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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Kompromiss (Preis/Qualität) Schaltstabilisator. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Überspannungsschutz Schaltspannungsstabilisatoren (ISN) erfreuen sich bei Funkamateuren großer Beliebtheit. In den letzten Jahren wurden solche Geräte auf Basis spezieller Mikroschaltungen, Feldeffekttransistoren und Schottky-Dioden gebaut. Dadurch haben sich die technischen Eigenschaften des ISN erheblich verbessert, insbesondere der Wirkungsgrad, der über 90 % „überschritt“, und gleichzeitig die Schaltung vereinfacht wurde. Allerdings sind die Teilekosten für den Zusammenbau eines solchen ISN um ein Vielfaches gestiegen. Die im Artikel beschriebene ISN ist das Ergebnis der Suche nach einem Kompromiss zwischen Qualitätsindikatoren, Komplexität und Preis. Das vorgeschlagene ISN ist nach dem Schema mit Selbsterregung aufgebaut. Es verfügt über eine ausreichend hohe Leistung und Zuverlässigkeit, ist gegen Überlastungen und Kurzschlüsse des Ausgangs sowie gegen das Auftreten einer Eingangsspannung am Ausgang im Falle eines Notausfalls des Regeltransistors geschützt. Das schematische Diagramm des ISN ist in Abb. dargestellt. 1. Seine Basis ist das gemeinsame OU KR140UD608A. Im Gegensatz zu vielen Geräten dieses Zwecks wird zur Überwachung der Ausgangsspannung und des Überlaststroms ein gemeinsamer OOS-Schaltkreis verwendet, der aus dem VT4-Transistor besteht, und der L2-Induktor (die aktive Komponente seines Widerstands) wird als Stromsensor verwendet, was ebenfalls der Fall ist Teil des LC-Filters (L2C3), der die Welligkeit der Ausgangsspannung reduziert. Die Ausgangsspannung wird durch die Zenerdiode VD2 und den Emitterübergang des Transistors VT4 bestimmt: Uout = Ube VT4 + UVD2, und der Überlaststrom ist der normalisierte aktive Widerstand der Induktivität L2: lcpa6 = Ube VT4 / Rl2- All Dadurch war es möglich, das ISN etwas zu vereinfachen, die Ausgangswelligkeitsspannung zu reduzieren und die Effizienz durch die Kombination des Stromsensors mit einem LC-Filter zu steigern. Der Nachteil einer solchen Schaltungslösung ist eine etwas überschätzte Ausgangsimpedanz des Gerätes.
Die wichtigsten technischen Eigenschaften des ISN sind wie folgt (erhalten mit LATR, einem Abwärtstransformator ~ 220 / ~ 18 V und einem Vollweggleichrichter mit Glättungskondensator):
Bei Stromversorgung aus einer stabilisierten Gleichstromquelle bleibt das Gerät betriebsbereit, wenn die Eingangsspannung fast auf den offenen Zustand des Transistors VT3 absinkt. Ein weiterer Abfall der Eingangsspannung führt zu einem Zusammenbruch der Erzeugung, VT3 bleibt jedoch geöffnet. Tritt gleichzeitig eine Überlastung oder ein Kurzschluss am Ausgang auf, wird die Erzeugung wiederhergestellt und der Stabilisator beginnt im Strombegrenzungsmodus zu arbeiten. Diese Eigenschaft ermöglicht den Einsatz als elektronische Sicherung ohne „Latch“. Der Stabilisator funktioniert wie folgt. Aufgrund des unterschiedlichen Widerstandsverhältnisses der Teilerwiderstände R6R7 und R8R9 ist die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1 zum Zeitpunkt des Einschaltens größer als am invertierenden, also ein hoher Pegel an seinem Ausgang eingestellt. Die Transistoren VT1-VT3 öffnen sich und die Kondensatoren C2, C3 beginnen sich aufzuladen und die Spule L1 beginnt, Energie zu speichern. Nachdem die Spannung am Ausgang des Stabilisators einen Wert erreicht hat, der dem Durchbruch der Zenerdiode VD2 und dem Öffnen des Transistors VT4 entspricht, wird die Spannung am nichtinvertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA1 geringer als am invertierenden (aufgrund der Überbrückung von R9 mit dem Widerstand R10) und an seinem Ausgang wird ein niedriger Pegel eingestellt. Dadurch schließen die Transistoren VT1-VT3, die Spannungspolarität an den Anschlüssen der Spule L1 ändert sich schlagartig ins Gegenteil, die Schaltdiode VD1 öffnet und die in der Spule L1 und den Kondensatoren C2, C3 gespeicherte Energie wird auf die Last übertragen . In diesem Fall sinkt die Ausgangsspannung, die Zenerdiode VD2 und der Transistor VT4 schließen, am Ausgang des Operationsverstärkers erscheint ein hoher Pegel und der Transistor VT3 öffnet wieder, wodurch ein neuer Betriebszyklus des Stabilisators beginnt. Wenn der Laststrom über den Nennwert hinaus ansteigt, beginnt der zunehmende Spannungsabfall am aktiven Widerstand der Spule L2, den Transistor VT4 stärker zu öffnen, die Stromrückkopplung wird vorherrschend und die Zenerdiode VD2 schließt. Durch die Wirkung des OOS stabilisiert sich der Ausgangsstrom und die Ausgangsspannung und der Eingangsstrom nehmen ab, wodurch der sichere Betrieb des Transistors VT3 gewährleistet wird. Nach Beseitigung der Überlast oder des Kurzschlusses kehrt das Gerät in den Spannungsstabilisierungsmodus zurück. Die Strom-Spannungs-Kennlinien des Stabilisators sind in Abb. 2 dargestellt. XNUMX.
Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, bilden die Transistoren VT1 und VT3 einen Verbundtransistor. Ein solcher Schaltungsaufbau ist optimal, wenn er als Schlüsselelement eines Bipolartransistors verwendet wird, da in diesem Fall bei relativ geringen Steuerströmen ein relativ geringer Spannungsabfall am offenen Transistor VT3 gegeben ist. In diesem Fall ist der Transistor VT1 gesättigt, was zu optimalen statischen Verlusten des Verbundtransistors führt, und VT3 ist nicht gesättigt, was zu optimalen dynamischen Verlusten führt. Als Stromsensor VT4 kommt ein leistungsstarker Transistor der KT817-Serie zum Einsatz. Prinzipiell ist es hier auch möglich, einen günstigeren Low-Power-Transistor zu verwenden, allerdings beträgt bei leistungsstarken Transistoren mit niedrigen Betriebsströmen (wie in diesem Fall) die Öffnungsspannung des Emitterübergangs nur etwa 0,4 V, während bei Low-Power-Transistoren die Öffnungsspannung des Emitterübergangs nur etwa 3102 V beträgt. Bei Leistungstransistoren, zum Beispiel KT0,55, beträgt sie etwa XNUMX V. Somit ist bei gleichem Schutzauslösestrom der Widerstand des Messwiderstands bei Verwendung eines leistungsstarken Transistors geringer, was zu einem Effizienzgewinn führt Der Stabilisator. Wie bereits erwähnt, ist im beschriebenen ISN ein Schutz gegen das Auftreten einer Eingangsspannung am Ausgang während eines Durchbruchs des Regeltransistors VT3 vorgesehen. In diesem Fall beträgt die Spannung an der Zenerdiode VD3 mehr als 15 V, der Strom im Leistungskreis steigt stark an und die Sicherung FU1 brennt durch. Es wird davon ausgegangen, dass letztere durchbrennt, bevor dies bei der Zenerdiode der Fall ist (aufgrund thermischer Überlastung). Eine Unfallsimulation (Kurzschluss der VT3-Kollektor- und Emitteranschlüsse) zeigte, dass die Zenerdioden KS515A (in einem Metallgehäuse) die vom ISN versorgten Geräte perfekt schützen: Wenn die Sicherung durchbrennt, bleiben sie bei Ausfall „in der Tiefe“ Kurzschluss (nicht unterbrechen). Die gleichen Ergebnisse wurden beim Testen der Zenerdioden KS515G sowie ähnlicher importierter Dioden (in Kunststoffgehäusen) erzielt. Ähnliche Zenerdioden in Glasvitrinen verhielten sich unbefriedigend – es gelang ihnen, gleichzeitig mit der Sicherung durchzubrennen. Im ISN können Sie alle Transistoren der im Diagramm angegebenen Serie verwenden (außer KT816A als VT1). Oxidkondensatoren C2, C3 - im Ausland hergestellte Marke SR (ungefähres Analogon von K50-35). Im Rahmen des Prototypings des Stabilisators wurde die Möglichkeit des Einsatzes der Operationsverstärker KR140UD708, KR140UD8A-KR140UD8V, KR544UD1 A, KR544UD2A, KR544UD2B, KR574UD1A, KR574UD1 B geprüft. Gleichzeitig wurden die Wandlungsfrequenz, die Art der Schaltvorgänge und Die Effizienz hat sich etwas verändert. Der am besten geeignete Ersatz für KR140UD608 ist KR140UD708 (er hat die gleiche „Pinbelegung“). Achtung: In der Praxis des Autors wurden diese Operationsverstärker mit einer „umgekehrten“ Anordnung der Eingänge angetroffen, d. h. der nicht invertierende Eingang war angeschlossen an Pin 2, und der invertierende Eingang wurde an Pin 3 angeschlossen !). Dass es sich um die OU KR140UD708 handelt, wurde durch die Markierung auf dem Gehäuse angezeigt. Der Speicherinduktor L1 ist in einem gepanzerten Magnetkern aus zwei Bechern 422 M2000NM mit einem Spalt von etwa 0,2 mm platziert, der durch zwei Lagen selbstklebendes Papier gebildet wird. Dies geschieht auf folgende Weise. Schneiden Sie aus einem Blatt selbstklebendem Papier ein Quadrat aus, das etwas größer ist als der Außendurchmesser des Bechers. Nach dem Entfernen der Schutzschicht wird das Papier mit der Klebeseite nach oben auf eine harte und ebene (nicht glatte) Oberfläche gelegt. Dann wird einer der Becher mit der Spitze nach unten auf den Ausleger gestellt und fest am Papier gerieben. Dadurch klebt das Papier so stark am Becherende, dass es nicht schwer ist, den Überschuss mit einem scharfen Skalpell entlang der Konturfragmente abzuschneiden. Auf die gleiche Weise wird die Dichtung auf den zweiten Becher geklebt. Die Spule ist mit PEL 1,0-Draht auf einen zusammenklappbaren Rahmen gewickelt, bestehend aus einem Bolzen von 50 ... 100 mm Länge mit einem M4-Gewinde an beiden Enden, zwei restriktiven Wangenscheiben mit einem Durchmesser von 16 und einer Dicke von 0,5 mm, Buchsen mit einem Außendurchmesser von 10, einem Innendurchmesser von 5 und 7,5 mm Länge und zwei M4-Muttern. Der Rahmen wird auf einem Bolzen montiert (in der Reihenfolge: Mutter, Unterlegscheibe, Hülse, Unterlegscheibe, Mutter) und Spule an Spule fest angezogen, die Spule wird gewickelt - 20 Windungen in drei Reihen (7 + 7 + 6). Nach dem Aufwickeln werden seine Schlussfolgerungen um ca. 90° verdreht (damit sich die Windungen nicht „spreizen“) und der Rahmen vorsichtig auf einer Seite demontiert. Anschließend wird die Spule unter Halten der Windungen vorsichtig aus dem Rahmen genommen und in einen der Becher eingesetzt, die Leitungen werden aufgedreht und in die entsprechenden Schlitze im Becher gelegt. Durch die federnden Eigenschaften des Drahtes wird die Spule recht gut im Becher fixiert. Damit die Spule bei der Wandlungsfrequenz nicht „quietzt“, wird der Becher mit der Wicklung einige Zeit in einen Tank mit Nitrolack getaucht, dann herausgenommen und der Lack abtropfen gelassen. Danach wird der Becher auf eine Spannschraube aufgesetzt, die zuvor in das entsprechende Loch in der Platine eingeführt wurde, ein zweiter Becher wird aufgesetzt und die so erhaltene Einheit wird mit einer Schraube mit Mutter und Unterlegscheibe festgezogen. Nach dem Trocknen des Lackes werden die Spulenanschlüsse sorgfältig gereinigt, verzinnt und an die entsprechenden Kontakte der Platine angelötet. Anschließend werden die restlichen Teile montiert. Der Spulenstromsensor L2 ist in einem Magnetkreis aus zwei Bechern Ch14 aus Ferrit derselben Marke wie die Spule L1 und derselben dielektrischen Dichtung angeordnet. Zum Wickeln wird ein 0,5 mm langer PEL 700-Draht verwendet, eine Imprägnierung mit Lack ist nicht erforderlich. Diese Spule kann auch anders hergestellt werden, indem ein Draht mit dem angegebenen Durchmesser und der angegebenen Länge auf eine Standarddrossel DPM-0,6 gewickelt wird. In diesem Fall nimmt jedoch die Effizienz der Impulsunterdrückung bei der Umwandlungsfrequenz geringfügig ab. Der Stabilisator ist auf einer Leiterplatte aus einseitiger Glasfaserfolie montiert, deren Zeichnung in Abb. 3 dargestellt ist. XNUMX.
Soll der ISN mit maximalem Laststrom genutzt werden, muss der VT3-Transistor auf einem Kühlkörper in Form einer Aluminiumplatte mit einer Fläche von 100 m2 und einer Dicke von 1,5 ... 2 mm installiert werden. Wenn jedoch ein langfristiger Betrieb des Geräts im Modus einer Stromquelle oder eines Kurzschlusses zu erwarten ist, wird auf demselben Kühlkörper auch eine Schaltdiode VD1 durch eine isolierende Dichtung (z. B. Glimmer) befestigt. Bei Lastströmen von weniger als 1 A ist kein Kühlkörper für den VT3-Transistor und die VD1-Diode erforderlich. In diesem Fall muss jedoch der Schutzauslösestrom auf 1,2 A reduziert werden, indem die L2-Spule durch einen C5-16-Widerstand ersetzt wird mit einem Widerstand von 0,33 Ohm und einer Leistung von 1 W. Die beschriebene ISN muss praktisch nicht angepasst werden. Es kann jedoch erforderlich sein, den Schutzauslösestrom zu klären, für den der Draht der L2-Spule zunächst länger sein sollte. Nach dem Anlöten an die entsprechenden Kontakte der Platine wird es schrittweise gekürzt, bis der erforderliche Schutzauslösestrom erreicht ist, und dann wird die L2-Spule auf die oben beschriebene Weise gewickelt. Bei Lastströmen über 4 A keinen Stabilisator verwenden. Die Begrenzung hängt hauptsächlich mit dem maximal zulässigen Impulsstrom des Kollektors des KT805-Serientransistors zusammen (8 A bei timp < 200 ms bei Q=1,5), der prinzipiell unter ungünstigen Bedingungen auftreten kann. Autor: A. Moskvin, Jekaterinburg
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