Starterladegerät mit Synchrongleichrichter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Ladegeräte, Batterien, galvanische Zellen

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Hochleistungsgleichrichterdioden erzeugen eine erhebliche Menge Wärme. Der Grund dafür ist der irreparable Spannungsabfall am pn-Übergang der Gleichrichterdiode, der 0,5 ... 1 V erreicht.

Im vorgeschlagenen Gerät kommt ein Synchrongleichrichter zum Einsatz, bei dem die Dioden durch Feldeffekttransistoren ersetzt sind. Der Widerstand ihres Drain-Source-Kanals beträgt im offenen Zustand nur wenige Milliohm. Dadurch wird der Spannungsabfall und damit die Wärmeableitung stark reduziert.

Bei der Verwendung leistungsstarker Feldeffekttransistoren als gesteuerte Ventile in einem Synchrongleichrichter ist zu beachten, dass solche Transistoren in ihrer Struktur eine Diode enthalten, die in entgegengesetzter Richtung zwischen Drain und Source geschaltet ist und normalerweise als Schutz bezeichnet wird. Daher werden im Gleichrichter Feldeffekttransistoren invers eingeschaltet. Während der Transistorkanal geschlossen ist, richtet der Strom die Schutzdiode gleich, bleibt geschlossen, wenn die Polarität der angelegten Spannung für sie umgekehrt wird, und öffnet, wenn sie direkt ist. Um den Spannungsabfall über einer offenen Diode zu beseitigen, muss der Transistorkanal synchron dazu geöffnet werden, indem Öffnungsimpulse an das Gate angelegt werden. Infolgedessen fließt fast der gesamte Strom durch den Kanal, dessen Widerstand und Spannungsabfall viel geringer sind als bei einer offenen Diode.

Für einen erfolgreichen Betrieb muss ein Synchrongleichrichter ein Gerät enthalten, das die Polarität der an die Ventile angelegten Spannung überwacht - Feldeffekttransistoren und Steuersignale erzeugt, die sie rechtzeitig öffnen und schließen. Dies ist besonders wichtig beim Betrieb an einer kapazitiven Last oder an einer Last, die über eine eigene EMF (Batterie) verfügt.

Fig. 1

Auf Abb. Fig. 1 zeigt ein Schema einer Ladevorrichtung auf Basis eines Synchrongleichrichters. Es funktioniert wie folgt. Lassen Sie eine positive Spannungshalbwelle auf die Drains der parallel geschalteten Transistoren VT2 und VT4 wirken. Bei dieser Spannungspolarität sind die Schutzdioden der Transistoren geschlossen.

Durch die Diode VD2 auf +0,7 V begrenzt, gelangt diese Spannung zum invertierenden Eingang des Komparators DA1. Infolgedessen ist am inversen „Emitter“-Ausgang des Komparators (Pin 1) der Spannungspegel hoch. Da der auf dem DA3-Timer-Chip aufgebaute Schmitt-Trigger diesen Pegel invertiert, liegt die Spannung zwischen den Gates und Sources der Transistoren VT2 und VT4 nahe Null und die Transistoren selbst sind geschlossen.

Während einer negativen Halbwelle der Spannung zwischen den Drains und Sources der Transistoren VT2 und VT4 öffnen die Schutzdioden dieser Transistoren. Da nun aber die Spannung am invertierenden Eingang des Komparators DA1 geringer ist als am nichtinvertierenden, wird der Pegel an dessen Ausgang 1 niedrig und am Ausgang des DA3-Bausteins hoch. Die Drain-Source-Kanäle der Transistoren VT2 und VT3 öffnen sich durch Nebenschließen der Schutzdioden und bleiben in diesem Zustand, bis sich die Polarität der an sie angelegten Spannung ändert.

Ebenso erfolgt die Ansteuerung der Transistoren VT3 und VT5 des zweiten Zweigs eines Vollweggleichrichters. Die Verwendung von KR1006VI1-Timern mit einem Ausgangsstrom von bis zu 200 mA als Treiber gewährleistet ein schnelles Schalten von VT2-VT5-Transistoren, was die von ihnen verbrauchte Leistung weiter reduziert.

Die Kondensatoren C1, C2 eliminieren die den Eingängen der Komparatoren DA1 und DA2 zugeführte hochfrequente Spannungswelligkeit, wodurch ihr Schalten ohne "Prellen" sichergestellt wird. Die Widerstände R8 und R9 sind Lastwiderstände in den Emitterkreisen der Ausgangstransistoren der Komparatoren. Die Kollektoren dieser Transistoren sind mit dem Leistungsplus verbunden. Beim Einschalten setzt die R10C4-Schaltung die Zeitgeber DA3 und DA4 mit einem niedrigen Pegel an den Ausgängen in ihren Anfangszustand. Während sich der Kondensator C4 auflädt, steigt die Spannung darüber an und die Mikroschaltungen beginnen normal zu arbeiten.

Durch die Verwendung von zwei Transistoren in jedem Zweig des Gleichrichters können Sie den Laststrom natürlich mit einem ausreichend leistungsstarken Transformator T200 auf bis zu 1 A bringen. Dies reicht völlig aus, um dem Anlasser fast jedes Autos zu „helfen“, den Motor zu starten, wenn die Batterie nicht ausreichend geladen ist. Die Spannung an den Wicklungen II und III des Transformators unter Last sollte etwa 10 V betragen und die Gesamtleistung sollte mindestens 800 V-A betragen.

Zum Laden wird der Akku an die Klemmen „U^p“ und „Common“ angeschlossen. Der Komparator DA5 vergleicht seine Spannung mit der Referenzspannung. Die Vergleichsschwelle wird durch den Abstimmwiderstand R4 eingestellt. Während die Batteriespannung unter dem spezifizierten Pegel liegt, bleibt der Pegel am Ausgang 7 des Komparators DA5 niedrig und der Transistor VT1 ist offen. Der Synchrongleichrichter lädt die Batterie.
Da die Spannung am Ausgang des Synchrongleichrichters beim Laden der Batterie pulsierend ist, übersteigt sie für den größten Teil der Halbwelle die beispielhafte. Der Spannungspegel am Ausgang des Komparators wird in diesen Zeitintervallen hoch und der Transistor VT1 schließt. Aus diesem Grund nimmt der durchschnittliche Ladestrom ab und wird bei vollständig geladener Batterie gleich Null (der Transistor VT1 ist ständig geschlossen).

Die Synchrongleichrichter-Steuereinheit wird von einer gleichgerichteten Spannung über die VD1-Diode gespeist. Die Kondensatoren C5 und C6 gleichen Welligkeiten aus.

Fig. 2

Eine Zeichnung der Leiterplatte der Steuereinheit ist in Abb. 2 dargestellt. 3, und sein Aussehen ist in Abb. 5. Anstelle der Kondensatoren C6 und C4700 ist hier ein Kondensator mit einer Kapazität von 1 Mikrofarad montiert. Das auf Kühlkörpern befestigte Modul der Feldeffekttransistoren VT5-VT4 ist in Abb. vier.

Wenn der vom Synchrongleichrichter aufgenommene Strom sicher 100 A nicht überschreitet, kann in jedem seiner Arme ein Transistor belassen werden. Und wenn ein Strom von mehr als 200 A benötigt wird, kann die Anzahl der parallel geschalteten Transistoren in jedem Zweig entsprechend erhöht oder durch leistungsstärkere ersetzt werden, einschließlich IGBTs. Beispielsweise sind IGBT GA400GD25S für 400 A, GA600GD25S für 600 A ausgelegt.

Autor: V. Kalashnik, V. Chernikov, Woronesch; Veröffentlichung: radioradar.net

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