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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Wir verteidigen uns ... in der Ernährung. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Schutz der Geräte vor Notbetrieb des Netzes, unterbrechungsfreie Stromversorgungen Beim Betrieb von Geräten über ein Wechselstromnetz kommt es häufig vor, dass die Stromversorgung ausfällt und „die Lebensdauer der übrigen Geräte zerstört“. Wenden wir uns der Stromversorgungsschaltung (PSU) zu, die in Abb. eines.
Durch die geschlossenen Kontakte des Netzschalters SA220 und der Sicherung FU1 fließt im Stromkreis der Primärwicklung des Transformators T1 Wechselstrom mit einer Spannung von 1 V, der bei Ausfall des Transformators T1 das Netzteil vor völliger Zerstörung schützt. Der Netzfilter C5-L1-L2-C6 lässt keine Störungen vom Netzwerk in das Gerät und umgekehrt in das Netzwerk zu – Störungen, die beim Betrieb des mit Strom versorgten Funkgeräts auftreten. An die Sekundärwicklung T1 sind ein Gleichrichter und ein kapazitiver Filter angeschlossen, deren Kondensatoren bei hohen Betriebsströmen (C9 -100000 µF) eine große Kapazität aufweisen. Wenn sie im Moment des Einschaltens aufgeladen werden, entsteht ein sehr großer Stromimpuls, der nicht nur die Sicherung FU1 durchbrennen kann, sondern auch die Gleichrichterdioden (VD2, VD3) durchbrechen kann, was dazu führt, dass durch sie Wechselstrom fließt Filterkondensatoren, wodurch diese erhitzt werden und eine Explosion verursacht wird. Um sich davor zu schützen, sollte der Anlaufstrom des Netzteils begrenzt werden, indem der Widerstand R1 in Reihe mit der Primärwicklung T7 geschaltet wird, der nach einigen Sekunden über die (zur Zuverlässigkeit) für a ausgelegten Relaiskontakte K1.1 kurzgeschlossen wird Strom von 5...10 A. Die Verzögerungszeit zum Einschalten der Stromversorgung wird durch den Widerstand R11 und die Kapazität C11 bestimmt. Unmittelbar nach dem Einschalten überbrückt C11 die Wicklung von Relais K1 und verhindert so dessen Betrieb. Wenn C11 aufgeladen wird, steigt die Spannung an ihm, und wenn sie die Ansprechspannung von Relais K1 erreicht, schaltet dieses ein und schließt mit den Kontakten K1.1 R7 kurz, wodurch der Betriebsstrom in der Primärwicklung des Transformators T1 bereitgestellt wird. Die VD7-Diode dient dazu, Spannungsspitzen an der Relaiswicklung beim Auslösen zu unterdrücken. Der Einsatz von Diodenbrücken in Wechselstromgleichrichtern ist sehr praktisch, zumal diese in Blockbauweise gefertigt und einfach zu installieren sind. Bei einem Anstieg des vom Netzteil an die Last gelieferten Stroms entsteht jedoch das Problem eines „Einbruchs“ der Versorgungsspannung unter Last, der in einer Brückenschaltung aufgrund zweier in Reihe geschalteter Dioden zunimmt (der gesamte Spannungsabfall über ihnen beträgt bis zu 1.4 V für Siliziumdioden oder bis zu 0,8 V für Germanium- und Schottky-Dioden). Durch den Umbau des Gleichrichters von einer Brücke zu einer Schaltung mit Mittelpunkt erhalten wir einen Spannungsabfall von etwa 0,7 V für Siliziumdioden und 0,3 bis 0,4 V für Germanium- und Schottky-Dioden. Der Einsatz von Schottky-Dioden ist auch deshalb gerechtfertigt, weil sie weniger Leistung verbrauchen und dadurch die Größe der Strahler reduziert wird, auf denen die Dioden bei hohen gleichgerichteten Strömen installiert sind. Das Wickeln der Sekundärwicklung eines Leistungstransformators wird komfortabler, da der Durchmesser des Wicklungsdrahts abnimmt (der Strom, der in jeder Hälfte der Wicklung fließt). Adern die Hälfte des Gesamtstroms am Ausgang des Gleichrichters). Zwar müssen Sie doppelt so viele Windungen wickeln, aber bei einer niedrigen Ausgangsspannung ist das nicht allzu schwierig, da es nur wenige Windungen gibt. Bei Hochspannungsgleichrichtern empfiehlt sich eher der Einsatz von Gleichrichterbrücken. Parallel zu jeder Gleichrichterdiode ist ein Kondensator (C7, C8) geschaltet. Diese Kondensatoren schützen die Stromversorgung vor dem sogenannten „multiplikativen“ Hintergrund, bei dem die Gleichrichterdioden wie Antennen auf HF-Störungen aus dem Netzwerk reagieren. Für den Betrieb des dem Filter nachgeschalteten Regeltransistors des Serienlinearstabilisators ist eine bestimmte Mindestspannungsdifferenz Kollektor-Emitter bei Bipolartransistoren (BT) bzw. Drain-Source bei Feldeffekttransistoren (FET) erforderlich, bei der sie noch arbeiten . Bei leistungsstarken BTs beträgt diese 3...5 V und bei leistungsstarken PTs 0,5...3 V. Daraus ergibt sich bei einem maximalen Laststrom von 30 A und einer Stabilisator-Ausgangsspannung von 13,8 V die Spannung an der Source des Transistors VT2 sollte 13,8+0,5=14,3 (V) nicht unterschreiten. Auf diese Weise können Sie die minimal erforderliche Kapazität C9 im fertigen Netzteil auswählen, indem Sie dessen Ausgang mit dem maximalen Strom (z. B. 30 A) belasten und den Spannungsabfall am Steuertransistor messen. Die Bereitstellung dieser Spannung schadet natürlich nicht im Sinne einer Kompensation einer Abnahme der Netzspannung, ist jedoch mit einem Anstieg der Verlustleistung des VT2-Transistors verbunden, was dazu führt, dass die Spannung erhöht werden muss Größe des Kühlers, auf dem dieser Transistor installiert ist. Tatsächlich werden bei einem Strom von 30 A und einem Spannungsabfall von 0,5 V 2-0,5 = 30 (W) an VT15 verbraucht, und bei gleichem Strom, aber einem Spannungsabfall von 3 V - 3 · 30 = 90 (W) . Der Unterschied ist ziemlich groß! Das Diagramm des beschriebenen Stabilisators (ohne Schutzvorrichtungen) ist [1] entlehnt (zusätzliche Details führen die Bezeichnungen des Originals fort). Die hohen Qualitätsmerkmale des vorliegenden Stabilisators sind auf die Verwendung eines leistungsstarken p-Kanal-Feldeffekttransistors IRL2505 zurückzuführen. Um den Stabilisierungskoeffizienten zu erhöhen, verwendet das Netzteil eine „einstellbare Zenerdiode“ – die Mikroschaltung TL431 (inländisches Analogon – KR142EN19). Diese Mikroschaltung wird im TO-92-Gehäuse hergestellt (Abb. 2). Die interne Struktur des IC ist in Abb. dargestellt. 3, die maximal zulässigen Parameter sind in der Tabelle angegeben. Die Einstelleigenschaften des TL431 werden durch die Grafiken in Abb. veranschaulicht. 4.
Der Transistor VT1 im Netzteil (Abb. 1) ist ein Anpassungstransistor, die Zenerdiode VD1 stabilisiert die Spannung in ihrem Basiskreis. Die Ausgangsspannung des Stabilisators kann nach folgender Formel berechnet werden: Uout=2.5(1+R5/R6) Der Stabilisator funktioniert wie folgt. Nehmen wir an, wenn eine Last angeschlossen wird, sinkt die Ausgangsspannung des Stabilisators. Dann sinkt auch die Spannung am Mittelpunkt des Teilers R5-R6. Chip DA1. Als Parallelstabilisator verbraucht er weniger Strom und der Spannungsabfall an seiner Last (Widerstand R2) nimmt ab. Dieser Widerstand befindet sich im Emitter-Target des Transistors VT1, daher schließt der Transistor bei einer stabilisierten Spannung an der Basis von VT1 und sorgt so für einen Spannungsanstieg am Gate des Regeltransistors VT2, der stärker öffnet und kompensieren den Spannungsabfall am Ausgang des Netzteils. Der Widerstand R6 stellt die Ausgangsspannung ein. Die Zenerdiode VD6 ist zwischen Source und Gate VT2 geschaltet. dient dem Schutz des Spannungswandlers vor Überschreitung der zulässigen Gate-Source-Spannung und ist ein zwingendes Element in Stabilisatoren mit erhöhter Eingangsspannung (ab 15 V). Ein Stabilisator ist für jeden gut, aber was passiert, wenn der Laststrom den Grenzwert für den Regeltransistor überschreitet (es entsteht ein Kurzschluss)? Unter Beachtung seines Betriebsalgorithmus öffnet sich VT2 vollständig und fällt dann aus aufgrund einer Kanalüberhitzung. Um den maximalen Strom durch den Spannungswandler zu begrenzen, können Sie den Betriebsmodus des Transistors VT1 auswählen. Dennoch ist es sicherer, einen besonderen Schutz zu nutzen. Beispielsweise auf einem Optokoppler, wie in [2] beschrieben. Dieser Schutz wird im vorgeschlagenen BP in leicht modifizierter Form dargestellt. Der parametrische Stabilisator an der Zenerdiode VD4 liefert eine Spannung von 6,2 8. Für eine größere Stabilität dieser Spannung wird mit dem Lastwiderstand R8 der Arbeitspunkt von VD4 näher an die Mitte seiner Kennlinie gebracht (IVD410 mA). Das Rauschen der Zenerdiode wird durch den Kondensator SY blockiert. Die Ausgangsspannung des Stabilisators wird mit der resultierenden Referenzspannung über die Kette verglichen: Optokoppler LED VU 1 - Diode VD5-Begrenzungswiderstand R10. Während die Ausgangsspannung des Stabilisators höher (negativer) als die Referenzspannung ist, ist die VD5-Diode gesperrt und es fließt kein Strom durch die LED. Wenn die Ausgangsklemmen am rechten (gemäß Diagramm) Anschluss des Widerstands R10 kurzgeschlossen werden, verschwindet die negative Spannung, die Referenzdiode VD5 öffnet sich, die Optokoppler-LED leuchtet auf und der Optokoppler-Phototriac funktioniert, was wird das Tor schließen VT2 mit der Quelle, und der Transistor wird geschlossen. Der Ausgangsstrom des Stabilisators wird gestoppt. Um das Netzteil in den Betriebszustand zu versetzen, schalten Sie es mit dem Netzschalter SA1 aus. Beseitigen Sie den Kurzschluss und schalten Sie ihn wieder ein. Der Schutz kehrt in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Der Einsatz solcher Stabilisatoren am Spannungswandler macht eine Schutzschaltung gegen Überspannung durch Durchschlag des Steuertransistors überflüssig, da diese Spannung hier nur um 0.5...1 V ansteigt. Für kritischere Geräte können wir eine „harte“ Schaltung vorschlagen. Begrenzerschaltung, im Westen „harter“ Begrenzer genannt. „Crow Bar“. Das Schutzprinzip bei Überschreitung der eingestellten Schwellenspannung am Ausgang des Stabilisators besteht darin, eine mit der Last in Reihe geschaltete Sicherung über einen leistungsstarken Thyristor durchzubrennen. Falls gewünscht, kann ein solcher Schutz in andere Stabilisatoren eingeführt werden. Der Stabilisator wird auf einer Leiterplatte mit den Maßen 52x55 mm platziert. Die Platinenzeichnung ist in Abb. dargestellt. 5, und die Anordnung der Elemente ist in Abb. 6. In Abb. In 1 ist dieser Knoten mit einer gepunkteten Linie umkreist. Die Platte besteht aus doppelseitiger Glasfaserfolie mit einer Dicke von 1...1.5 mm. Die Folie auf der Unterseite der Platine ist mit der Minusschiene des Stabilisators verbunden. Die freien Anschlüsse des Optokopplers VU1 müssen nicht verlötet werden. Zusätzliche Schutzteile können mittels Klappmontage montiert werden, beispielsweise mit auf den VT2-Kühler geklebten Glasfaserfolienstücken als Ständer. Als K1 in der Stromversorgung können Sie ein RES9-Relais mit 12-V-Wicklung verwenden und dessen Kontaktgruppen parallel schalten. Der Überspannungsfilter besteht aus zwei Kondensatoren mit einer Kapazität von 0,01 μF für eine Betriebsspannung von 630 V und zwei dazwischen geschalteten Spulen. Die Spulen werden mit einem flachen Netzkabel auf einen Ferritstab mit einem Durchmesser von 8...10 mm und einer Länge von 140...160 mm von der magnetischen Antenne des Radios gewickelt. Das gleiche gleichzeitige Aufwickeln von Spulen auf einen Ferritring mit einer Permeabilität von 2000...10000 und einem Durchmesser von 32...60 mm bis zum Füllen ist möglich. Der Transformator für ein solches Netzteil muss eine Gesamtleistung Pr von etwa 500 W haben. Lassen Sie uns rechnen. Die Ausgangsspannung des Stabilisators beträgt 13.8 V, der maximale Strom beträgt 30 A. Der Spannungsabfall am Steuertransistor, den Dioden und den Anschlussdrähten beträgt insgesamt etwa 1 V. Die Leistung an der Sekundärwicklung des Transformators T1 P beträgt: P = (13.8 + 1) 30 = 444 ( W) Berücksichtigen wir die Verluste aufgrund der Magnetisierungsumkehr des T1-Kerns - 10 %. oder 44,4 W. Dann ist Pg=444+44.4=488,4 (W). Den Rest /P, bis zu 500 W, belassen wir als Reserve für den Eigenverbrauch des Netzteils. Der Kernquerschnitt S beträgt beispielsweise für einen W-förmigen Kern T1: S=(P)1/2=22,4 (cm2). Der Strom in der Primärwicklung beträgt 500/220 = 2.27 (A). Durchmesser des Primärwicklungsdrahtes: d1=0.8(I)1/2= 0.8-1,5= 1,2 (mm). In ähnlicher Weise berechnen wir den Durchmesser des Sekundärwicklungsdrahts und berücksichtigen dabei, dass in einer Gleichrichtungsschaltung mit Mittelpunkt der Strom in den Sekundärhalbwicklungen halb so groß ist (nicht 30, sondern 15 A). Nehmen wir eine kleine Reserve , auch für den „Eigenbedarf“ der Stromversorgung. und wir gehen davon aus, dass ein Strom von 16 A durch die Sekundärwicklungen „wandert“. Das bedeutet, dass der Durchmesser des Drahtes beträgt: d2 = 0.8(16)1/2 = 3.2(MM). Die Verwendung von Drähten mit kleinerem Querschnitt führt zu einem Anstieg des Spannungsabfalls am Eingang des Stabilisators, wodurch es nicht möglich ist, den maximalen Strom aus der Stromversorgung zu erhalten. für den es konzipiert ist. Auch die Berechnung der Anzahl der Transformatorwindungen ist für unseren Fall nicht schwierig. Anzahl der Windungen in T1-Wicklungen bei 1 V - w1: w1 = 50/S = 50/22,36 = 2.24. Windungszahl I -W1: W1=w1Ui= 2.24-220= 493 (Windung), Wicklungen 2 (sekundäre identische Wicklungen - zwei) - W2: W2 \u1d w2U2,24 \u14,8d 33-XNUMX \uXNUMXd XNUMX (Drehung). Um die Stromversorgungsparameter zu verbessern, ist es nach dem Wickeln der Sekundärwicklungen erforderlich, die Ausgangsspannungen T1 so auszugleichen, dass beide Hälften der Sekundärwicklung genau die gleichen Spannungen liefern. Überprüfen Sie vor dem Zusammenbau des Netzteils unbedingt die Nennleistung aller Teile und deren Funktionsfähigkeit. Parallel zu allen Oxidkondensatoren sollten unpolare Kondensatoren mit einer Kapazität von 0,1 ... 0,22 μF direkt an deren Anschlüsse angelötet werden. Bei der Verwendung des Netzteils als Labor ist es praktischer, die R6-Achse auf der Frontplatte des Geräts anzuzeigen und das Netzteil außerdem mit Messköpfen zur Messung von Spannung und Strom auszustatten. Das Aussehen meines Blocks ist in Abb. dargestellt. 7. Beim Arbeiten mit Funkübertragungsgeräten sollten Störungen an Stabilisatorteilen und -kabeln vermieden werden. An den Ausgangsklemmen des Netzteils wird empfohlen, einen Filter ähnlich dem Netzfilter (Abb. 1) einzubauen, mit dem einzigen Unterschied, dass die Spulen auf einen früher verwendeten Ferritring oder ein Ferritrohr gewickelt werden sollten Monitore und im Ausland hergestellte Fernsehgeräte und enthalten nur 2-3 Windungen isolierter Drähte mit großem Querschnitt, und die Kondensatoren sind für eine niedrigere Betriebsspannung ausgelegt. Informationsquellen
Autor: V.Besedin, UA9LAQ, Tjumen
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