten wir die Besonderheiten beim Aufbau des negativen Kanals der Stromversorgung. Der Schaltstabilisator und der Schmitt-Trigger blieben unverändert. Der Kompensationsstabilisator besteht aus Transistoren unterschiedlicher Leitfähigkeit und das Steuerelement VT21 ist mit dem negativen Stromkreis verbunden. Dies vereinfachte die Verbindung des Kompensationsstabilisators mit der Schutzeinheit. Der Schmitt-Trigger (an den Transistoren VT17, VT18) ist direkt mit dem Transistor VT20 verbunden. Die Funktion des Spannungssensors übernimmt der Transistor VT18 des Schmitt-Triggers. Damit beim Abschalten der Stromversorgung die Ausgangsspannungen in beiden Zweigen synchron verschwinden, wird ein gemeinsames Relais K1 (Kontakte K1.2) verwendet. Die Schutzeinheit wird von einer bipolaren Spannungsquelle gespeist. Dadurch ist es sehr einfach, beide Arme des Netzteils zu steuern [3]. Die negative Spannung wird durch einen Multiplizierer an den Dioden VD5, VD6 und den Kondensatoren C1, C2 gebildet und stabilisiert den parametrischen Stabilisator R5VD2 auf dem -10-V-Pegel. Das Schema des Schutzknotens ist in Abb. 2 dargestellt. XNUMX.
Wenn der Laststrom den eingestellten Wert erreicht, reicht der Spannungsabfall am Widerstand R30 (siehe Abb. 1) aus, um den Transistor VT12 zu öffnen. Der Eingang S (Pin 14) des Flip-Flops DD1 erhält einen High-Pegel und schaltet in den Single-Zustand. Am Ausgang des Wechselrichters DD2.1 erscheint ein niedriger Pegel, der über die Diode VD1 und den Widerstand R50 den Transistor VT19 (siehe Abb. 1) beeinflusst, was zum Öffnen des letzteren und zum Schließen des Verbundtransistors VT20VT21 führt . Die Spannung am Ausgang der negativen Quelle verschwindet. Am Ausgang des Wechselrichters DD2.3 erscheint ein einzelnes Signal, das über die Diode VD5 und den Widerstand R22 (siehe Abb. 1) auf den Transistor VT10 wirkt, was im Allgemeinen zum Schließen des positiven Zweigs führt. Die HL1-LED „+“ signalisiert das Vorliegen einer Überlastung im Pluszweig der Stromversorgung. Bei einer negativen Quellenüberlastung funktioniert die Schutzeinheit ähnlich. Wenn also eine Überlast auftritt, werden beide Arme der Stabilisatoren ausgeschaltet und dieser Zustand bleibt auf unbestimmte Zeit bestehen, bis die SB1-Taste „Zurück“ gedrückt wird. In diesem Fall wirkt sich ein High-Pegel auf die R-Eingänge (Pins 3 und 15) aus und schaltet die Flip-Flops in den Nullzustand. Die Leistung der Stabilisatoren wird wiederhergestellt. Der Kondensator C3, der die Kontakte der SB1-Taste umgeht, wird benötigt, um die Trigger in den Nullzustand zu versetzen, sobald das Gerät an das Netzwerk angeschlossen wird. Mit den Widerständen R1 und R2 wird die Schutzempfindlichkeit eingestellt. Die Kondensatoren C1, C2, die die Eingänge der S-Flip-Flops überbrücken, verhindern eine Fehlauslösung der Schutzeinheit gegen in den Verbindungsleitern induziertes Impulsrauschen. Die Dioden VD1-VD6 werden benötigt, um die Ausgänge der Mikroschaltungen zu isolieren. Sie können in der Stromversorgung jeden Netztransformator verwenden, der die benötigte Leistung liefert. Die Version des Autors verwendet einen vorgefertigten Transformator TS-180-2. Die Primärwicklung bleibt unverändert. Es enthält 680 Windungen PEV-1 0,69-Draht. Alle Sekundärwicklungen werden entfernt und an ihrer Stelle werden neue Wicklungen II und III gewickelt, die jeweils 105 Windungen PEV-1 1,25-Draht enthalten. Der Transformator kann unabhängig auf Basis des Magnetkerns PL21 x45 hergestellt werden. Die Drosseln L1 und L2 sind auf gepanzerte B-30-Magnetkerne aus M2000NM-Ferrit gewickelt. Die Wicklungen enthalten 18 Windungen eines Bündels aus neun PEV-2 0,4-Drähten. Der Abstand zwischen den Hälften des Magnetdrahtes beträgt 0,2 ..0,5 mm. Die auf kleinen Kühlkörpern angebrachten Dioden KD202R (VD1-VD4, VD12-VD15) können durch andere ersetzt werden, die für einen Durchlassstrom von mindestens 3 A und die erforderliche Sperrspannung ausgelegt sind. Anstelle der Dioden KD105B (VD5-VD9) und D223A (VD19-VD23, VD27-VD31) dürfen alle Dioden der Serien KD208, KD209 verwendet werden. D9B-Dioden (VD1-VD6, Abb. 2) sind mit allen Dioden der Serien KD521 und KD522 austauschbar. Relais K1 - RES48A Version RS4 590 202 für eine Betriebsspannung von 12 V. Es ist besser, ein Relais für eine höhere Spannung zu wählen, zum Beispiel RES48A Version RS4.590.207 mit einer Spannung von 27 V. In diesem Fall sollten Sie verwenden einen strombegrenzenden Widerstand R1 mit geringerem Widerstandswert und geringerer Leistung. Die Transistoren KT644B (VT3, VT15) können durch KT644A, KT626V oder im Extremfall durch KT816V, KT816G oder KT814V, KT814G ersetzt werden. Anstelle der Transistoren VT1, VT10, VT13 darf jedes Silizium mit einer zulässigen Kollektor-Emitter-Spannung von mindestens 60 V verwendet werden. Anstelle von MP26A-Transistoren (VT7, VT12, VT19, VT22 und VT1, Abb. 2) Sie können jede der Serien MP25 und MP26 verwenden; anstelle von KT3102A (VT5, VT6, VT11, VT17, VT18) - KT315V-KT315E, KT3102B. Wir können den Transistor KT827A (VT8) durch einen beliebigen dieser oder aus der KT829-Serie sowie KT908A, KT819G, den Transistor KT825A (VT21) - durch einen beliebigen dieser oder aus der KT853-Serie sowie KT818G ersetzen. Anstelle der Transistoren KT908A (VT4, VT16) ist es besser, KT945A mit einem größeren maximalen Kollektorstrom zu verwenden. Der Transistor MP37B (VT23) sollte entsprechend der maximalen Kollektor-Emitter-Spannung ausgewählt werden, da er an der Grenze des zulässigen Wertes arbeitet. Die Transistoren VT4, VT8, VT16, VT21 und die Dioden VD17, VD25 sind auf kleinen Kühlkörpern mit den Abmessungen 50x50x5 bzw. 40x30x3 mm verbaut. Mikroschaltungen der 564-Serie sind mit den entsprechenden Analoga der K561-Serie austauschbar. Die Oxidkondensatoren C6 und C15 bestehen aus zwei K50-24 mit je 1000 μF und zwei K52-1B mit je 100 μF, alle für eine Spannung von 63 V, parallel geschaltet. Kondensatoren C1, C2, C10, C11, C19, C20 – K50-6, C3, C4, C5, C13, C22 – K50-16, C12, C14, C21, C23 – K73-17. Mikroamperemeter RA1, RA2 - M4205 für einen Strom von 100 μA. Alle Details des Gerätes werden vorab überprüft. In der Version des Autors ist das Netzteil auf mehreren Platinen aufgebaut. Beim Aufbau eines Gerätes verwenden Sie am besten ein Oszilloskop. Es ist mit dem Emitter des Transistors VT4 verbunden. Der Schieber des Widerstands R28 ist auf die mittlere Position eingestellt und der Widerstand R22 ist vorübergehend abgelötet. Schließen Sie das Netzteil an das Netzwerk an. Am Emitter des Transistors VT4 sollten Rechteckimpulse erscheinen. Liegt keine Spannung an, sollten Sie zunächst sicherstellen, dass das Relais K1 funktioniert. Andernfalls wird das Relais durch Auswahl des Widerstands R1 bei einer minimalen Netzspannung (190 V) aktiviert. Danach wird die Kollektor-Emitter-Spannung des Transistors VT8 gemessen. Sie sollte zwischen 1,5 und 2 V liegen und bei einer Änderung der Ausgangsspannung gleich bleiben. Das Schalten des Schaltstabilisators erfolgt, wenn die Kollektor-Basis-Spannung des Transistors VT9 ungefähr 0,9 V beträgt. Wenn sie erhöht werden muss, sollten eine oder mehrere Dioden in Durchlassrichtung an den Emitterkreis des Transistors VT7 angeschlossen werden. Die Schaltfrequenz hängt in geringem Maße vom Widerstandswert der Widerstände R17 (mit abnehmendem Wert nimmt die Frequenz ab) und R15 (mit zunehmendem Wert nimmt die Frequenz ab) ab. Die Widerstände R27 und R29 wählen die minimalen und maximalen Werte der Ausgangsspannung (3 und 30 V). An den Ausgang des Stabilisators wird nun eine Last (oder ein Äquivalent) mit einem Widerstand von ca. 3 Ohm und einer Leistung von mindestens 27 W angeschlossen, nachdem zuvor die Ausgangsspannung auf ca. 5 V eingestellt wurde. Die Ausgangsspannung stufenlos erhöhen, vornehmen Stellen Sie sicher, dass der Strom in der Last 3 A nicht überschreitet. Außerdem sollten Sie die Form der Impulse kontrollieren. Wenn die Dauer der Pausen zwischen den Impulsen weniger als 1/5 der Periode beträgt, können die Schwingungen ausfallen. In diesem Fall ist es erforderlich, die Induktivität des Induktors durch Verwendung eines größeren Magnetkreises oder durch Erhöhung der Windungszahl zu erhöhen. Anschließend wird ein Mikroammeter zur Messung des Laststroms kalibriert. Um die Spannung am Ausgang des Netzteils zu messen, können Sie ein Mikroamperemeter mit einem zusätzlichen Widerstand mit einem Widerstand von ca. 300 kOhm einschalten. Als nächstes wird der Widerstand R22 eingelötet. Der Schieberegler des Widerstands R32 ist auf die obere Position (gemäß Diagramm) und der Widerstand R28 auf die minimale Spannung eingestellt. An den Ausgang des Stabilisators ist ein Widerstand mit einem Widerstand von 40 Ohm angeschlossen. Schließen Sie das Netzteil an das Netzwerk an und stellen Sie durch Erhöhen der Ausgangsspannung den Laststrom auf 250 mA ein. Anschließend stellen sie mithilfe des Widerstands R1 (siehe Abb. 2) sicher, dass der Schutz funktioniert und die HL1-LED aufleuchtet. Bei einer negativen Spannungsquelle wird der minimale Schutzansprechstrom durch den Widerstand R2 eingestellt. Danach wird der Schieber des Widerstands R32 in die untere (gemäß Diagramm) Position bewegt. Der Lastwiderstand wird reduziert und der Strom auf 3 A eingestellt. Wenn Sie den Schieberegler des Widerstands R32 nach oben bewegen (gemäß Diagramm), bemerken Sie den Moment, in dem der Schutz anspricht. Jetzt sollten Sie den Widerstand des entfernten Teils des Widerstands R32 messen, einen Widerstand mit ähnlichem Wert installieren und ihn entsprechend dem Schutzbetriebsstrom kalibrieren. Die negative Spannungsschulter wird auf die gleiche Weise eingestellt. Abschließend messen Sie mit einem Oszilloskop die Welligkeitsspannung bei maximalem Laststrom. Wenn die Welligkeit 30 mV überschreitet, installieren Sie zusätzliche Kondensatoren C11 und C20 (im Diagramm in Abb. 1 als gestrichelte Linien dargestellt). Es kann vorkommen, dass sich bei schnellem Drehen des Schiebers des Widerstands R28 (R56) die Ausgangsspannung noch ändert, obwohl der Schieber bereits stillsteht. In diesem Fall muss der obere Anschluss des Widerstands R21 abgelötet und mit dem Kollektor von verbunden werden Transistor VT4 (dargestellt durch die gestrichelte Linie). Der untere Anschluss des Widerstands R49 sollte ebenfalls abgelötet und mit dem Verbindungspunkt der Elemente R2, C2, VD6 verbunden werden (siehe Abb. 1). Der Widerstandswert der Widerstände R21 und R49 muss auf 20 kOhm erhöht werden. Die Effizienz des Kompensationsstabilisators kann gesteigert werden, wenn anstelle von VT8 und VT21 Transistoren mit niedrigerer Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung unter Berücksichtigung der Empfehlungen [4] verwendet werden. Anstelle von MP37B (VT23) ist es besser, einen Germaniumtransistor mit einer hohen zulässigen Kollektor-Emitter-Spannung zu verwenden, zum Beispiel GT404V, GT404G. Literatur
Autor: G. Balashov, Schadrinsk, Region Kurgan.
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