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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Schaltnetzteil, 220/5 Volt 2,5 Ampere. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Netzteile mit Transformatoren für eine Frequenz von 50 Hz haben heute praktisch ihren Platz gegenüber Pulsnetzteilen mit hoher Betriebsfrequenz verloren, die bei gleicher Ausgangsleistung meist kleinere Abmessungen und Gewicht sowie einen höheren Wirkungsgrad aufweisen. Die wichtigsten limitierenden Faktoren für die Eigenfertigung von Schaltnetzteilen durch Funkamateure sind die Schwierigkeiten bei der Berechnung, Herstellung oder dem Kauf eines fertigen Impulstransformators oder eines Ferritmagnetkreises dafür. Wenn Sie jedoch einen vorgefertigten Transformator aus einem Computernetzteil im ATX-Formfaktor verwenden, um ein Schaltnetzteil mit geringem Stromverbrauch zusammenzustellen, wird die Aufgabe erheblich vereinfacht. Ich hatte zufällig ein defektes Computernetzteil IW-ISP300J2-0 (ATX12V300WP4). Es hatte einen blockierten Lüfter, eine kaputte Schottky-Diode mit geringer Leistung und mehr als die Hälfte aller installierten Oxidkondensatoren waren aufgequollen und verloren ihre Kapazität. Allerdings betrug die Standby-Spannung am Ausgang +5VSB. Daher wurde beschlossen, unter Verwendung eines Impulstransformators der Standby-Spannungsquelle und einiger anderer Details ein weiteres Schaltnetzteil mit einer Ausgangsspannung von 5 V bei einem Laststrom von bis zu 2,5 A herzustellen. Im ATX-Netzteil lassen sich die Knoten der Standby-Spannungsquelle leicht isolieren. Es liefert eine Spannung von 5 V und ist für einen maximalen Laststrom von 2 A oder mehr ausgelegt. Bei alten Netzteilen dieses Typs kann es zwar nur für einen Strom von 0,5 A ausgelegt sein. Wenn auf dem Blocketikett keine erklärende Aufschrift vorhanden ist, können Sie sich daran orientieren, dass der Transformator mit der Standby-Spannungsquelle maximal belastet ist Der Strom von 0,5 A ist um 2 A viel kleiner als der Quelltransformator. Ein Diagramm eines selbstgebauten Schaltnetzteils mit einer Ausgangsspannung von 5 ... 5,25 V bei einem maximalen Laststrom von 2,5 A ist in Abb. 1 dargestellt. 1. Sein Generatorteil ist auf den Transistoren VT2, VT1 und einem Impulstransformator TXNUMX aufgebaut, der dem in der Computereinheit ähnelt, aus dem der Transformator entfernt wurde.
Es wurde beschlossen, die Sekundärknoten des ursprünglichen Netzteils (nach dem +5-V-Spannungsgleichrichter) nicht zu wiederholen, sondern sie nach dem traditionellen Schema mit einem integrierten parallelen Spannungsregler als Knoten zum Vergleich der Ausgangsspannung mit dem Vorbild zusammenzubauen eins. Der Eingangsnetzfilter wird aus vorhandenen Teilen unter Berücksichtigung des Freiraums für deren Einbau zusammengebaut. Die Netzwechselspannung von 230 V gelangt über den Sicherungseinsatz FU1 und die geschlossenen Kontakte des Schalters SA1 in den RLC-Filter R1C1L1L2C2, der das Gerät nicht nur vor Störungen aus dem Netz schützt, sondern auch die durch die Impulseinheit selbst erzeugten Störungen verhindert vor dem Eindringen in das Netzwerk. Der Widerstand R1 und die Drosseln L1, L2 reduzieren zusätzlich den Stromstoß, der beim Einschalten des Geräts verbraucht wird. Nach dem Filter wird die Netzspannung dem Brückendiodengleichrichter VD1-VD4 zugeführt. Der Kondensator C9 glättet die Welligkeit der gleichgerichteten Spannung. Auf einem Hochspannungs-Feldeffekttransistor VT2 ist eine Generatorbaugruppe eines Spannungswandlers montiert. Die Widerstände R2-R4 dienen zum Starten des Generators. Die Gesamtleistung dieser Widerstände erhöht sich, da sich die Leiterplatte des Netzteils, aus dem sie entnommen werden, durch Überhitzung darunter merklich verdunkelt hat. Aus dem gleichen Grund wird der Dämpfungswiderstand R8 auf eine höhere Leistung eingestellt und als VD6 eine leistungsstärkere Diode als im Prototyp verwendet. Die Zenerdiode VD5 schützt den Feldeffekttransistor VT2 vor Überschreitung der zulässigen Spannung zwischen Gate und Source. Auf dem Bipolartransistor VT1 sind eine Überlastschutzeinheit und eine Ausgangsspannungsstabilisierung montiert. Bei einem Anstieg des Quellenstroms des Transistors VT2 auf 0,6 A erreicht der Spannungsabfall am Widerstand R5 0,6 V. Der Transistor VT1 öffnet. Dadurch sinkt die Spannung zwischen Gate und Source des Feldeffekttransistors VT2. Dadurch wird ein weiterer Anstieg des Stroms im Drain-Source-Kanal des FET verhindert. Im Vergleich zum Prototyp wurde der Widerstandswert des Widerstands R5 von 1,3 auf 1,03 Ohm reduziert, der Widerstand R6 von 20 auf 68 Ohm erhöht, die Kapazität des Kondensators C13 von 10 auf 22 Mikrofarad erhöht. Die Spannung aus der Wicklung II des Transformators T1 wird der Gleichrichter-Schottky-Diode VD8 zugeführt, deren Spannungshub an deren Anschlüssen etwa 26 V beträgt. Die Welligkeit der gleichgerichteten Spannung wird durch den Kondensator C15 geglättet. Wenn aus irgendeinem Grund die Ausgangsspannung des Netzteils tendenziell ansteigt, steigt die Spannung am Steuereingang des parallelen Spannungsreglers DA1. Der durch die Sendediode des Optokopplers U1 fließende Strom nimmt zu, sein Fototransistor öffnet. Der dadurch öffnende Transistor VT1 reduziert die Spannung zwischen Gate und Source des Feldeffekttransistors VT2, wodurch die Ausgangsspannung des Gleichrichters auf den Nennwert zurückgeführt wird. Eine Schaltung aus Widerstand R16 und Kondensator C16 verhindert die Selbsterregung des Stabilisators. Das hergestellte Netzteil ist mit einem Zeiger-Laststrommesser PA1 ausgestattet, was die Benutzerfreundlichkeit erheblich erhöht, da Sie damit schnell den von der Last verbrauchten Strom abschätzen können. Der Shunt für das Mikroamperemeter PA1 ist der ohmsche Widerstand der Induktorwicklung L4. Die LEDs HL1 und HL2 beleuchten die Mikroamperemeter-Skala. Die Spannungsversorgung der Ausgangsanschlüsse XP2 und XS1 erfolgt über den Filter L5C19. Die VD9-Zenerdiode mit der VD10-Diode verhindert einen übermäßigen Anstieg der Ausgangsspannung im Falle einer Fehlfunktion ihrer Stabilisierungsschaltungen. Die Betriebsfrequenz des Konverters beträgt etwa 60 kHz. Bei einem Laststrom von 2,3 A beträgt die Amplitude der gleichgerichteten Spannungswelligkeit am Kondensator C15 etwa 100 mV, am Kondensator C18 etwa 40 mV und am Ausgang des Netzteils etwa 24 mV. Das sind sehr gute Indikatoren. Der Wirkungsgrad des Netzteils bei einem Laststrom von 2,5 A – 71 %, 2 A – 80 %, 1 A – 74 %, 0,2 A – 38 %. Der Ausgangskurzschlussstrom beträgt etwa 5 A, während die vom Netz aufgenommene Leistung etwa 7 W beträgt. Ohne Last verbraucht das Gerät ca. 1 Watt aus dem Netz. Messungen des Stromverbrauchs und der Effizienz wurden durchgeführt, wenn das Gerät mit einer konstanten Spannung betrieben wurde, die der Amplitude des Netzes entsprach. Bei längerem Betrieb mit maximalem Laststrom erreichte die Temperatur im Inneren des Gehäuses 40 °C оC bei Umgebungstemperatur 24 оC. Das ist deutlich weniger als die zahlreichen kleinen Schaltnetzteile, die in verschiedenen Unterhaltungselektronik-Bausätzen enthalten sind. Bei einem Laststrom, der der Hälfte des angegebenen Maximalwerts entspricht, überhitzen sie um 35 ... 55 оC. Die meisten Details des beschriebenen Netzteils sind auf einer 75x75 mm großen Platine verbaut. Installation - beidseitig klappbar. Als Gehäuse für die externe Verkabelung dient eine Kunststoff-Anschlussdose mit den Maßen 85x85x42 mm. Der Block im offenen Gehäuse ist in Abb. dargestellt. 2, und sein Aussehen ist in Abb. dargestellt. 3.
Bei der Herstellung des Geräts sollte besonderes Augenmerk auf die Phasenlage der Wicklungen des Transformators T1 gelegt werden. Anfang und Ende dürfen nicht verwechselt werden. Der verwendete Transformator 3PMT10053000 (vom oben genannten Computer-Netzteil) verfügt auch über eine Wicklung für den -12-V-Spannungsgleichrichter, der in diesem Fall nicht verwendet wird. Stattdessen können Sie fast jeden ähnlichen Transformator verwenden. Zur Orientierung bei der Auswahl eines Transformators gebe ich die Werte der Induktivität der verwendeten Wicklungen an: I – 2,4 mH, II – 17 μH, III – 55 μH. Als PA1 wurde ein M68501-Mikroamperemeter (eine Füllstandsanzeige eines Haushaltstonbandgeräts) verwendet. Bitte beachten Sie, dass Mikroamperemeter dieses Typs unterschiedlicher Baujahre sehr große Schwankungen im Widerstand des Messwerks aufweisen. Wenn es nicht möglich ist, die gewünschte Messgrenze durch Auswahl des Widerstands R13 einzustellen, müssen Sie einen kleinen Widerstandsdrahtwiderstand (ca. 4 Ohm) in Reihe mit der L0,1-Induktivität schalten. Bei der Kalibrierung des Mikroamperemeters stellte sich unerwartet heraus, dass es sehr empfindlich auf statische Elektrizität reagiert. Das erhabene Kunststofflineal konnte die Instrumentennadel in die Mitte der Skala ablenken, wo sie auch nach dem Entfernen des Lineals verbleiben konnte. Dieses Phänomen wurde durch die Entfernung der vorhandenen Filmskala beseitigt. Stattdessen wurde eine klebrige Aluminiumfolie aufgeklebt, die auch die freien Teile des Gehäuses abdeckte. Der Folienschirm sollte mit einem Draht an einen beliebigen Anschluss des Mikroamperemeters angeschlossen werden. Sie können versuchen, das Gehäuse des Mikroamperemeters mit einem Antistatikmittel zu behandeln. Die auf dem Drucker aufgedruckte Papierskala wird anstelle der entfernten aufgeklebt. Eine Beispielskala ist in Abb. dargestellt. 4. Wie Sie sehen können, ist es bei diesem Mikroamperemeter merklich nichtlinear.
Widerstand R1 – importiert, nicht brennbar. Anstelle eines solchen Widerstands können Sie auch einen Draht mit einer Leistung von 1 ... 2 W installieren. Heimische Metallschicht- und Kohlewiderstände sind als R1 nicht geeignet. Die restlichen Widerstände für den allgemeinen Gebrauch (C1-14, C2-14, C2-33, C1-4, MLT, RPM). Der oberflächenmontierbare Widerstand R19 wird direkt an die Pins der XS1-Buchse angelötet. Oxidkondensatoren - importierte Analoga von K50-68. Durch die Verwendung von Kondensatoren C15, C18, C19 mit einer Nennspannung von 10 V anstelle der in Schaltnetzteilen häufig verwendeten 6,3 V-Oxidkondensatoren wird die Zuverlässigkeit des Geräts deutlich erhöht. Der Folienkondensator C2 mit einer Kapazität von 0,033 ... 0,1 μF ist für den Betrieb bei einer Wechselspannung von 275 V ausgelegt. Die restlichen Kondensatoren sind importierte Keramik. Die Kondensatoren C14, C17 werden zwischen die Anschlüsse der jeweiligen Oxidkondensatoren gelötet. Der Kondensator C20 ist im XP2-Stecker eingebaut. Leistungsstarke Baugruppe aus S30D40C-Schottky-Dioden, entnommen aus einem defekten Computer-Netzteil. Bei dem betrachteten Gerät kann es ohne Kühlkörper auskommen. Sie können es durch MBR3045PT, MBR4045PT, MBR3045WT, MBR4045WT ersetzen. Bei maximalem Laststrom erwärmt sich das Gehäuse dieser Baugruppe auf bis zu 60 °C оC ist das heißeste Element im Gerät. Anstelle einer Diodenbaugruppe können Sie zwei herkömmliche Dioden in einem DO-201AD-Gehäuse verwenden, beispielsweise MBR350, SR360, 1N5822, und diese parallel schalten. Zu ihnen führt von der Seite der Kathode ein zusätzlicher Kupferkühlkörper, wie in Abb. 5.
Anstelle von 1N4005-Dioden sind 1 N4006, 1 N4007, UF4007, 1N4937, FR107, KD247G, KD209B geeignet. Die Diode FR157 kann durch FR207, FM207, FR307, PR3007 ersetzt werden. Anstelle von KD226B ist auch eine der aufgeführten Dioden geeignet. Alle Dioden UF103, UF4003, 4004N1GP RG4935D, EGP2C und KD20B können als Ersatz für die FR247-Diode dienen. Anstelle der Zenerdiode BZV55C18 reicht 1N4746A, TZMC-18. LEDs HL1, HL2 – weißes Leuchten von der LCD-Hintergrundbeleuchtung eines Mobiltelefons. Sie werden mit Cyanacrylatkleber auf das Mikroamperemeter geklebt. Der KSP2222-Transistor kann durch jeden der Serien PN2222, 2N2222, KN2222, SS9013, SS9014, 2SC815, BC547 oder KT645 ersetzt werden, vorbehaltlich unterschiedlicher Pinbelegungen. FET SSS2N60B aus dem ausgefallenen Netzteil entnommen und auf einem gerippten Aluminium-Kühlkörper mit einer Kühlfläche von 20 cm montiert2, und alle Transistorausgänge müssen elektrisch vom Kühlkörper isoliert sein, wenn das Netzteil mit maximalem Laststrom betrieben wird, erwärmt sich dieser Transistor nur auf 40 оC. Anstelle des Transistors SSS2N60B können Sie SSS7N60B, SSS6N60A, SSP10N60B, P5NK60ZF, IRFBIC40, FQPF10N60C verwenden. Der EL817-Optokoppler kann durch einen anderen vierpoligen Optokoppler (SFH617A-2, LTV817, PC817, PS817S, PS2501-1, PC814, PC120, PC123) ersetzt werden. Anstelle des LM431ACZ-Chips reicht auch jeder funktionell ähnliche Chip im TO-92-Gehäuse (TL431, AZ431, AN1431T). Alle Drosseln sind industriell hergestellt und die Magnetkreise der Drosseln L1, L2, L4 bestehen aus H-förmigem Ferrit. Der Widerstand der Induktorwicklung L4 beträgt 0,042 Ohm. Je größer dieser Induktor ist, desto weniger erwärmt sich seine Wicklung und desto genauer misst das Mikroamperemeter PA1 den Laststrom. Der Induktor L5 ist auf einen ringförmigen Magnetkreis gewickelt. Je niedriger der Widerstand seiner Wicklung und je größer seine Induktivität, desto besser. Induktor L3 – ein 8 mm langes Ferritrohr, das am Ausgang der gemeinsamen Kathode der VD5-Diodenbaugruppe angebracht ist. Der XP2-Stecker wird mit einer Doppellitze 19x2 mm mit dem C2,5-Kondensator verbunden2 120 cm lang. Die USB-AF-Buchse XS1 wird mit Kleber im Loch im Gerätegehäuse befestigt. Die erstmalige Einbindung des hergestellten Gerätes in das Wechselstromnetz erfolgt ohne Last durch eine Glühlampe mit einer Leistung von 40 ... 60 W bei 235 V, die anstelle des Sicherungseinsatzes FU1 eingebaut wird. Vorläufige Belastungstests werden durchgeführt, indem FU1 durch eine Glühlampe mit einer Leistung von 250 ... 300 W ersetzt wird. Die Glühfäden von Glühlampen dürfen im Normalbetrieb des Netzteils nicht leuchten. Da das Gerät eindeutig aus gebrauchsfähigen Teilen besteht, ist es sofort funktionsfähig. Bei Bedarf können Sie durch Auswahl des Widerstands R13 die Amperemeterwerte einstellen. Stellen Sie durch Auswahl des Widerstands R14 die Ausgangsspannung des Netzteils auf 5 ... 5,25 V ein. Die erhöhte Spannung gleicht den Abfall an den Kabeln aus, die das Gerät mit der Last verbinden. Das gefertigte Netzteil kann in Verbindung mit einem modifizierten USB-Hub [1] verwendet werden, an den Sie bis zu vier externe 2,5-Zoll-Festplatten im gleichzeitigen Betrieb anschließen können. Die Leistung wird ausreichen, um beispielsweise Geräte wie [2] mit Strom zu versorgen. Literatur
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