Auto-Laptop-Netzteil ohne Wickelelemente. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Netzteile

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Um die meisten Laptops mit Strom zu versorgen, ist eine konstante Spannung von ca. 19 V erforderlich. Bekannte Schaltungen für Kfz-Versorgungsspannungswandler basieren auf dem Prinzip eines Boost-Pulswandlers unter Verwendung eines Transformators oder einer Speicherdrossel. Im Gegensatz dazu implementiert das vorgeschlagene Gerät einen Gegentaktwechselrichter mit einem Dioden-Kondensator-Spannungsverdoppler.

Die Stabilisierung der Ausgangsspannung erfolgt durch die Methode der Pulsweitenregelung (PW).

Wichtigste technische Merkmale

• Eingangsspannung, V ....... 11 ... 15
• Ausgangsspannung, V ....... 19
• Maximaler Ausgangsstrom, A ....... 4,7
• Wirkungsgrad, % .......61...83
• Konvertierungsfrequenz, kHz ......25
• Abmessungen, mm ....... 130x85x60
• Gewicht, kg ....... 0,6

Reis. 1 (zum Vergrößern anklicken)

Das Gerätediagramm ist in Abb. dargestellt. 1. Das Gerät basiert auf einer speziellen Mikroschaltung KR1114EU4 (DA1), bei der es sich um einen Push-Pull-SHI-Controller handelt. Diese Mikroschaltung erzeugt Rechteckimpulse mit kontrollierter Dauer. Die Elemente C4 und R7 stellen die Frequenz des internen Oszillators der Mikroschaltung auf etwa 25 kHz ein, und der Teiler R3R4 stellt die minimale Dauer der Pause zwischen den Impulsen auf etwa 8 μs (ungefähr 20 % der Impulswiederholungsperiode) ein. Diese Pause verhindert, dass beim Schalten Durchgangsstrom durch die Transistoren fließt. Die stabilisierende Rückkopplung erfolgt über einen Spannungsteiler R1R2R6 und den internen Operationsverstärker des DA1-Chips. Die Eingänge dieses Operationsverstärkers (Pins 1 und 2 des DA1-Chips) empfangen Feedback- und Referenzspannungssignale, und die Steuerspannung wird am Ausgang des Operationsverstärkers (Pin 3 des DA1-Chips) erzeugt.

Der Kondensator C1 glättet Spannungswelligkeiten, die vom Ausgang des Wandlers ausgehen. Die Frequenzkorrektur des Operationsverstärkers erfolgt über eine Schaltung an den Elementen R5 und C3. Die Ausgänge der DA1-Mikroschaltung (Pins 8-11) – die Kollektoren und Emitter ihrer Ausgangstransistoren – steuern den Wechselrichter mithilfe zweier komplementärer Paare leistungsstarker Transistoren VT1-VT4, die in einer Brückenschaltung verbunden sind.

An den Wechselrichterausgang ist ein Spannungsverdoppler angeschlossen, der einen Gleichrichter auf Basis der Schottky-Dioden VD1–VD4 und der Kondensatoren C5–C7 enthält. Die Widerstände R9 und R12 begrenzen den Ausgangsstrom der DA1-Mikroschaltung auf 0,17...0,25 A und dementsprechend den Basisstrom der Transistoren VT1-VT4, um deren Überlastung zu verhindern. Der Strom durch die Basen dieser Transistoren ist so gewählt, dass der Strom ihrer Kollektoren auf 5 bis 10 A begrenzt wird.

So funktioniert ein Doubler. Nehmen wir an, dass der interne Transistor zwischen den Pins 8 und 9 der Mikroschaltung offen ist. Zu diesem Zeitpunkt sind die Transistoren VT1 und VT4 geöffnet und VT2 und VT3 geschlossen. In diesem Fall wird der Kondensator C5 über die Diode VD1 geladen, und C6 über VD4 lädt den Kondensator C7 auf, der die Last mit Strom versorgt. Es folgt eine Pause, in der beide internen Ausgangstransistoren der Mikroschaltung und die Transistoren VT1 und VT4 geschlossen sind. Nach einer Pause öffnet der interne Transistor zwischen den Pins 10 und 11 der Mikroschaltung und die Transistoren VT2 und VT3 öffnen, während VT1 und VT4 geschlossen bleiben. In diesem Fall wird der Kondensator C6 über die Diode VD2 geladen und der Kondensator C5 über VD3 lädt den Kondensator C7 auf. Dann gibt es wieder eine Pause, in der alle Transistoren VT1-VT4 geschlossen sind, wonach der Vorgang wiederholt wird. Der Kondensator C2 unterdrückt Störungen im Eingangsstromkreis und verhindert außerdem das Eindringen von Impulsstörungen, die vom Umrichter erzeugt werden, in das Bordnetz des Fahrzeugs.

Sinkt die Eingangsspannung unter den minimal zulässigen Wert (dieser beträgt 10...11 V und hängt vom Laststrom ab), verlässt der Wandler den Spannungsstabilisierungsmodus und seine Ausgangsspannung sinkt.

Fig. 2

Das Aussehen der zusammengebauten Geräteplatine ist in Abb. dargestellt. 2. Die Mikroschaltung KR1114EU4 (DA1) kann durch die Analoga MV3759R, TL494CN, KA7500V, IR9494 ersetzt werden. Anstelle der Transistoren KT8102B (VT1, VT3) und KT8101B (VT2, VT4) können Sie KT8102A bzw. KT8101A verwenden. Auf einem Kühlkörper sollten die Transistoren VT1 und VT2 installiert werden, auf dem anderen P3 und VT4. Die Fläche jedes Kühlkörpers beträgt etwa 200 cm2. Auf einem Transistor eines komplementären Paares mit einem niedrigeren Basisstromübertragungskoeffizienten Dies führt zu einem größeren Spannungsabfall und einer größeren Wärmeableitung. Durch die Installation der Transistoren in jedem Brückenarm an einem gemeinsamen Kühlkörper können Sie deren thermische Bedingungen ausgleichen, ohne dass eine elektrische Isolierung der Transistoren vom Kühlkörper erforderlich ist.

Die Schottky-Dioden 2D219A (VD1-VD4) können durch andere der Serien 2D219, 2D2998, KD2998 ersetzt werden. Diese Dioden werden ohne Kühlkörper verbaut. Sie können MBR1035, MBR1045, KD271-KD273 mit den Indizes „A“ oder „AC“ verwenden, indem Sie jede Diode auf einem separaten Kühlkörper mit einer Fläche von 10 ... 15 cm2 oder durch isolierende Abstandshalter auf einem gemeinsamen Kühlkörper installieren mit einer Fläche von 60 cm2. Geeignet sind die Dioden KD271 - KD273 mit anderen Indizes sowie die Serien KD213, 2D231, 2D251, 2D252, 2D2992, 2D2993, KD2995-KD2997, allerdings muss die Kühlkörperfläche pro Diode auf 25 cm2 erhöht werden.

Die Oxidkondensatoren C2, C5-C7 müssen für einen zulässigen Impulsstrom von mindestens 3 A ausgelegt sein und einen möglichst geringen äquivalenten Serienwiderstand (ESR) aufweisen, also zur Kategorie „Low ESR“ gehören. Dadurch können Sie die Welligkeit der Ausgangsspannung reduzieren und die Zuverlässigkeit des Geräts erhöhen. Geeignet sind beispielsweise Jamicon-Kondensatoren der Serien WL, TL oder TZ. Bei Bedarf kann jeder von ihnen durch mehrere parallel geschaltete identische Kondensatoren ersetzt werden. In diesem Fall kann man grob davon ausgehen, dass der zulässige Impulsstrom proportional zur Anzahl der angeschlossenen Kondensatoren steigt.

Da in den Stromkreisen des Geräts ein erheblicher Impulsstrom fließt, ist es beim Auslegen der Leiterplatte wichtig, dass die gemeinsame Leitung und der positive Strombus, die im Leistungsteil des Geräts verwendet werden, mit den entsprechenden Leitern des Geräts verbunden werden Schwachstromteil an den Anschlüssen des Kondensators C2. Andernfalls sind Erzeugungsausfälle und andere Fehlfunktionen des Gerätes möglich.

Der Motor des eingestellten Widerstands R1 stellt die Ausgangsspannung des Wandlers ein; sie kann im Bereich von 18...20 V liegen. Die Anschlüsse des Wandlereingangs an das Bordnetz und des Ausgangs an den Laptop erfolgen in auf die gleiche Weise wie im vorherigen Design.

Autor: K. Gawrilow

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