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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK Laborstromversorgung durch eine USV. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile Im Artikel erklärt der Autor, wie man aus einer defekten oder veralteten unterbrechungsfreien Stromversorgung eine in der Amateurfunkpraxis benötigte Laborstromversorgung herstellen kann. Der Hauptzweck von unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV) ist die kurzfristige Stromversorgung verschiedener Bürogeräte (hauptsächlich Computer) in Notsituationen, wenn keine Netzspannung vorhanden ist. Die USV umfasst eine Batterie (normalerweise 12 V), einen Spannungsaufwärtswandler und eine Steuereinheit. Im Standby-Modus wird der Akku aufgeladen, im Notbetrieb wird der Spannungswandler eingeschaltet. Wie alle Geräte fallen USVs aus oder werden veraltet. Daher können sie als Grundlage für die Herstellung beispielsweise eines Labornetzteils (PSU) verwendet werden. Am besten eignen sich hierfür USVs, deren Spannungswandler mit niedrigen Frequenzen (50...60 Hz) arbeiten und die über einen leistungsstarken Aufwärtstransformator verfügen, der auch als Abwärtstransformator arbeiten kann. Zur Herstellung eines Labornetzteils wurde die USV KIN-325A als „Spender“ verwendet. Bei der Entwicklung bestand die Aufgabe darin, eine einfache Schaltung zu erhalten, die möglichst viele Elemente des „Gebers“ nutzt. Neben dem Transformator und dem Gehäuse kamen leistungsstarke Feldeffekttransistoren, Gleichrichterdioden, eine Quad-Operationsverstärker-Mikroschaltung, ein elektromagnetisches Relais, alle LEDs, ein Varistor, einige Anschlüsse sowie Oxid- und Keramikkondensatoren zum Einsatz. Der Stromversorgungskreis ist in Abb. dargestellt. 1. Die Netzspannung wird über den Sicherungseinsatz FU1 und den Netzschalter SA1 an die Primärwicklung des Transformators T1 (gekennzeichnet mit RT-425B) angelegt. Der zu dieser Wicklung parallel geschaltete Varistor RU1 schützt zusammen mit dem Sicherungseinsatz das Netzteil vor erhöhter Netzspannung. Über den Strombegrenzungswiderstand R1 und die Diode VD1 wird die LED HL1 mit Strom versorgt und signalisiert das Vorhandensein von Netzspannung.
An die Wicklung II (mit Abgriff in der Mitte, Nennspannung 2 V) des Transformators T5 ist ein leistungsstarker Gleichrichter auf Diodenbaugruppe VD16-VD1 angeschlossen. Abhängig von der Stellung der Kontakte des Relais K1.1 arbeitet der Gleichrichter als Vollweggleichrichter mit einem gemeinsamen Anschluss des Transformators (dargestellt in Abb. 1) und einer Ausgangsspannung von ca. 10 V oder als Brücke mit eine Ausgangsspannung von ca. 20 V. Die Ausgangsspannung dieses Gleichrichters wird dem Regelelement - dem Feldtransistor VT1 - zugeführt. Die Kondensatoren C1 und C3 glätten die Welligkeit der gleichgerichteten Spannung, Widerstand R2 ist ein Stromsensor. Der Widerstand R17 gewährleistet die Mindestlast des Spannungsstabilisators ohne externe Last. Der Gleichrichter mit geringer Leistung besteht aus den Dioden VD6-VD9 und den Glättungskondensatoren C2 und C5. Es versorgt den parallelen Spannungsregler auf dem DA1-Chip, den Operationsverstärker DA2, das Relais K1 und den Lüfter M1 mit Strom. Die HL2-LED signalisiert das Vorhandensein von Spannung am Ausgang dieses Gleichrichters. Auf dem Operationsverstärker DA2.3 und dem Transistor VT1 ist ein einstellbarer Spannungsstabilisator montiert. Die Referenzspannung zum Spannungsregler – Widerstand R11 – kommt vom Ausgang des Stabilisators auf dem DA1-Chip. Die Ausgangsspannung des Netzteils vom Motor des Trimmwiderstands R12 wird dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA2.3 zugeführt. Dieser Widerstand stellt die maximale Ausgangsspannung ein. Der einstellbare Strombegrenzer ist auf den Operationsverstärkern DA2.1 und DA2.2 montiert. Eine Spannung proportional zum Ausgangsstrom des Sensors – Widerstand R2 – wird dem Spannungsverstärker am Operationsverstärker DA2.1 und dann dem Operationsverstärker DA2.2 zugeführt, der sie mit der Standardspannung vergleicht, die an seinen nichtinvertierenden Eingang geliefert wird Eingang vom Ausgang des Widerstandsteilers R4R7R8. Die Widerstände R7 und R8 legen die Strombegrenzungsschwelle fest. Der Transistor VT2 steuert das Relais K1. Es funktioniert, wenn die Spannung am Gate dieses Transistors den Schwellenwert überschreitet (für den im Diagramm angegebenen Transistor beträgt die Schwellenspannung 2...4 V). Der Trimmerwiderstand R19 stellt die Ausgangsspannung des Netzteils ein, oberhalb derer das Relais die Ausgangsspannung des Gleichrichters schaltet. Der Transistor VT3 steuert zusammen mit dem Thermistor RK1 den Lüfter M1. Es schaltet sich ein, wenn die Temperatur des Kühlkörpers, auf dem der VT1-Transistor und der Thermistor installiert sind, einen voreingestellten Wert überschreitet. Die Schwellentemperatur wird durch den Widerstand R15 eingestellt. Die Versorgungsspannung des Thermistors wird durch einen parametrischen Stabilisator VD11R16 stabilisiert. Die überschüssige Versorgungsspannung des Relais K1 fällt über den Widerstand R13 und des Lüfters M1 über den Widerstand R18 ab. Wenn der Laststrom den Schwellenwert nicht überschreitet, ist die Spannung am nicht invertierenden Eingang des Operationsverstärkers DA2.2 größer als die Spannung am invertierenden, an seinem Ausgang liegt daher eine Spannung nahe der Versorgungsspannung an Die VD10-Diode ist geschlossen und es fließt kein Strom durch die HL3-LED. In diesem Fall wird die Steuerspannung dem Gate des Feldeffekttransistors VT1 vom Ausgang des Operationsverstärkers DA2.3 über den Widerstand R14 zugeführt und der Spannungsstabilisator arbeitet. Wenn die Ausgangsspannung des Stabilisators weniger als 4 V beträgt, wird der Transistor VT2 geschlossen und das Relais K1 abgeschaltet. In diesem Fall beträgt die Spannung am Drain des Transistors VT1 10 V. Wenn die Ausgangsspannung mehr als 4 V beträgt, öffnet der Transistor VT2 und das Relais K1 wird aktiviert. Dadurch steigt die Spannung am Drain des Transistors VT1 auf 20 V. Diese technische Lösung ermöglicht es, den Wirkungsgrad des Geräts zu steigern. Wenn der Laststrom den Schwellenwert überschreitet, sinkt die Spannung am Ausgang des Operationsverstärkers DA2.2, die Diode VD10 öffnet und die Spannung am Gate des Transistors VT1 sinkt auf einen Wert, der den Fluss des eingestellten Stroms gewährleistet . In diesem Modus fließt Strom durch die HL3-LED und signalisiert den Übergang in den Strombegrenzungsmodus. Der Begrenzungsstrom wird durch den Widerstand R8 im Bereich von 0...0,5 A und R7 im Bereich von 0...5 A eingestellt. Die Kondensatoren C4 und C6 sorgen für die Stabilität des Strombegrenzers. Eine Erhöhung ihrer Kapazität erhöht die Stabilität, verringert jedoch die Leistung des Strombegrenzers. Das Gerät verwendet feste Widerstände – S2-23, P1-4 oder importierte, Abstimmwiderstände – SP3-19, variable Widerstände – SP4-1, SPO. Damit die Skala variabler Widerstände, die Spannung oder Strom regeln, linear ist, müssen sie zur Gruppe A gehören. Thermistor – MMT-1. Der Widerstand R2 besteht aus einem 2 mm langen Stück PEV-0,4 150-Draht. Neben der Funktion eines Stromsensors fungiert es auch als Sicherung für Notfälle. Es werden Oxidkondensatoren importiert, statt unpolarer kann auch Keramik K10-17 verwendet werden. Der Lüfter ist ein Computerlüfter mit einer Stromaufnahme von 100...150 mA, seine Breite sollte der Breite des Kühlkörpers entsprechen. Relais – beliebig, ausgelegt für einen Schaltstrom von 10 A und eine Nennwicklungsspannung von 12...15 V. XS2, XS3 – Buchsen oder Klemmenblöcke. Die meisten Elemente sind auf zwei Leiterplatten aus einseitiger Glasfaserfolie mit einer Dicke von 1,5...2 mm platziert. Auf dem ersten (Abb. 2) werden Gleichrichter montiert, die Transistoren VT2, VT3 mit ihren „umgebenden“ Elementen und einige andere Teile montiert. Die Leiterbahnen, die die Elemente eines leistungsstarken Gleichrichters verbinden, sind „verstärkt“ – darauf sind verzinnte Kupferdrahtstücke mit einem Durchmesser von 1 mm aufgelötet. Die „Standard“-Klemmen des T1-Transformators sind verdrahtet und mit zwei Buchsen ausgestattet. Wenn Sie diese verwenden möchten, sind auf der ersten Platine die entsprechenden Stecker montiert, die von der „nativen“ USV-Platine abgelötet werden.
Die zweite Platine (Abb. 3) enthält alle Mikroschaltungen, LEDs und einige andere Elemente. Auf der leiterbahnfreien Seite ist der Tastschalter SA1 (P2K o.ä.) aufgeklebt. Die LEDs müssen in die „Standard“-Löcher an der Vorderwand des Gehäuses passen und ein „Standard“-Drücker ist auf den Schalter geklebt.
Die erste Platine wird neben der Rückwand des Gehäuses montiert, die zweite – nahe der Vorderseite. Zur Befestigung der Platinen werden zwei Schrauben und „Standard“-Montageständer aus Kunststoff an der oberen Gehäuseabdeckung verwendet. Ein VT30-Transistor, ein Thermistor und ein Lüfter sind auf einem Lamellenkühlkörper mit den Außenmaßen 60 x 90 x 1 mm platziert (er wird zwischen den Platinen installiert). Über den Thermistor wird ein Schrumpfschlauch gestülpt und dann neben dem Transistor auf den Kühlkörper geklebt. Da sich der Feldeffekttransistor VT3 bei einer Temperaturänderung des Thermistors sanft öffnet und schließt, beginnt sich der Lüfter zu drehen und stoppt ebenfalls sanft. Daher kann sich der Transistor VT3 merklich erwärmen und kann nicht durch einen stromsparenden Transistor, beispielsweise 2N7000, ersetzt werden. Auf der Frontplatte (Abb. 4) sind in den Löchern variable Widerstände und Anschlüsse XS2 und XS3 verbaut, an denen der Widerstand R17 und der Kondensator C7 angelötet sind. Der Blockstecker XP1 und die Buchse XS1 sind „nativ“ und befinden sich an der Rückwand im unteren Teil. Über die XS1-Buchse können beliebige Geräte angeschlossen werden, die gleichzeitig mit einer Laborstromversorgung betrieben werden, beispielsweise ein Oszilloskop.
Das Setup beginnt mit der Einstellung der maximalen Ausgangsspannung. Dies geschieht über den Widerstand R12, der Schieber des Widerstands R11 sollte sich im Diagramm in der oberen Position befinden. Wenn Sie nicht vorhaben, ein Voltmeter in das Netzteil einzubauen, ist der Widerstand R11 mit einem Griff mit Zeiger ausgestattet und seine Skala ist kalibriert. Bei geöffnetem Transistor VT2 wird durch Auswahl des Widerstands R13 die Nennspannung am Relais K1 eingestellt, und bei geöffnetem VT3 wird über den Widerstand R18 die Spannung am Lüfter M12 auf 1 V eingestellt. Mit dem Widerstand R15 wird die Einschalttemperatur des Ventilators eingestellt. Zum Aufbau eines Strombegrenzers werden am Netzteilausgang ein Amperemeter und ein lastveränderlicher Widerstand mit einem Widerstandswert von 10...15 Ohm und einer Leistung von 50 W in Reihe geschaltet. Die Widerstandsschieber R4 und R7 sind laut Diagramm auf die linke Position eingestellt, der Schieber R8 auf die rechte Position. Der Lastwiderstand sollte den maximalen Widerstandswert haben. Wenn die Ausgangsspannung etwa 10 V beträgt, stellt der Lastwiderstand den Strom auf 5 A ein und der Widerstand R5 stellt die Spannung auf 0,9...1 V am Ausgang des Operationsverstärkers DA2.1 ein. Erhöhen Sie mit einem Lastwiderstand den Ausgangslaststrom auf 6 A und schalten Sie durch sanftes Drehen des Schiebereglers von Widerstand R4 die LED HL3 ein (schalten Sie den Strombegrenzungsmodus ein) und stellen Sie dann den Ausgangsstrom mit Widerstand R4 auf 5 A ein. Wann Wenn Sie den Schieberegler des Widerstands R7 nach rechts bewegen (gemäß Diagramm), sollte der Ausgangsstrom auf Null sinken. In diesem Fall kann über den Widerstand R8 der Ausgangsstrom im Bereich 0...0,5 A geregelt werden. Wenn Sie nicht vorhaben, ein Amperemeter in das Netzteil einzubauen, sind die Skalen dieser Widerstände kalibriert. Dazu werden (im Strombegrenzungsmodus) die Ausgangsspannung und der Lastwiderstand geändert, der erforderliche Stromwert eingestellt und Markierungen auf der Skala angebracht. In diesem Fall wird im Bereich von 0...0,5 A der Strom durch den Widerstand R8 eingestellt (Widerstand R7 muss in Position „0“ sein) und im Bereich von 0...5 A - durch den Widerstand R7 ( Widerstand R8 - in Position „0“) . Im Strombegrenzungsmodus können Sie Batterien und Akkus laden. Stellen Sie dazu die endgültige Spannung und den Ladestrom ein und schließen Sie dann die Batterie (Batterie) an. Eine weitere Richtung zur Verfeinerung der vorgeschlagenen Stromversorgung ist der Einbau eines eingebauten digitalen Voltmeters, Amperemeters oder kombinierten Messgeräts. Autor: I. Nechaev
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