Spannungswandler 2,4/8 V zur Stromversorgung des Sicherheitsalarms. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Spannungswandler, Gleichrichter, Wechselrichter

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Der Autor schlägt am Beispiel eines Sicherheitsalarms eine Spannungswandleroption zur Stromversorgung von Geräten vor, die für eine 6F22-Batterie („Krona“) ausgelegt sind, aus zwei Nickel-Metallhydrid-Batterien der Größe AAA.

Einige Geräte mit eigener Stromversorgung arbeiten fast ununterbrochen und verbrauchen im Standby-Modus die meiste Zeit und nur kurzzeitig einen geringen Strom – zehnmal mehr. Ein Beispiel für ein solches Gerät ist ein autonomer Sicherheitsalarm mit integriertem IR-Bewegungssensor und akustischem Sender (Abb. 1). Im Standby-Modus überschreitet der vom Alarm aufgenommene Strom Bruchteile eines Milliampere nicht und steigt bei Alarmsignal auf 50...60 mA.

Reis. 1. Autonomer Sicherheitsalarm mit integriertem IR-Bewegungssensor und akustischem Sender

Für die Stromversorgung dieses Geräts gelten widersprüchliche Anforderungen. Einerseits muss es eine Spannung von 6...9 V und einen Ausgangsstrom von mehreren zehn Milliampere haben, um eine ausreichende Lautstärke des Alarmsignals zu gewährleisten, andererseits muss es eine große Kapazität und kleine Abmessungen haben. Zur Stromversorgung dieses Geräts wird eine 6F22-Batterie („Krona“) verwendet.

Natürlich gibt es galvanische Zellenbatterien oder Batterien ähnlicher Größe, die diese Anforderungen erfüllen, aber sie sind nicht billig. Wenn Sie billige verwenden, liefern diese möglicherweise nicht den erforderlichen Strom; sie haben normalerweise einen hohen Selbstentladungsstrom und müssen daher häufig ausgetauscht werden.

Eine Möglichkeit zur Lösung dieses Problems besteht in der Verwendung von Nickel-Cadmium-, Nickel-Metallhydrid-Batterien oder galvanischen Zellen der Größe AA und einem Aufwärtsspannungswandler zur Stromversorgung des Alarms. Ein solcher Konverter kann auf Basis einer speziellen Mikroschaltung NCP1400ASN50T1 zusammengebaut werden; seine Schaltung ist in Abb. dargestellt. 2. Dieser Chip dient zum Aufbau eines stabilisierten Schaltspannungswandlers mit einer Ausgangsspannung von 5 V. Der Chip arbeitet so, dass er an seinem OUT-Eingang (Pin 2) die vorgegebene konstante Spannung aufrechterhält. Um am Ausgang des Wandlers etwa die doppelte Spannung zu erhalten, werden zwei Gleichrichter an den Dioden VD1 und VD2 verwendet und die Speicherdrossel L1 mit einer Anzapfung ausgeführt.

Reis. 2. Konverterschaltung basierend auf dem NCP1400ASN50T1-Chip

Unabhängig vom Ausgangsstrom verbraucht der Wandler selbst jedoch weiterhin Strom aus der Stromversorgung. Um dies zu reduzieren, können Sie den Konverter regelmäßig ausschalten und den Alarm während einer Betriebspause über einen Speicherkondensator mit Strom versorgen. Genau das geschieht in diesem Gerät, da die Mikroschaltung über einen CE-Steuereingang (Pin 1) verfügt. Der Wandler wird durch den Feldeffekttransistor VT1 ein- und ausgeschaltet.

Unmittelbar nach dem Anlegen der Versorgungsspannung wird der Kondensator C3 entladen, der Transistor geschlossen und ein hoher Pegel an den CE-Eingang angelegt, wodurch der Wandler eingeschaltet wird. Das Laden des Kondensators C3 beginnt, und wenn die Spannung am Gate des Transistors ausreicht, um ihn zu öffnen, sinkt die Spannung am CE-Eingang der Mikroschaltung auf nahezu Null und der Wandler schaltet ab. Wenn der Kondensator C3 leicht entladen ist, schließt der Transistor und der Wandler schaltet sich wieder ein.

Dadurch ist der vom Wandler im Standby-Betrieb aufgenommene Strom gepulst und die Spannung am Kondensator schwankt zwischen zwei Werten Umin und Umax (Abb. 3). Die Amplitude des Stromimpulses beträgt etwa 200 mA, die Impulsdauer beträgt etwa 1 ms, die Wiederholperiode beträgt etwa 1,5 s. Daher überschreitet der durchschnittliche Strom, der in diesem Modus von der Stromquelle verbraucht wird, 1 mA nicht.

Reis. 3. Diagramme von Spannungs- und Stromänderungen

Aufgrund der Tatsache, dass der Alarm im Versorgungsspannungsbereich von 7 bis 10 V normal funktioniert, wurde beschlossen, die Ausgangsspannung (mithilfe des Trimmerwiderstands R3) auf 7,5 bis 8 V einzustellen. Dadurch schaltet sich der Wandler periodisch ein und aus, wobei die Ausgangsspannung auf dem angegebenen Wert gehalten wird. Daher ist die Instabilität der Ausgangsspannung relativ hoch – ±0,5 V, was jedoch keinen Einfluss auf die Funktion des Alarms hat. Wenn der Akku entladen ist, verringert sich die Einschaltdauer. Ohne Feldeffekttransistor beträgt die Ausgangsspannung des Wandlers 9...9,5 V.

Wenn der Alarm in den Alarmmodus wechselt, verkürzt sich die Einschaltdauer des Konverters stark. Sinkt die Ausgangsspannung unter 8 V, schließt der Feldeffekttransistor und der Wandler arbeitet kontinuierlich. Die thermische Stabilität der Ausgangsspannung wird hauptsächlich durch die Parameter des Feldeffekttransistors bestimmt. In diesem Fall ist der Temperaturkoeffizient der Spannung negativ und beträgt mehrere Millivolt pro Grad Celsius.

Wenn der Alarm mit dem Standardschalter ausgeschaltet wird, arbeitet der Konverter weiter, aber die Einschaltdauer verlängert sich um ein Vielfaches und der von der Stromquelle aufgenommene Strom nimmt ab. Daher kann in manchen Fällen auf den Einbau eines speziellen Schalters im Stromversorgungskreis des Konverters verzichtet werden und bei längerer Lagerung im ausgeschalteten Zustand müssen die Batterien oder galvanischen Zellen einfach aus dem Batteriefach entnommen werden . Auf Wunsch können Sie aber einen zusätzlichen Schalter einbauen, dafür ist im Alarmgehäuse genügend Platz vorhanden.

Die meisten Elemente sind beidseitig auf einer Leiterplatte aus 1,5 mm dicker Glasfaserfolie montiert; deren Zeichnung ist in Abb. 4. Alle Elemente werden auf eine Seite gelegt, die zweite bleibt metallisiert. Der Konverter verwendet Festwiderstände für die Oberflächenmontage der Standardgröße 1206, aber auch MLT, S2-23, Trimmer – SP3-19, Oxidkondensatoren – Tantal für die Oberflächenmontage sind geeignet. Anstelle von SS12-Dioden können Sie gepulste oder Detektor-Germaniumdioden oder Schottky-Dioden mit geringer Leistung verwenden, die für einen Durchlassstrom von mindestens 60 mA ausgelegt sind. Der Induktor ist auf einen Ferritring mit einem Durchmesser von 6...9 mm vom elektronischen Vorschalttransformator einer Kompaktleuchtstofflampe gewickelt und enthält neun Windungen PEV-2 0,4-Draht mit einer Anzapfung ab der vierten, entsprechend von links gezählt zum Ausgangskreis.

Reis. 4. Zeichnung einer Leiterplatte und Anordnung der Elemente darauf

Reis. 5. Montierte Platine

Die lange Seite der Platine (unten in Abb. 4) ist mit einer 26x50 mm großen Unterlage aus einseitiger Glasfaserfolie verlötet (Abb. 5). An den Schmalseiten des Sockels sind Kontakte zur Aufnahme von Batterien oder galvanischen Zellen angelötet (Abb. 6). Dazu werden auf der Grundplatine bedruckte Pads zum Anlöten von Haltern ausgeschnitten. Dadurch „passt“ der Konverter in die Gesamtabmessungen einer 6F22-Batterie und wird im Batteriefach des Alarms platziert (Abb. 7).

Reis. 6. Montierte Platine

Reis. 7. Batteriefach des Signalgebers

Reis. 8. Der Konverter im Batteriefach des Multimeters der DT-83X-Serie

Dieser Konverter kann auch zur Stromversorgung von Multimetern der DT-83X-Serie (Abb. 8) verwendet werden; er passt in das Batteriefach. Dazu müssen der Feldeffekttransistor und alle Widerstände nicht auf der Platine installiert werden, und der CE-Eingang (Pin 1) der Mikroschaltung wird mit dem Pluspol des Kondensators C1 verbunden. Die Anzahl der Gasdrehungen beträgt 10, mit einem Hahn aus der Mitte. Da das Multimeter selten verwendet wird, sollte im Stromversorgungskreis des Konverters ein kleiner Schiebeschalter installiert werden, der im Multimetergehäuse in der unteren linken Ecke platziert ist (Abb. 9). Der Konverter kann auch in anderen Geräten verwendet werden, die mit einer 6F22-Batterie betrieben werden.

Reis. 9. Kleiner verschiebbarer Netzschalter

Autor: N. Nechaev

Siehe andere Artikel Abschnitt Spannungswandler, Gleichrichter, Wechselrichter.

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