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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Bipolarer Spannungsregler mit Wasserkühlung, 220/±41 Volt 4 Ampere. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Kompensierende Spannungsstabilisatoren mit kontinuierlicher Wirkung vom Reihentyp haben einen geringen Wirkungsgrad, aber einen hohen Stabilisierungskoeffizienten und einen niedrigen Ausgangswiderstand. Daher sind sie immer noch weit verbreitet. Sie zeichnen sich jedoch durch eine geringe Zuverlässigkeit bei Überlastung oder Kurzschluss in der Last aus. Dies ist besonders gefährlich für Transistorgeräte, daher ist es notwendig, komplexe Schutzeinheiten mit Stromsensoren in die Stabilisatoren einzubauen. Bei dem in diesem Artikel besprochenen leistungsstarken bipolaren Spannungsregler ist der Ausgangsstrom begrenzt. Das Gerät hat keine Angst vor Überlastungen und kann mit Filterkondensatoren mit hoher Kapazität betrieben werden. Die Analyse der UMZCH-Schaltungen lässt den Schluss zu, dass kontinuierliche Spannungsstabilisatoren selten zur Versorgung ihrer Ausgangsstufen verwendet werden. Die Gründe dafür sind die hohen Kosten solcher Stabilisatoren, große Energieverluste bei deren Einsatz und vor allem: „Es wird das Gleiche tun“, weil es ohne Stabilisator funktioniert. Wenn kein Stabilisator vorhanden ist, variiert die Versorgungsspannung des Verstärkers je nach Last in einem weiten Bereich (beim Pioneer-714 AV-Receiver - 30...50 V). Tatsache ist, dass die durchschnittliche Ausgangsspannung eines Gleichrichters mit kapazitivem Filter stark vom Lastabfluss abhängt. Darüber hinaus werden die Filterkondensatoren in jeder Halbwelle der Netzspannung impulsweise aufgeladen. Der Prozess kann mehrere Halbzyklen dauern und wird teilweise auf die UMZCH-Last übertragen. In der Amateurfunkliteratur wurde immer wieder die Meinung geäußert, dass der UMZCH aus einer stabilisierten Quelle gespeist werden müsse, um einen natürlicheren Klang zu gewährleisten. Tatsächlich erreicht der Spannungswelligkeitsbereich einer unstabilisierten Quelle bei maximaler Ausgangsleistung des Verstärkers mehrere zehn Volt. Dies ist bei den Spitzenwerten hochfrequenter Komponenten von Audiosignalen nicht wahrnehmbar, wirkt sich jedoch auf die Verstärkung ihrer niederfrequenten Komponenten mit hohem Pegel aus, deren Spitzen eine lange Dauer haben. Dadurch haben die Filterkondensatoren Zeit, sich zu entladen, die Versorgungsspannung sinkt und damit die Spitzenausgangsleistung des Verstärkers. Wenn die Verringerung der Versorgungsspannung zu einer Verringerung des Ruhestroms der Ausgangstransistoren des Verstärkers führt, kann dies zu zusätzlichen nichtlinearen Verzerrungen führen. Die grundlegende Möglichkeit, Welligkeit und Instabilität der Versorgungsspannung zu unterdrücken, besteht darin, sie zu stabilisieren. Der Stabilisator reduziert die Spannungswelligkeit auf den Stromleitungen um ein oder zwei Größenordnungen, wodurch es einfach ist, die maximale Amplitude des Ausgangssignals des Verstärkers zu erreichen. Neben der Reduzierung des Hintergrundpegels bei einer Frequenz von 50 (100) Hz werden auch nichtlineare Verzerrungen und die Wahrscheinlichkeit einer Signalbeschneidung bei Lautstärkespitzen reduziert. Der Spielraum für die maximal zulässigen Parameter der Verstärkerendstufentransistoren vergrößert sich. Die Wahrscheinlichkeit, dass Netzwerkstörungen in den Verstärkerausgang eindringen, wird verringert. Darüber hinaus ermöglicht der Einsatz eines Stabilisators eine Vereinfachung des Verstärkers, was sich positiv auf den Klang auswirkt. Ein weiterer Pluspunkt ist, dass dem Stabilisator auch die Funktion übertragen werden kann, die Verstärkerendstufe vor Überlastung zu schützen. Von den Minuspunkten wird die Implementierung eines leistungsstarken und zuverlässigen Dauerspannungsstabilisators zu einem erheblichen finanziellen Problem und einer technisch schwierigen Aufgabe. Darüber hinaus besteht die Notwendigkeit, eine große Wärmemenge von den Leistungstransistoren des Stabilisators abzuführen. Der Gesamtwirkungsgrad und die Verlustleistung eines Verstärkers zusammen mit einem Stabilisator sind viel schlechter als ohne ihn. Um die Qualität der Stromquelle zu verbessern, empfiehlt sich der Einsatz eines Netztransformators mit reduzierter Induktion. Bekanntermaßen erreicht der Einschaltstrom herkömmlicher Transformatoren Werte, die den Betriebsstrom deutlich übersteigen. Durch die Reduzierung der Induktionsamplitude im Magnetkreis um die Hälfte wird die Zuverlässigkeit erheblich erhöht, der Verlustfluss des Transformators verringert und sein Anlaufstrom auf einen Wert reduziert, der den Nenn-Leerlaufstrom nicht überschreitet. Eine geringere Induktion führt jedoch zu einer Erhöhung der erforderlichen Anzahl von Wicklungswindungen und infolgedessen zu einer Verschlechterung der Gewichts- und Größenparameter des Transformators, seiner Kosten und einer Erhöhung der Energieverluste aufgrund des aktiven Widerstands der Wicklungen . Aber es geht doch um eine wirklich hochwertige Klangwiedergabe, oder? Und der Klang eines Verstärkers, der mit einer stabilisierten Spannung betrieben wird, ist deutlich besser als der Klang desselben Verstärkers ohne Stabilisator. Der bipolare Spannungsstabilisator, dessen Schaltung in der Abbildung dargestellt ist, dient zur Stromversorgung des UMZCH.
Haupttechnische Parameter
Es besteht aus zwei unabhängigen Spannungsstabilisatoren mit positiver und negativer Polarität relativ zum gemeinsamen Draht. Der obere Teil der Schaltung bezieht sich auf den Stabilisator mit positiver Polarität und der untere Teil bezieht sich auf den Stabilisator mit negativer Polarität. Die negative Polaritätsstabilisatorschaltung ist im Wesentlichen ein Spiegelbild der positiven Polaritätsstabilisatorschaltung. Daher betrachten wir im Detail nur den Spannungsstabilisator positiver Polarität. Die der Wicklung II des Transformators T1 entnommene Wechselspannung richtet einen Vollweggleichrichter mit den beiden Schottky-Dioden VD3 und VD4 SR30100P gleich, die über ein isoliertes Gehäuse verfügen und daher bequem auf einem gemeinsamen Kühlkörper montiert werden können. Über die Rauschunterdrückungsdrossel L1 wird die gleichgerichtete Spannung den Glättungs- und Rauschunterdrückungskondensatoren C8–C16 und dann den ausgleichenden Emitterströmen der parallel geschalteten Transistoren VT1–VT9 und Widerstände R3–R11 zugeführt. Diese Widerstände haben einen ziemlich hohen Widerstand, was zu einer wirksamen „Isolierung“ der Kollektorkreise der Transistoren VT1-VT9 vom Netzwerkrauschen beiträgt. Zusammen mit dem Transistor VT20 bilden die Transistoren VT1-VT9 einen leistungsstarken Verbundtransistor mit hoher Stromverstärkung. Der Basisstrom des Transistors VT20 fließt in den Kollektor des Transistors VT22. Der Transistor VT22 wird durch die Spannung vom Ausgang des Operationsverstärkers DA3.1 gesteuert. An den Ausgang des Stabilisators sind in Reihe geschaltete Zenerdioden VD13, VD14 angeschlossen, deren gesamte Stabilisierungsspannung als Referenzspannung für den jeweiligen Stabilisator dient. Anstelle von Zenerdioden können Sie einen Widerstand mit einem solchen Widerstand installieren, dass er zusammen mit dem Widerstand R29 am Verbindungspunkt bei der Nennausgangsspannung des Stabilisators Nullpotential liefert. Im Vergleich zu Zenerdioden ist dies jedoch eine weniger effektive Option. Das durch Zenerdioden oder einen Widerstand im Stabilisierungssystem verschobene Potenzial stellt ein Fehlanpassungssignal dar und wird dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA3.1 zugeführt, dessen nichtinvertierender Eingang mit der „0“-Leitung verbunden ist. Beachten Sie, dass die Drähte „O“ und „Comm.“ müssen miteinander und mit dem gemeinsamen Kabel des Geräts (Verstärkers) verbunden werden, das vom Stabilisator auf dessen Platine gespeist wird. Dadurch werden Störungen und Störungen der stabilisierten Spannung deutlich reduziert. Der Widerstand R21 gewährleistet den Betrieb des Stabilisators, wenn kein Verstärker daran angeschlossen ist. Während des Betriebs vergleicht der Operationsverstärker kontinuierlich das Potenzial an seinem invertierenden Eingang mit dem Nullpotenzial am nicht invertierenden Eingang. Als nächstes steuert er den Transistor VT22 und damit den Verbundtransistor VT20, VT1-VT9, so dass die vorgegebene Spannung am Ausgang des Stabilisators aufrechterhalten wird. Angenommen, die Spannung am Ausgang des Stabilisators nimmt aufgrund eines Anstiegs des Laststroms ab. Das Potential am invertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA3.1 wird im Vergleich zum nichtinvertierenden Eingang negativ und die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers steigt. Dies führt zu einer Erhöhung des Kollektorstroms des Transistors VT22 und damit des Basis- und Emitterstroms des Transistors VT20. Infolgedessen erhöht sich der Gesamtkollektorstrom der Transistoren VT1-VT9, wodurch der Anstieg des Laststroms ausgeglichen wird. Die Ausgangsspannung kehrt auf den vorherigen Wert zurück. Die Sanftanlaufvorrichtung am Transistor VT19 und das Relais K1 sorgen für einen sanften Spannungsanstieg an der Batterie der Kondensatoren C28-C30, C34-C63, wenn der Stabilisator (Primärwicklung des Transformators T1) an das Netzwerk angeschlossen ist. In diesem Moment beginnt Strom durch den Widerstand R2 zu fließen und lädt den Kondensator C27 auf. Wenn nach 30...35 s die an der Zenerdiode VD9 anliegende Spannung 36 V erreicht, öffnet sie. Dies führt zum Öffnen des Transistors VT19 und zur Aktivierung des Relais K1, das Widerstände schaltet, die den Ausgangsstrom des Stabilisators begrenzen. Bis zum Auslösen des Relais wird dieser Strom durch den Widerstand R32 auf 450...650 mA begrenzt, wodurch der Stoßladestrom der Batterie der Kondensatoren C28-C3O, C34-C63 mit einer Gesamtkapazität von mehr als 100000 μF eliminiert wird. Das ausgelöste Relais verbindet den Widerstand R32 parallel zum Widerstand R35. Von diesem Moment an kann der Stabilisator der Last einen Strom von bis zu 4 A zuführen. Wenn der Ausgang des Stabilisators versehentlich mit dem gemeinsamen Kabel kurzgeschlossen wird, wird der Strom ebenfalls 4 A nicht überschreiten, aber die Verlustleistung der Transistoren Vt1-VT9 steigt stark an. Sie wird jedoch 25 W pro Transistor nicht überschreiten. Daraus folgt, dass der Spannungsstabilisator zuverlässig ist und keine Angst vor Kurzschlüssen in der Last hat. Um die Stromgrenzwerte genau einzustellen, ist es notwendig, den Widerstand R32 vorübergehend durch einen variablen Widerstand mit einem Widerstandswert von etwa 500 kOhm zu ersetzen und den Widerstand R35 nicht installiert zu lassen. Bewegen Sie den Schieberegler des variablen Widerstands in die maximale Widerstandsposition. Nachdem Sie den Ausgang des Stabilisators mit einem Amperemeter geschlossen haben, schalten Sie den Stabilisator ein und verringern Sie schrittweise den Widerstand des variablen Widerstands, indem Sie die Messwerte des Amperemeters beobachten. Wenn der erforderliche sichere Anlaufstrom erreicht ist, schalten Sie den Stabilisator aus, messen den eingeführten Widerstand des variablen Widerstands und ersetzen ihn durch einen konstanten Widerstand mit demselben Widerstandswert. Schließen Sie dann anstelle des Widerstands R35 einen variablen Widerstand mit einem Widerstand von 100 kOhm an und verbinden Sie die maximale Last über ein Amperemeter mit dem Ausgang des Stabilisators. Schalten Sie den Stabilisator ein und warten Sie, bis das Relais funktioniert. Beginnen Sie danach, den Widerstand des variablen Widerstands schrittweise zu verringern. Wenn die Nennstabilisierungsspannung und der angegebene maximale Laststrom erreicht sind, schalten Sie den Stabilisator aus, messen den eingeführten Widerstand des variablen Widerstands und ersetzen ihn durch einen konstanten. Das gleiche Verfahren muss mit einem negativen Spannungsstabilisator durchgeführt werden. Sie können nicht einfach die Widerstände R33 und R36 mit demselben Widerstandswert wie R32 bzw. R35 installieren. Tatsache ist, dass sich die Stromübertragungskoeffizienten der in beiden Stabilisatoren verwendeten Transistoren erheblich unterscheiden. Bei 2SA1943-Transistoren sind es beispielsweise etwa 140 und bei 2SC5200 nur 85. Die Transformatoren T1 und T2 sind Sonderanfertigungen mit reduzierter Induktion und Sekundärwicklungen bei 2x54 V (mit Mittelklemmen) und einem Laststrom von 5 A. Die Transformatoren sind jeweils auf der Seite ganz unten im Wärmetauscher (Aquablock) eingebaut. des Stabilisatorwasserkühlsystems. Der Wasserblock dient als eine Art Chassis, auf dem sich alle Komponenten des Gerätes befinden. Vor dem Einbau der Transformatoren werden für diese idealerweise ebene Landeflächen aus Epoxidharz geformt. Anschließend werden die Transformatoren mittels M12-Gewindestangen gegen den Wasserblock gedrückt. Im Ruhezustand beträgt die Spannung an den Ausgängen der Gleichrichter (Eingänge der Stabilisatoren selbst) 76 V. Bei Anschluss an den Ausgang eines Laststabilisators mit einem Widerstand von 10 Ohm sinkt sie auf 64 V. Bei einem größeren Laststrom B. 10 A, dann sollten die Werte der Widerstände R3-R20 auf bis zu 10 Ohm reduziert werden. Die Entstördioden VD1 und VD2 dienen zur Unterdrückung von Überspannungen bei transienten Vorgängen, die mit der Einbindung des Stabilisators in das Netzwerk einhergehen. Bei ordnungsgemäßer Installation und Montage nimmt der Stabilisator problemlos seine Arbeit auf. Bei einer Dauerlast von 4 A Strom verbrauchen die Transistoren VT1-VT9 etwa 60 W Leistung (6 W für jeden Transistor). Jeder der Widerstände R3-R11 hat 4 W. Spannungsstabilisatoren positiver und negativer Polarität verbrauchen zusammen etwa 180 W. Zwei Stabilisatorpaare zur Stromversorgung der Verstärker des linken und rechten Stereokanals, installiert auf einem gemeinsamen Wasserblock, verbrauchen 360 W. Der Wasserblock besteht aus zwei Stücken Duraluminiumreifen mit einem Querschnitt von 100 x 10 mm und einer Länge von 1000 mm, die entlang des Umfangs mit Schrauben festgezogen werden. Zum Abdichten der Verbindung zwischen den Reifen wurde Automobildichtmittel verwendet. Auf der Innenfläche jedes Reifens sind zwei parallele Rillen mit den Maßen 960 x 15 x 4 mm eingefräst, durch die Kühlwasser fließt. Der Gesamtquerschnitt des Wasserversorgungskanals beträgt 15x8 mm, seine Gesamtlänge beträgt 1920 mm, der Wasserdurchfluss beträgt 0,75 l/min, die Wassertemperatur am Einlass des Wasserblocks beträgt 24 °C, am Auslass – 29 °C C. Das Wasser kommt aus der Wasserversorgung durch einen einstufigen Filter. Vier Jahre Erfahrung im Betrieb eines solchen offenen Wasserkühlsystems haben die Stabilität seiner thermischen Parameter gezeigt. Das System kann aber auch durch die Zirkulation von destilliertem Wasser durch einen Aquablock und einen externen Autokühler geschlossen werden. Die Transistoren VT1-VT18 werden auf einer Leiterplatte mit Aluminiumsubstrat montiert und mit Wärmeleitpaste an den Aquablock gepresst. Die Oberflächentemperatur der Platine beträgt ca. 34 °C. Die Transistoren 2SA1943 und 2SC5200 erwärmen sich auf eine Temperatur von ca. 50 °C. Tests ergaben, dass diese Temperatur drei Stunden lang unverändert blieb. Das beschriebene Kühlsystem ist kompakt, effizient und absolut geräuschlos. Damit können Sie etwa ein Kilowatt Wärmeleistung entfernen. Als Signalgeber für den Notfall, dass kein fließendes Wasser im System vorhanden ist, ist in der Versorgungsleitung ein Drucksensor DRD-40 installiert. Es ist ideal für Standard-Sanitärinstallationen. Im Falle einer Notabschaltung des Wassers öffnen sich die Kontakte dieses Sensors und trennen den Stabilisator vom Stromnetz. Darüber hinaus ist es erforderlich, an einem oder mehreren 2SA1943-Transistoren Temperatursensoren zu installieren, die, wie die Praxis gezeigt hat, mehr als 2SC5200-Transistoren erwärmen. Es wird empfohlen, die gleichen Sensoren an Transformatoren zu installieren. Autor: V. Fedosov
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