Unterhaltsame Experimente: einige Möglichkeiten eines Feldeffekttransistors

Radiomagazin, Nummer 11, 1998.

Es ist bekannt, dass der Eingangswiderstand eines Bipolartransistors vom Lastwiderstand der Kaskade, dem Widerstandswert des Widerstands im Emitterkreis und dem Basisstromübertragungskoeffizienten abhängt. Manchmal kann es relativ klein sein, was es schwierig macht, die Kaskade an die Eingangssignalquelle anzupassen. Dieses Problem verschwindet vollständig, wenn Sie einen Feldeffekttransistor verwenden – sein Eingangswiderstand erreicht Dutzende und sogar Hunderte von Megaohm. Um den Feldeffekttransistor besser kennenzulernen, führen Sie die vorgeschlagenen Experimente durch.

Ein wenig über die Eigenschaften eines Feldeffekttransistors. Die Feldelektrode verfügt wie die bipolare über drei Elektroden, die jedoch unterschiedlich heißen: Gate (ähnlich der Basis), Drain (Kollektor), Source (Emitter). Analog zu bipolaren Feldeffekttransistoren gibt es unterschiedliche „Strukturen“: mit einem p-Kanal und einem n-Kanal. Im Gegensatz zu bipolaren können sie mit einem Gate in Form eines pn-Übergangs und mit einem isolierten Gate ausgestattet sein. Unsere Experimente werden das erste davon betreffen.

Die Basis des Feldeffekttransistors ist ein Siliziumwafer (Gate), in dem sich ein dünner Bereich befindet, der als Kanal bezeichnet wird (Abb. 1a). Auf der einen Seite des Kanals befindet sich ein Abfluss, auf der anderen Seite eine Quelle. Beim Verbinden des Pluspols des Transistors mit der Source und des Minuspols der Leistungsbatterie GB2 mit dem Drain (Abb. 1, b) entsteht im Kanal ein elektrischer Strom. Der Kanal weist in diesem Fall maximale Leitfähigkeit auf.

Sobald Sie eine andere Stromquelle – GB1 – an die Source- und Gate-Anschlüsse (plus an das Gate) anschließen, „verengt“ sich der Kanal, was zu einem Anstieg des Widerstands im Drain-Source-Kreis führt. Der Strom in diesem Stromkreis nimmt sofort ab. Durch Ändern der Spannung zwischen Gate und Source wird der Drain-Strom gesteuert. Darüber hinaus fließt im Gate-Kreis kein Strom; der Drain-Strom wird durch ein elektrisches Feld gesteuert (deshalb wird der Transistor Feldeffekt genannt), das durch die an Source und Gate angelegte Spannung erzeugt wird.

Das oben Gesagte gilt für einen Transistor mit p-Kanal, wenn der Transistor jedoch über einen n-Kanal verfügt, ist die Polarität der Versorgungs- und Steuerspannung umgekehrt (Abb. 1c).

Am häufigsten findet man einen Feldeffekttransistor in einem Metallgehäuse – dann kann er zusätzlich zu den drei Hauptanschlüssen auch einen Gehäuseanschluss haben, der bei der Installation mit dem gemeinsamen Draht der Struktur verbunden wird.

Einer der Parameter eines Feldeffekttransistors ist der anfängliche Drain-Strom (I vom Start), d. h. der Strom im Drain-Schaltkreis bei Nullspannung am Transistor-Gate (in Abb. 2a befindet sich der variable Widerstandsschieber unten). Position im Diagramm) und bei einer gegebenen Versorgungsspannung.

Wenn Sie den Widerstandsschieber im Schaltkreis sanft nach oben bewegen, nimmt der Drain-Strom mit zunehmender Spannung am Gate des Transistors ab (Abb. 2b) und fällt bei einer bestimmten Spannung für einen bestimmten Transistor auf nahezu Null. Die diesem Moment entsprechende Spannung wird als Abschaltspannung (U ZIots) bezeichnet.

Die Abhängigkeit des Drain-Stroms von der Gate-Spannung ist ziemlich geradlinig. Wenn wir einen beliebigen Anstieg des Drain-Stroms nehmen und ihn durch den entsprechenden Anstieg der Spannung zwischen Gate und Source dividieren, erhalten wir den dritten Parameter – die Steigung der Kennlinie (S). Dieser Parameter lässt sich leicht ermitteln, ohne die Merkmale zu entfernen oder im Verzeichnis danach zu suchen. Es reicht aus, den anfänglichen Drain-Strom zu messen und dann beispielsweise ein galvanisches Element mit einer Spannung von 1,5 V zwischen Gate und Source anzuschließen. Subtrahieren Sie den resultierenden Drain-Strom vom anfänglichen und dividieren Sie den Rest durch die Elementspannung – Sie erhalten den Wert der Steigung der Kennlinie in Milliampere pro Volt.

Die Kenntnis der Merkmale eines Feldeffekttransistors ergänzt die Vertrautheit mit seinen Standardausgangseigenschaften (Abb. 2c). Sie werden entfernt, wenn sich die Spannung zwischen Drain und Source über mehrere feste Gate-Spannungen hinweg ändert. Es ist leicht zu erkennen, dass die Ausgangskennlinie bis zu einer bestimmten Spannung zwischen Drain und Source nichtlinear ist und dann innerhalb erheblicher Spannungsgrenzen nahezu horizontal verläuft.

Natürlich wird in realen Designs kein separates Netzteil verwendet, um das Gate mit Vorspannung zu versorgen. Die Vorspannung wird automatisch gebildet, wenn ein konstanter Widerstand mit dem erforderlichen Widerstandswert an den Quellenkreis angeschlossen wird.

Wählen Sie nun mehrere Feldeffekttransistoren der Serien KP103 (mit p-Kanal), KP303 (mit n-Kanal) mit unterschiedlichen Buchstabenindizes aus und üben Sie die Bestimmung ihrer Parameter anhand der angegebenen Diagramme.

Der Feldeffekttransistor ist ein Berührungssensor. Das Wort „Sensor“ bedeutet Gefühl, Empfindung, Wahrnehmung. Daher können wir davon ausgehen, dass der Feldeffekttransistor in unserem Experiment als empfindliches Element fungiert, das auf die Berührung eines seiner Anschlüsse reagiert.

Zusätzlich zum Transistor (Abb. 3), beispielsweise einer der KP103-Serie, benötigen Sie ein Ohmmeter mit beliebigem Messbereich. Schließen Sie die Ohmmeter-Sonden in beliebiger Polarität an die Drain- und Source-Anschlüsse an – der Ohmmeter-Pfeil zeigt einen kleinen Widerstand dieser Transistorschaltung an.

Berühren Sie dann mit Ihrem Finger den Auslöserausgang. Die Nadel des Ohmmeters weicht stark in Richtung zunehmenden Widerstands ab. Dies geschah, weil elektrische Strominterferenzen die Spannung zwischen Gate und Source veränderten. Der Kanalwiderstand stieg an, was vom Ohmmeter aufgezeichnet wurde.

Versuchen Sie, den Quellanschluss mit einem anderen Finger zu berühren, ohne Ihren Finger vom Gate zu nehmen. Die Nadel des Ohmmeters kehrt in ihre ursprüngliche Position zurück – schließlich war das Tor über den Widerstand des Handteils mit der Quelle verbunden, was bedeutet, dass das Steuerfeld zwischen diesen Elektroden praktisch verschwunden ist und der Kanal leitend geworden ist.

Diese Eigenschaften von Feldeffekttransistoren werden häufig in Berührungsschaltern, Tasten und Schaltern genutzt.

Feldeffekttransistor - Feldanzeige. Modifizieren Sie das vorherige Experiment leicht: Bringen Sie den Transistor mit dem Gate-Anschluss (oder Gehäuse) so nah wie möglich an die Steckdose oder das daran angeschlossene Kabel eines funktionierenden Elektrogeräts. Der Effekt ist derselbe wie im vorherigen Fall: Die Nadel des Ohmmeters weicht in Richtung zunehmenden Widerstands ab. Das ist verständlich – in der Nähe der Steckdose oder um den Draht herum bildet sich ein elektrisches Feld, auf das der Transistor reagiert.

In dieser Funktion wird ein Feldeffekttransistor als Gerätesensor zum Erkennen versteckter elektrischer Leitungen oder der Lage eines Drahtbruchs in einer Neujahrsgirlande verwendet – an dieser Stelle erhöht sich die Feldstärke.

Halten Sie den Anzeigetransistor nahe an das Netzkabel und versuchen Sie, das Elektrogerät ein- und auszuschalten. Die Änderung des elektrischen Feldes wird mit der Nadel des Ohmmeters aufgezeichnet.

Ein Feldeffekttransistor ist ein variabler Widerstand. Nachdem Sie den Vorspannungs-Einstellkreis zwischen Gate und Source angeschlossen haben (Abb. 4), stellen Sie den Widerstandsschieber gemäß Diagramm auf die untere Position. Die Nadel des Ohmmeters zeichnet wie in früheren Experimenten den minimalen Widerstand des Drain-Source-Kreises auf.

Indem Sie den Widerstandsschieber im Stromkreis nach oben bewegen, können Sie eine sanfte Änderung der Ohmmeter-Messwerte (Widerstandsanstieg) beobachten. Der Feldeffekttransistor ist zu einem variablen Widerstand mit einem sehr großen Bereich an Widerstandsänderungen geworden, unabhängig vom Wert des Widerstands in der Gate-Schaltung. Die Polarität des Ohmmeter-Anschlusses spielt keine Rolle, aber die Polarität des galvanischen Elements muss geändert werden, wenn ein Transistor mit n-Kanal verwendet wird, beispielsweise einer der KP303-Serie. Feldeffekttransistor - Stromstabilisator. Zur Durchführung dieses Experiments (Abb. 5) benötigen Sie eine Gleichstromquelle mit einer Spannung von 15...18 V (vier in Reihe geschaltete 3336-Batterien oder ein Wechselstromnetzteil), einen variablen Widerstand mit einem Widerstandswert von 10 oder 15 kOhm, zwei Konstantwiderstände, ein Milliamperemeter mit einer Messgrenze von 3-5 mA, ja Feldeffekttransistor. Stellen Sie zunächst den Widerstandsschieber gemäß dem Diagramm auf die untere Position, entsprechend der Versorgung des Transistors mit der minimalen Versorgungsspannung - etwa 5 V mit den im Diagramm angegebenen Werten der Widerstände R2 und R3. Stellen Sie durch Auswahl des Widerstands R1 (falls erforderlich) den Strom im Transistor-Drain-Kreis auf 1,8 bis 2,2 mA ein. Beobachten Sie die Änderung des Drain-Stroms, während Sie den Widerstandsschieber im Stromkreis nach oben bewegen. Es kann vorkommen, dass er gleich bleibt oder leicht ansteigt. Mit anderen Worten: Wenn sich die Versorgungsspannung von 5 auf 15...18 V ändert, wird der Strom durch den Transistor automatisch auf dem angegebenen Wert gehalten (durch Widerstand R1). Darüber hinaus hängt die Genauigkeit der aktuellen Wartung vom ursprünglich eingestellten Wert ab – je kleiner dieser ist, desto höher ist die Genauigkeit. Die Analyse der in Abb. dargestellten Lagerleistungsmerkmale wird dazu beitragen, diese Schlussfolgerung zu bestätigen. 2, c.

Eine solche Kaskade wird Stromquelle oder Stromgenerator genannt. Es ist in den unterschiedlichsten Ausführungen zu finden.

Schaltbare Buck-Stabilisatoren

Y. SEMENOV, Rostow am Don

Der unseren Lesern präsentierte Artikel beschreibt zwei gepulste Abwärtsstabilisatoren: auf diskreten Elementen und auf einer speziellen Mikroschaltung. Das erste Gerät ist für die Versorgung von Kfz-Geräten mit einer Spannung von 12 Volt an das 24-Volt-Bordnetz von Lkw und Bussen konzipiert. Das zweite Gerät ist die Basis für ein Labornetzteil.

Einen besonderen Platz in der Entwicklungsgeschichte der Leistungselektronik nehmen Schaltspannungsstabilisatoren (Step-Down, Step-Up und Invertierung) ein. Vor nicht allzu langer Zeit verfügte jede Stromquelle mit einer Ausgangsleistung von mehr als 50 W über einen Abwärtsschaltstabilisator. Heutzutage ist der Anwendungsbereich solcher Geräte aufgrund der Kostensenkung bei Netzteilen mit transformatorlosem Eingang zurückgegangen. Dennoch erweist sich der Einsatz gepulster Abwärtsstabilisatoren in manchen Fällen als wirtschaftlicher als jeder andere Gleichspannungswandler.

Das Funktionsdiagramm eines Abwärtsschaltstabilisators ist in dargestellt Reis. 1, und Zeitdiagramme, die seinen Betrieb im Modus des kontinuierlichen Induktorstroms L, ≈ on erläutern Reis. 2. Während t on ist der elektronische Schalter S geschlossen und der Strom fließt durch den Stromkreis: Pluspol des Kondensators C in, Widerstandsstromsensor R dt, Speicherdrossel L, Kondensator C out, Last, Minuspol des Kondensators C in. In diesem Stadium ist der Induktorstrom l L gleich dem elektronischen Kommutatorstrom S und steigt nahezu linear von l Lmin auf l Lmax an.

Basierend auf einem Nichtübereinstimmungssignal vom Vergleichsknoten oder einem Überlastsignal von einem Stromsensor oder einer Kombination aus beidem schaltet der Generator den elektronischen Schalter S in einen offenen Zustand. Da sich der Strom durch die Induktivität L nicht sofort ändern kann, öffnet sich unter dem Einfluss der Selbstinduktions-EMK die Diode VD und der Strom l L fließt durch den Stromkreis: die Kathode der Diode VD, die Induktivität L, der Kondensator C Out , die Last, die Anode der Diode VD. Zum Zeitpunkt t lKl, wenn der elektronische Kommutator S geöffnet ist, fällt der Drosselstrom l L mit dem Diodenstrom VD zusammen und nimmt linear ab

l Lmax bis l L min . Während der Periode T empfängt der Kondensator C out einen Ladungszuwachs ΔQ out und gibt ihn ab. entsprechend dem schraffierten Bereich im Zeitdiagramm des Stroms l L . Dieses Inkrement bestimmt den Bereich der Welligkeitsspannung ΔU Out am Kondensator C out und an der Last.

Beim Schließen des elektronischen Schalters schließt die Diode. Dieser Vorgang geht mit einem starken Anstieg des Schalterstroms auf den Wert I smax einher, da der Stromkreiswiderstand ≈ Stromsensor, geschlossener Schalter, Freilaufdiode ≈ sehr klein ist. Um dynamische Verluste zu reduzieren, sollten Dioden mit kurzer Sperrverzögerungszeit verwendet werden. Darüber hinaus müssen die Dioden von Abwärtsreglern einem hohen Sperrstrom standhalten. Mit der Wiederherstellung der Schließeigenschaften der Diode beginnt die nächste Umwandlungsperiode.

Wenn ein schaltender Abwärtsregler bei niedrigem Laststrom arbeitet, wechselt er möglicherweise in den intermittierenden Induktorstrommodus. In diesem Fall stoppt der Induktorstrom in dem Moment, in dem der Schalter schließt, und sein Anstieg beginnt bei Null. Der intermittierende Strommodus ist unerwünscht, wenn der Laststrom nahe am Nennstrom liegt, da in diesem Fall eine erhöhte Welligkeit der Ausgangsspannung auftritt. Die optimalste Situation ist, wenn der Stabilisator im kontinuierlichen Induktorstrommodus bei maximaler Last und im intermittierenden Strommodus arbeitet, wenn die Last auf 10 bis 20 % der Nennlast reduziert wird.

Die Ausgangsspannung wird durch Änderung des Verhältnisses der Zeit, in der der Schalter geschlossen ist, zur Impulswiederholungsperiode reguliert. Dabei sind je nach Schaltungsaufbau verschiedene Möglichkeiten zur Umsetzung des Steuerverfahrens möglich. Bei Geräten mit Relaisregelung wird der Übergang vom Ein-Zustand des Schalters in den Aus-Zustand durch den Vergleichsknoten bestimmt. Wenn die Ausgangsspannung größer als die eingestellte Spannung ist, wird der Schalter ausgeschaltet und umgekehrt. Wenn Sie die Impulswiederholungsperiode festlegen, kann die Ausgangsspannung durch Ändern der Einschaltdauer des Schalters angepasst werden. Teilweise werden Methoden eingesetzt, bei denen entweder der Zeitpunkt des geschlossenen oder der Zeitpunkt des geöffneten Zustands des Schalters erfasst wird. Bei allen Steuermethoden ist es erforderlich, den Induktorstrom im geschlossenen Zustand des Schalters zu begrenzen, um vor einer Ausgangsüberlastung zu schützen. Zu diesem Zweck wird ein Widerstandssensor oder ein Impulsstromwandler verwendet.

Wir werden die Hauptelemente eines Impulsabwärtsstabilisators auswählen und ihre Modi anhand eines konkreten Beispiels berechnen. Alle dabei verwendeten Zusammenhänge werden auf Basis der Analyse des Funktionsdiagramms und der Zeitdiagramme ermittelt und die Methodik zugrunde gelegt.

1. Basierend auf einem Vergleich der Anfangsparameter und der maximal zulässigen Strom- und Spannungswerte mehrerer leistungsstarker Transistoren und Dioden wählen wir zunächst den bipolaren Verbundtransistor KT853G (elektronischer Schalter S) und die Diode KD2997V (VD) aus. .

2. Berechnen Sie den minimalen und maximalen Füllfaktor:

γ min =t und min /T min =(U BуX +U pr)/(U BX max +U sincl ≈ U RдТ +U pr)=(12+0,8)/(32-2-0,3+ 0,8)=0,42 ;

γ max = t und max /T max = (U Bыx +U pp)/(U Bx min - U sbkl -U Rdt +U pp)=(12+0,8)/(18-2-0,3+ 0,8)=0,78 , wobei U pp =0,8 V ≈ Durchlassspannungsabfall an der Diode VD, erhalten aus dem Vorwärtszweig der I-V-Kennlinie für einen Strom gleich I Out im schlimmsten Fall; U sbcl = 2 V ≈ Sättigungsspannung des KT853G-Transistors, der die Funktion eines Schalters S übernimmt, mit einem Stromübertragungskoeffizienten im Sättigungsmodus h 21e = 250; U RдТ = 0,3 V ≈ Spannungsabfall am Stromsensor bei Nennlaststrom.

3. Wählen Sie die maximale und minimale Konvertierungshäufigkeit aus.

Dieser Punkt wird ausgeführt, wenn die Impulswiederholungsperiode nicht konstant ist. Wir wählen eine Steuermethode mit einer festen Dauer des offenen Zustands des elektronischen Schalters. In diesem Fall ist die folgende Bedingung erfüllt: t=(1 – γ max)/f min = (1 – γ min)/f max =const.

Da die Umschaltung auf den KT853G-Transistor erfolgt, der schlechte dynamische Eigenschaften aufweist, werden wir die maximale Konvertierungsfrequenz relativ niedrig wählen: f max = 25 kHz. Dann kann die minimale Konvertierungshäufigkeit definiert werden als

f min =f max (1 – γ max)/(1 – γ min) =25╥10 3 ](1 – 0,78)/(1 – 0,42) = 9,48 kHz.

4. Berechnen wir den Leistungsverlust am Schalter.

Statische Verluste werden durch den Effektivwert des durch den Schalter fließenden Stroms bestimmt. Da die Stromform ≈ trapezförmig ist, gilt I s = I out mit α=l Lmax /l lx =1,25 ≈ dem Verhältnis des maximalen Induktorstroms zum Ausgangsstrom. Der Koeffizient a wird im Bereich von 1,2...1,6 gewählt. Statische Verluste des Schalters P Scstat =l s U SBKn =3,27-2=6,54 W.

Dynamische Verluste am Schalter Р sdin =0,5f max *U BX max (l smax *t f +α*l lx *t cn),

wobei I smax ≈ Schaltstromamplitude aufgrund der Rückwärtserholung der Diode VD. Wenn wir l Smax =2l BуX nehmen, erhalten wir

Р sdin =0,5f max* U BX max * I out (2t f + α∙t cn)=0,5*25*10 3 *32*5(2*0,78-10 -6 +1,25 -2-10 -6) =8,12 ​​W, wobei t f =0,78*10 -6 s ≈ Dauer der Front des Stromimpulses durch den Schalter, t cn =2*10 -6 s ≈ Abklingdauer.

Die Gesamtverluste am Schalter betragen: Р s = Р sctat + Р sdin = 6,54 + 8,12 = 14,66 W.

Wenn am Schalter statische Verluste vorherrschen, hätte die Berechnung für die minimale Eingangsspannung bei maximalem Induktorstrom durchgeführt werden müssen. In Fällen, in denen es schwierig ist, die vorherrschende Art der Verluste vorherzusagen, werden diese sowohl bei der minimalen als auch bei der maximalen Eingangsspannung ermittelt.

5. Berechnen Sie die Verlustleistung der Diode.

Da die Form des Stroms durch die Diode ebenfalls trapezförmig ist, definieren wir seinen Effektivwert als Statische Verluste an der Diode P vDcTaT =l vD ╥U pr =3,84-0,8=3,07 W.

Die dynamischen Verluste der Diode sind hauptsächlich auf Verluste während der Sperrverzögerung zurückzuführen: P VDdin =0,5f max *l smax *U Bx max *t oB *f max *l Bуx *U in max *t ov =25-10 3 - 5-32 *0,2*10 -6 =0,8 W, wobei t OB =0,2-1C -6 s ≈ Sperrerholungszeit der Diode.

Die Gesamtverluste der Diode betragen: P VD =P MDstat +P VDdin =3,07+0,8=3,87 W.

6. Wählen Sie einen Kühlkörper aus.

Das Hauptmerkmal eines Kühlkörpers ist sein Wärmewiderstand, der als Verhältnis zwischen der Temperaturdifferenz zwischen der Umgebung und der Oberfläche des Kühlkörpers und der von ihm abgegebenen Leistung definiert ist: R g =ΔТ/Р Verlustleistung. In unserem Fall sollten der Schalttransistor und die Diode durch isolierende Abstandshalter am selben Kühlkörper befestigt werden. Um den Wärmewiderstand der Dichtungen nicht zu berücksichtigen und die Berechnung nicht zu erschweren, wählen wir eine niedrige Oberflächentemperatur, etwa 70°C. Dann bei einer Umgebungstemperatur von 40╟СΔТ=70-40=30╟С. Der Wärmewiderstand des Kühlkörpers beträgt für unseren Fall R t =ΔT/(P s +P vd)=30/(14,66+3,87)=1,62╟С/W.

Der Wärmewiderstand für die natürliche Kühlung wird üblicherweise in den Referenzdaten des Kühlkörpers angegeben. Um die Größe und das Gewicht des Geräts zu reduzieren, können Sie eine Zwangskühlung mittels Lüfter nutzen.

7. Lassen Sie uns die Drosselklappenparameter berechnen.

Berechnen wir die Induktivität des Induktors:

L= (U BX max - U sbkl -U Rdt - U Out)γ min /=(32-2-0,3-12)*0,42/=118,94 µH.

Als Material für den Magnetkreis wählen wir MP 140, verpresst mit Mo-Permalloy. Der variable Anteil des Magnetfeldes im Magnetkern ist in unserem Fall so bemessen, dass Hystereseverluste kein limitierender Faktor sind. Daher kann die maximale Induktion im linearen Abschnitt der Magnetisierungskurve nahe dem Wendepunkt gewählt werden. Das Arbeiten an einem gekrümmten Abschnitt ist unerwünscht, da in diesem Fall die magnetische Permeabilität des Materials geringer ist als die ursprüngliche. Dies wiederum führt dazu, dass die Induktivität mit zunehmendem Induktorstrom abnimmt. Wir wählen die maximale Induktion B m gleich 0,5 T und berechnen das Volumen des Magnetkreises:

Vp=μμ 0 *L(αI vyx) 2 /B m 2 =140*4π*10 -7 *118,94* 10 -6 (1,25-5) 2 0,5 2 =3,27 cm 3, wobei μ=140 ≈

anfängliche magnetische Permeabilität des Materials MP140; μ 0 =4π*10 -7 H/m ≈ magnetische Konstante.

Basierend auf dem berechneten Volumen wählen wir den Magnetkreis aus. Aufgrund der Konstruktionsmerkmale besteht der MP140-Permalloy-Magnetkreis normalerweise aus zwei gefalteten Ringen. In unserem Fall sind KP24x13x7-Ringe geeignet. Die Querschnittsfläche des Magnetkreises beträgt Sc = 20,352 = 0,7 cm 2 und die durchschnittliche Länge der Magnetlinie beträgt λc = 5,48 cm. Das Volumen des ausgewählten Magnetkreises beträgt:

VC=SC* λс=0,7*5,48=3,86 cm 3 >Vp.

Wir berechnen die Anzahl der Windungen: Wir nehmen die Anzahl der Windungen gleich 23.

Wir bestimmen den Durchmesser des Drahtes mit Isolierung auf der Grundlage der Tatsache, dass die Wicklung in einer Lage Windung für Windung entlang des Innenumfangs des Magnetkreises passen muss: d von =πd K k 3 /w=π*13-0,8 /23= 1,42 mm, wobei d K =13 mm ≈ Innendurchmesser des Magnetkreises; k 3 =0,8 ≈ Füllfaktor des Magnetkreisfensters mit der Wicklung.

Wir wählen PETV-2-Draht mit einem Durchmesser von 1,32 mm.

Vor dem Aufwickeln des Drahtes sollte der Magnetkreis mit einer 20 Mikrometer dicken und 6...7 mm breiten PET-E-Folie in einer Schicht isoliert werden.

8. Berechnen wir die Kapazität des Ausgangskondensators: C Bуx =(U BX max -U sBkl - U Rдт) *γ min /=(32-2-0,3)*0,42/ =1250 μF, wobei ΔU Bуx =0, 01 V ≈ Welligkeitsbereich am Ausgangskondensator.

Die obige Formel berücksichtigt nicht den Einfluss des internen Serienwiderstands des Kondensators auf die Welligkeit. Unter Berücksichtigung dieser Tatsache und einer Toleranz von 20 % für die Kapazität von Oxidkondensatoren wählen wir zwei K50-35-Kondensatoren für eine Nennspannung von 40 V mit einer Kapazität von jeweils 1000 μF aus. Die Wahl von Kondensatoren mit erhöhter Nennspannung ist darauf zurückzuführen, dass mit zunehmendem Parameter der Serienwiderstand der Kondensatoren abnimmt.

Das Diagramm, das gemäß den bei der Berechnung erhaltenen Ergebnissen entwickelt wurde, ist in dargestellt Reis. 3. Schauen wir uns die Funktionsweise des Stabilisators genauer an. Im geöffneten Zustand des elektronischen Schalters ≈ Transistor VT5 ≈ entsteht am Widerstand R14 (Stromsensor) eine Sägezahnspannung. Wenn er einen bestimmten Wert erreicht, öffnet der Transistor VT3, was wiederum den Transistor VT2 öffnet und den Kondensator S3 entlädt. In diesem Fall schließen die Transistoren VT1 und VT5 und die Schaltdiode VD3 öffnet. Die zuvor geöffneten Transistoren VT3 und VT2 werden geschlossen, der Transistor VT1 öffnet jedoch erst, wenn die Spannung am Kondensator SZ den seiner Öffnungsspannung entsprechenden Schwellenwert erreicht. Dadurch entsteht ein Zeitintervall, in dem der Schalttransistor VT5 geschlossen ist (ca. 30 µs). Am Ende dieses Intervalls öffnen die Transistoren VT1 und VT5 und der Vorgang wiederholt sich erneut.

Der Widerstand R. 10 und der Kondensator C4 bilden einen Filter, der den Spannungsstoß an der Basis des Transistors VT3 aufgrund der Rückwärtserholung der Diode VD3 unterdrückt.

Für den Siliziumtransistor VT3 beträgt die Basis-Emitter-Spannung, bei der er in den aktiven Modus wechselt, etwa 0,6 V. In diesem Fall wird am Stromsensor R14 relativ viel Leistung verbraucht. Um die Spannung am Stromsensor zu reduzieren, bei der der Transistor VT3 öffnet, wird seiner Basis über die VD2R7R8R10-Schaltung eine konstante Vorspannung von etwa 0,2 V zugeführt.

Eine zur Ausgangsspannung proportionale Spannung wird der Basis des Transistors VT4 von einem Teiler zugeführt, dessen oberer Arm durch die Widerstände R15, R12 und dessen unterer Arm durch den Widerstand R13 gebildet wird. Die Schaltung HL1R9 erzeugt eine Referenzspannung, die der Summe des Durchlassspannungsabfalls über der LED und dem Emitterübergang des Transistors VT4 entspricht. In unserem Fall beträgt die Referenzspannung 2,2 V. Das Fehlanpassungssignal ist gleich der Differenz zwischen der Spannung an der Basis des Transistors VT4 und der Referenzspannung.

Die Ausgangsspannung wird stabilisiert, indem das vom Transistor VT4 verstärkte Fehlanpassungssignal mit der Spannung basierend auf dem Transistor VT3 summiert wird. Nehmen wir an, dass die Ausgangsspannung gestiegen ist. Dann wird die Spannung an der Basis des Transistors VT4 größer als die beispielhafte Spannung. Der Transistor VT4 öffnet sich leicht und verschiebt die Spannung an der Basis des Transistors VT3, sodass dieser ebenfalls zu öffnen beginnt. Folglich öffnet der Transistor VT3 bei einem niedrigeren Pegel der Sägezahnspannung am Widerstand R14, was zu einer Verkürzung des Zeitintervalls führt, in dem der Schalttransistor geöffnet ist. Die Ausgangsspannung wird dann sinken.

Sinkt die Ausgangsspannung, verläuft der Regelungsvorgang ähnlich, erfolgt jedoch in umgekehrter Reihenfolge und führt zu einer Verlängerung der Öffnungszeit des Schalters. Da der Strom des Widerstands R14 direkt an der Bildung der Öffnungszeit des Transistors VT5 beteiligt ist, gibt es hier zusätzlich zur üblichen Ausgangsspannungsrückkopplung eine Stromrückkopplung. Dadurch können Sie die Ausgangsspannung ohne Last stabilisieren und eine schnelle Reaktion auf plötzliche Stromänderungen am Geräteausgang gewährleisten.

Bei einem Lastkurzschluss oder einer Überlastung geht der Stabilisator in den Strombegrenzungsmodus. Die Ausgangsspannung beginnt bei einem Strom von 5,5 bis 6 A zu sinken, und der Schaltungsstrom beträgt etwa 8 A. In diesen Modi wird die Einschaltzeit des Schalttransistors auf ein Minimum reduziert, was die Verlustleistung reduziert drauf.

Bei einer Fehlfunktion des Stabilisators, die durch den Ausfall eines der Elemente verursacht wird (z. B. Ausfall des Transistors VT5), steigt die Spannung am Ausgang. In diesem Fall kann der Ladevorgang fehlschlagen. Um Notsituationen vorzubeugen, ist der Wandler mit einer Schutzeinheit ausgestattet, die aus einem Thyristor VS1, einer Zenerdiode VD1, einem Widerstand R1 und einem Kondensator C1 besteht. Wenn die Ausgangsspannung die Stabilisierungsspannung der Zenerdiode VD1 überschreitet, beginnt ein Strom durch sie zu fließen, der den Thyristor VS1 einschaltet. Sein Einschluss führt zu einem Abfall der Ausgangsspannung auf nahezu Null und zum Durchbrennen der Sicherung FU1.

Das Gerät ist für die Versorgung von 12-Volt-Audiogeräten, die hauptsächlich für Personenkraftwagen bestimmt sind, aus dem Bordnetz von Lastkraftwagen und Bussen mit einer Spannung von 24 V ausgelegt. Dies liegt daran, dass die Eingangsspannung in diesem Fall eine geringe Welligkeit aufweist Der Kondensator C2 hat eine relativ kleine Kapazität. Es reicht nicht aus, wenn der Stabilisator direkt von einem Netztransformator mit Gleichrichter gespeist wird. In diesem Fall sollte der Gleichrichter mit einem Kondensator mit einer Kapazität von mindestens 2200 μF für die entsprechende Spannung ausgestattet sein. Der Transformator muss eine Gesamtleistung von 80...100 W haben.

Der Stabilisator verwendet Oxidkondensatoren K50-35 (C2, C5, C6). Kondensator SZ ≈ Folienkondensator K73-9, K73-17 usw. geeigneter Größe, C4 ≈ Keramik mit geringer Selbstinduktivität, z. B. K10-176. Alle Widerstände, außer R14, ≈ C2-23 der entsprechenden Leistung. Der Widerstand R14 besteht aus einem 60 mm langen Stück PEK 0,8-Konstantandraht mit einem linearen Widerstand von ca. 1 Ohm/m.

Eine Zeichnung einer Leiterplatte aus einseitiger Glasfaserfolie ist in dargestellt Reis. 4.

Diode VD3, Transistor VD5 und Thyristor VS1 sind über eine isolierende wärmeleitende Dichtung mit Kunststoffbuchsen am Kühlkörper befestigt. Auch die Platine ist am selben Kühlkörper befestigt. Das Aussehen des zusammengebauten Geräts ist in dargestellt Reis. 5.

REFERENZEN 1. Titze U., Schenk K. Halbleiterschaltungen: Ein Referenzhandbuch. Pro. mit ihm. ≈ M.: Mir, 1982. 2. Halbleiterbauelemente. Transistoren mittlerer und hoher Leistung: Handbuch / A. A. Zaitsev, A. I. Mirkin, V. V. Mo-kryakov usw. Ed. A. V. Golomedova. ≈ M.: Radio und Kommunikation, 1989. 3. Halbleiterbauelemente. Gleichrichterdioden, Zenerdioden, Thyristoren: Handbuch / A. B. Gitsevich, A. A. Zaitsev, V. V. Mokryakov usw. Ed. A. V. Golomedova. ≈ M.: Radio und Kommunikation, 1988. 4 http://www. ferrite.ru

Stabilisierter Single-Ended-Spannungswandler

Radiomagazin, Nummer 3, 1999.

Der Artikel beschreibt die Konstruktionsprinzipien und eine praktische Version eines einfachen pulsstabilisierten Spannungswandlers, der den Betrieb über einen weiten Bereich von Eingangsspannungsänderungen ermöglicht.

Unter den verschiedenen Sekundärstromquellen (SPS) mit transformatorlosem Eingang zeichnet sich der Single-Cycle-Selbstoszillator-Wandler mit „umgekehrter“ Verbindung der Gleichrichterdiode durch seine extreme Einfachheit aus (Abb. 1).

Betrachten wir zunächst kurz das Funktionsprinzip eines unstabilisierten Spannungswandlers und dann die Methode zu seiner Stabilisierung.

Transformator T1 - lineare Drossel; Die Intervalle der Energieakkumulation darin und der Übertragung der angesammelten Energie an die Last sind zeitlich beabstandet. In Abb. In Abb. 2 zeigt: I I - Strom der Primärwicklung des Transformators, I II - Strom der Sekundärwicklung, t n - Intervall der Energieakkumulation im Induktor, t p - Intervall der Energieübertragung an die Last.

Wenn die Versorgungsspannung U angeschlossen wird, beginnt der Basisstrom des Transistors VT1 durch den Widerstand R1 zu fließen (die Diode VD1 verhindert den Stromfluss durch den Basiswicklungskreis und der Kondensator C2, der ihn überbrückt, erhöht die positive Rückkopplung (POF) in der Stufe der Bildung von Spannungsfronten). Der Transistor öffnet sich leicht, der PIC-Kreis schließt sich über den Transformator T1, in dem der regenerative Prozess der Energiespeicherung stattfindet. Der Transistor VT1 geht in die Sättigung. Die Versorgungsspannung wird an die Primärwicklung des Transformators angelegt und der Strom I I (Kollektorstrom I zum Transistor VT1) steigt linear an. Der Basisstrom I B des gesättigten Transistors wird durch die Spannung an der Wicklung I II und den Widerstandswert des Widerstands R2 bestimmt. In der Energiespeicherstufe ist die Diode VD2 geschlossen (daher der Name des Wandlers – mit „umgekehrter“ Einschaltung der Diode), und der Stromverbrauch vom Transformator erfolgt nur durch den Eingangskreis des Transistors über die Basiswicklung.

Wenn der Kollektorstrom Ik den Wert erreicht:

I K max = h 21E I B, (1)

wobei h 21E der statische Stromübertragungskoeffizient des Transistors VT1 ist, verlässt der Transistor den Sättigungsmodus und es entwickelt sich ein umgekehrter Regenerationsprozess: Der Transistor schließt, die Diode VD2 öffnet und die vom Transformator angesammelte Energie wird auf die Last übertragen. Nachdem der Sekundärwicklungsstrom abnimmt, beginnt die Energiespeicherstufe erneut. Das Zeitintervall t p ist beim Einschalten des Wandlers maximal, wenn der Kondensator SZ entladen ist und die Spannung an der Last Null ist.

B zeigt, dass das Netzteil gemäß dem Diagramm in Abb. zusammengebaut wurde. 1, - Funktionswandler der Versorgungsspannungsquelle U Leistung in die Laststromquelle I n.

Es ist wichtig zu beachten: Da die Phasen der Energiespeicherung und -übertragung zeitlich getrennt sind, hängt der maximale Kollektorstrom des Transistors nicht vom Laststrom ab, d. h. der Wandler ist am Ausgang vollständig vor Kurzschlüssen geschützt. Wenn der Wandler jedoch ohne Last eingeschaltet wird (Leerlaufmodus), kann ein Spannungsstoß an der Transformatorwicklung im Moment des Schließens des Transistors den maximal zulässigen Wert der Kollektor-Emitter-Spannung überschreiten und ihn beschädigen.

Der Nachteil des einfachsten Wandlers ist die Abhängigkeit des Kollektorstroms I K max und damit der Ausgangsspannung vom statischen Stromübertragungskoeffizienten des Transistors VT1. Daher variieren die Stromversorgungsparameter bei Verwendung verschiedener Instanzen erheblich.

Ein Wandler mit einem „selbstgeschützten“ Schalttransistor weist wesentlich stabilere Eigenschaften auf (Abb. 3).

An die Basis des Hilfstransistors VT2 wird eine Sägezahnspannung vom Widerstand R3 angelegt, die proportional zum Strom der Primärwicklung des Transformators ist. Sobald die Spannung am Widerstand R3 die Öffnungsschwelle des Transistors VT2 (ca. 0,6 V) erreicht, öffnet er und begrenzt den Basisstrom des Transistors VT1, wodurch der Prozess der Energieakkumulation im Transformator unterbrochen wird. Maximaler Strom der Primärwicklung des Transformators

I I max = I K max = 0,6/R3 (2)

Es stellt sich heraus, dass es kaum von den Parametern einer bestimmten Transistorinstanz abhängt. Natürlich muss der nach Formel (2) berechnete Stromgrenzwert kleiner sein als der nach Formel (1) ermittelte Strom für den schlechtesten Wert des statischen Stromübertragungskoeffizienten.

Betrachten wir nun die Möglichkeit, die Ausgangsspannung des Netzteils zu regulieren (stabilisieren).

B zeigt, dass der einzige Parameter des Wandlers, der zur Regelung der Ausgangsspannung geändert werden kann, der Strom I K max oder, was dasselbe ist, die Energieakkumulationszeit t n im Transformator ist und die Steuereinheit (Stabilisierungseinheit) nur reduzieren kann der Strom im Vergleich zum Wert, berechnet nach Formel (2).

Bei der Formulierung des Funktionsprinzips der Wandlerstabilisierungseinheit lassen sich folgende Anforderungen an diese festlegen: - Die konstante Ausgangsspannung des Wandlers muss mit der Referenzspannung verglichen werden und abhängig von deren Verhältnis eine Fehlspannung erzeugen, die zur Stromregelung dient I K max; - Der Stromanstiegsprozess in der Primärwicklung des Transformators muss kontrolliert und gestoppt werden, wenn er einen bestimmten, durch die Fehlanpassungsspannung bestimmten Schwellenwert erreicht. - Das Steuergerät muss für eine galvanische Trennung zwischen dem Wandlerausgang und dem Schalttransistor sorgen.

Die in den Diagrammen gezeigten Steuerknoten, die diesen Algorithmus implementieren, enthalten einen K521SAZ-Komparator, sieben Widerstände, einen Transistor, eine Diode, zwei Zenerdioden und einen Transformator. Auch andere bekannte Geräte, darunter Fernsehnetzteile, sind recht komplex. Unterdessen können Sie mit einem selbstgeschützten Schalttransistor einen viel einfacheren stabilisierten Wandler bauen (siehe Diagramm in Abb. 4).

Die Rückkopplungswicklung (OS) III und die Schaltung VD3C4 bilden eine Rückkopplungsspannung proportional zur Ausgangsspannung des Wandlers.

Die Referenzstabilisierungsspannung der Zenerdiode VD4 wird von der Rückkopplungsspannung abgezogen und das resultierende Fehlanpassungssignal wird an den Widerstand R5 angelegt.

Vom Motor des Trimmwiderstands R5 wird die Summe zweier Spannungen an die Basis des Transistors VT2 geliefert: eine konstante Steuerspannung (Teil der Fehlanpassungsspannung) und eine Sägezahnspannung vom Widerstand R3, proportional zum Strom der Primärwicklung von Der Transformator. Da die Öffnungsschwelle des Transistors VT2 konstant ist, führt eine Erhöhung der Steuerspannung (z. B. bei einer Erhöhung der Versorgungsspannung U Leistung und dementsprechend einer Erhöhung der Ausgangsspannung des Wandlers) zu einer Verringerung des Stroms I I, bei dem der Transistor VT2 öffnet, und zu einer Verringerung der Ausgangsspannung. Dadurch wird der Wandler stabilisiert und seine Ausgangsspannung wird durch den Widerstand R5 in kleinen Grenzen reguliert.

Der Stabilisierungskoeffizient des Wandlers hängt vom Verhältnis der Änderung der Ausgangsspannung des Wandlers zur entsprechenden Änderung der Konstantspannungskomponente basierend auf dem Transistor VT2 ab. Um den Stabilisierungskoeffizienten zu erhöhen, ist es notwendig, die Rückkopplungsspannung (die Anzahl der Windungen der Wicklung III) zu erhöhen und die VD4-Zenerdiode entsprechend der Stabilisierungsspannung auszuwählen, die etwa 0,5 V unter der OS-Spannung liegt Praktisch gut geeignet sind Zenerdioden der D814-Serie mit einer OS-Spannung von ca. 10 V.

Es ist zu beachten, dass zur Erzielung einer besseren Temperaturstabilität des Wandlers eine Zenerdiode VD4 mit positivem TKN verwendet werden muss, die den Spannungsabfall am Emitterübergang des Transistors VT2 bei Erwärmung ausgleicht. Daher sind die Zenerdioden der D814-Serie besser geeignet als die Präzisions-Zenerdioden D818.

Die Anzahl der Ausgangswicklungen des Transformators (ähnlich Wicklung II) kann erhöht werden, d.h. der Wandler kann mehrkanalig ausgeführt werden.

Gebaut nach dem Diagramm in Abb. 4 Wandler sorgen für eine gute Stabilisierung der Ausgangsspannungen, wenn sich die Eingangsspannung in einem sehr weiten Bereich (150...250 V) ändert. Beim Betrieb mit variabler Last, insbesondere bei Mehrkanalumrichtern, sind die Ergebnisse jedoch etwas schlechter, da bei einer Änderung des Laststroms in einer der Wicklungen eine Energieumverteilung zwischen allen Wicklungen erfolgt. In diesem Fall spiegelt die Änderung der Rückkopplungsspannung die Änderung der Ausgangsspannung des Wandlers mit geringerer Genauigkeit wider.

Es ist möglich, die Stabilisierung beim Betrieb mit variabler Last zu verbessern, wenn die OS-Spannung direkt aus der Ausgangsspannung erzeugt wird. Der einfachste Weg, dies zu erreichen, ist die Verwendung eines zusätzlichen Spannungswandlers mit Niederleistungstransformator, der nach einer der bekannten Schaltungen aufgebaut ist.

Auch bei einer mehrkanaligen Stromquelle ist der Einsatz eines zusätzlichen Spannungswandlers gerechtfertigt. Der Hochspannungswandler liefert eine der stabilisierten Spannungen (die höchste davon – bei hohen Spannungen ist der Kondensatorfilter am Ausgang des Wandlers effizienter), und die restlichen Spannungen, einschließlich der OS-Spannung, werden von einem zusätzlichen erzeugt Konverter.

Für die Herstellung eines Transformators verwendet man am besten einen gepanzerten Ferrit-Magnetkern mit einem Spalt im Mittelstab, der eine lineare Magnetisierung gewährleistet. Wenn kein solcher Magnetkreis vorhanden ist, können Sie eine 0,1...0,3 mm dicke Dichtung aus Leiterplatte oder sogar Papier verwenden, um einen Spalt zu schaffen. Es ist auch möglich, Ringmagnetkerne zu verwenden.

Obwohl die Literatur darauf hinweist, dass bei den in diesem Artikel betrachteten Wandlern mit „umgekehrter“ Diodenschaltung der Ausgangsfilter rein kapazitiv sein kann, kann die Verwendung von LC-Filtern die Welligkeit der Ausgangsspannung weiter reduzieren.

Für einen sicheren Betrieb des IVEP sollte ein Trimmwiderstand (R5 in Abb. 4) mit guter Isolierung des Motors verwendet werden. Die galvanisch mit der Netzspannung verbundenen Transformatorwicklungen müssen zuverlässig vom Ausgang isoliert sein. Das Gleiche gilt auch für andere Radioelemente.

Wie jede Stromquelle mit Frequenzumwandlung muss die beschriebene Stromquelle mit einer elektromagnetischen Abschirmung und einem Eingangsfilter ausgestattet sein.

Die Sicherheit beim Aufbau des Umrichters wird durch einen Netztransformator mit einem Übersetzungsverhältnis von eins gewährleistet. Am besten ist jedoch die Verwendung eines in Reihe geschalteten LATR und eines Trenntransformators.

Das Einschalten des Wandlers ohne Last führt höchstwahrscheinlich zum Ausfall des leistungsstarken Schalttransistors. Schließen Sie daher vor dem Aufbau die Ersatzlast an. Nach dem Einschalten sollte man zunächst mit einem Oszilloskop die Spannung am Widerstand R3 prüfen – sie sollte bei Stufe t n linear ansteigen. Wenn die Linearität unterbrochen ist, bedeutet dies, dass der Magnetkreis in die Sättigung gerät und der Transformator neu berechnet werden muss. Überprüfen Sie mit einer Hochspannungssonde das Signal am Kollektor des Schalttransistors – die Impulsabfälle sollten ziemlich steil sein und die Spannung am offenen Transistor sollte klein sein. Bei Bedarf sollten Sie die Windungszahl der Basiswicklung und den Widerstandswert des Widerstands R2 im Basiskreis des Transistors anpassen.

Als nächstes können Sie versuchen, die Ausgangsspannung des Wandlers mit dem Widerstand R5 zu ändern; Passen Sie bei Bedarf die Windungszahl der OS-Wicklung an und wählen Sie eine VD4-Zenerdiode aus. Überprüfen Sie den Betrieb des Wandlers, wenn sich Eingangsspannung und Last ändern.

In Abb. Abbildung 5 zeigt ein IVEP-Diagramm für einen ROM-Programmierer als Beispiel für die Verwendung eines Konverters, der auf der Grundlage des vorgeschlagenen Prinzips aufgebaut ist.

Die Quellparameter sind in der Tabelle angegeben. 1.

Bei einem Wechsel der Netzspannung von 140 auf 240 V liegt die Spannung am Ausgang der 28-V-Quelle im Bereich von 27,6...28,2 V; Quelle +5 V - 4,88...5 V.

Die Kondensatoren C1-SZ und die Induktivität L1 bilden einen Eingangsnetzfilter, der die Emission hochfrequenter Störungen durch den Wandler reduziert. Der Widerstand R1 begrenzt den Ladestromimpuls des Kondensators C4 beim Einschalten des Wandlers.

Die Schaltung R3C5 glättet Spannungsstöße am Transistor VT1 (eine ähnliche Schaltung ist in den vorherigen Abbildungen nicht dargestellt).

Ein herkömmlicher Wandler ist auf den Transistoren VT3, VT4 aufgebaut und erzeugt aus der Ausgangsspannung +28 V zwei weitere: +5 V und -5 V sowie die OS-Spannung. Im Allgemeinen liefert der IVEP eine stabilisierte Spannung von +28 V. Die Stabilität der anderen beiden Ausgangsspannungen wird durch die Speisung eines zusätzlichen Wandlers aus einer +28-V-Quelle und eine ziemlich konstante Belastung dieser Kanäle gewährleistet.

Der IVEP bietet Schutz vor Überschreitung der Ausgangsspannung von +28 V bis 29 V. Bei Überschreitung öffnet und schließt der Triac VS1 die +28 V-Quelle. Das Netzteil gibt ein lautes Quietschen von sich. Der Strom durch den Triac beträgt 0,75 A.

Der Transistor VT1 ist auf einem kleinen Kühlkörper aus einer 40 (30 mm) großen Aluminiumplatte montiert. Anstelle des KT828A-Transistors können Sie auch andere Hochspannungsgeräte mit einer Spannung von mindestens 600 V und einem Strom von mehr als 1 verwenden A, zum Beispiel KT826B, KT828B, KT838A.

Anstelle des KT3102A-Transistors können Sie jede beliebige KT3102-Serie verwenden; Transistoren KT815G können durch KT815V, KT817V, KT817G ersetzt werden. Bei hohen Frequenzen müssen Gleichrichterdioden (außer VD1) verwendet werden, zum Beispiel die Serie KD213 usw. Es empfiehlt sich die Verwendung von Oxidfilterkondensatoren der Serie K52, ETO. Der Kondensator C5 muss eine Spannung von mindestens 600 V haben.

Der Triac TS106-10 (VS1) wird ausschließlich aufgrund seiner geringen Größe verwendet. Nahezu jede Art von SCR, die einem Strom von etwa 1 A standhält, ist geeignet, einschließlich der Serie KU201. Allerdings muss der Thyristor entsprechend dem minimalen Steuerstrom ausgewählt werden.

Es ist zu beachten, dass es im Einzelfall (bei relativ geringem Stromverbrauch aus der Quelle) möglich wäre, auf einen zweiten Wandler zu verzichten, indem man einen Wandler nach der Schaltung in Abb. aufbaut. 4 mit zusätzlichen Wicklungen für +5 V- und -5 V-Kanäle und Linearstabilisatoren der KR142-Serie. Der Einsatz eines zusätzlichen Wandlers ist auf den Wunsch zurückzuführen, Vergleichsstudien verschiedener IVEPs durchzuführen und sicherzustellen, dass die vorgeschlagene Option eine bessere Stabilisierung der Ausgangsspannung bietet.

Die Parameter von Transformatoren und Drosseln sind in der Tabelle angegeben. 2.

Tabelle 2
Bezeichnung	Magnetischer Kern		Anzahl der Züge
	B26 M1000 mit einer Lücke in der Mittelstange			PEV-2 0,18 PEV-2 0,35 PEV-2 0,18
	K16x10x4,5 M2000NM1		2x65 2x7 2x13 23	PEV-2 0,18 PEV-2 0,18 PEV-2 0,35 MGTF 0,07
	K16x10x4,5 M2000NM1	MGTF 0,07 in zwei Drähten bis zur Füllung
	K17,5x8x5 M2000NM1
	K16x10x4,5 M2000NM1
	K12x5x5,5 M2000NM1

Der Magnetkern für den Transformator T1 wird von der Filterdrossel der Stromversorgung des Laufwerks auf Wechselmagnetplatten der ES-Serie von Computern verwendet.

Die Arten der Magnetkreise der Drosseln L1–L4 sind nicht kritisch.

Die Quelle wird gemäß der oben beschriebenen Methode eingerichtet. Zuerst muss jedoch der Überspannungsschutz ausgeschaltet werden, indem der Schieberegler des Widerstands R10 gemäß dem Diagramm in die untere Position gebracht wird. Nach dem Einrichten des IVEP sollten Sie mit dem Widerstand R5 die Ausgangsspannung auf +29 V einstellen und durch langsames Drehen des Schiebereglers des Widerstands R10 die Öffnungsschwelle des Triac VS1 erreichen. Schalten Sie dann die Quelle aus, drehen Sie den Schieberegler des Widerstands R5 in Richtung einer Verringerung der Ausgangsspannung, schalten Sie die Quelle ein und stellen Sie die Ausgangsspannung mit dem Widerstand R5 auf 28 V ein.

Es ist zu beachten: Da die Spannungen an den +5-V- und -5-V-Ausgängen von der +28-V-Spannung abhängen und nicht separat davon geregelt werden, hängt sie von den Parametern der verwendeten Elemente und dem Strom einer bestimmten Last ab Möglicherweise muss die Anzahl der Windungen der Wicklungen des T2-Transformators ausgewählt werden.

Literatur

1. Bas A. A., Milovzorov V. P., Musolin A. K. Sekundärnetzteile mit transformatorlosem Eingang. - M.: Radio und Kommunikation, 1987.

Für den normalen Betrieb von Haushaltsgeräten ist eine stabile Spannung erforderlich. Im Netzwerk können in der Regel verschiedene Ausfälle auftreten. Die Spannung von 220 V kann abweichen und es kann zu Fehlfunktionen des Gerätes kommen. Lampen trifft es als erstes. Wenn wir Haushaltsgeräte im Haus berücksichtigen, können Fernseher, Audiogeräte und andere Geräte, die über das Stromnetz betrieben werden, darunter leiden.

In dieser Situation kommt den Menschen ein Impulsspannungsstabilisator zu Hilfe. Er ist den täglich auftretenden Spannungsspitzen bestens gewachsen. Viele Menschen beschäftigen sich mit der Frage, wie Spannungsabfälle entstehen und womit sie zusammenhängen. Sie hängen hauptsächlich von der Belastung des Transformators ab. Heutzutage nimmt die Anzahl der Elektrogeräte in Wohngebäuden stetig zu. Dadurch wird der Strombedarf zwangsläufig steigen.

Es ist auch zu berücksichtigen, dass möglicherweise bereits veraltete Kabel zu einem Wohngebäude verlegt werden. Die Wohnungsverkabelung wiederum ist in den meisten Fällen nicht für hohe Belastungen ausgelegt. Um Ihre Geräte im Haus zu schützen, sollten Sie sich genauer mit dem Aufbau von Spannungsstabilisatoren sowie deren Funktionsweise vertraut machen.

Welche Funktionen erfüllt der Stabilisator?

Hauptsächlich dient ein Schaltspannungsstabilisator als Netzwerkregler. Alle Sprünge werden von ihm überwacht und eliminiert. Dadurch erhält das Gerät eine stabile Spannung. Auch elektromagnetische Störungen werden durch den Stabilisator berücksichtigt und können den Betrieb von Geräten nicht beeinträchtigen. Dadurch wird das Netzwerk entlastet und Fälle werden praktisch eliminiert.

Einfaches Stabilisatorgerät

Wenn wir eine Standardimpulsspannung betrachten, ist darin nur ein Transistor verbaut. In der Regel werden sie ausschließlich schaltend eingesetzt, da sie heute als effizienter gelten. Dadurch kann die Effizienz des Gerätes deutlich gesteigert werden.

Das zweite wichtige Element eines Schaltspannungsstabilisators sollten Dioden genannt werden. Im üblichen Schema sind nicht mehr als drei davon zu finden. Sie sind über eine Drossel miteinander verbunden. Filter sind wichtig für den normalen Betrieb von Transistoren. Sie werden am Anfang und auch am Ende der Kette installiert. In diesem Fall ist das Steuergerät für den Betrieb des Kondensators verantwortlich. Ein Widerstandsteiler gilt als integraler Bestandteil davon.

Wie es funktioniert?

Je nach Gerätetyp kann das Funktionsprinzip eines Impulsspannungsstabilisators unterschiedlich sein. Betrachtet man das Standardmodell, kann man sagen, dass der erste Strom an den Transistor angelegt wird. In diesem Stadium findet seine Transformation statt. Als nächstes werden Dioden eingeschaltet, deren Aufgabe es ist, das Signal an den Kondensator zu übertragen. Mit Hilfe von Filtern werden elektromagnetische Störungen eliminiert. In diesem Moment glättet der Kondensator Spannungsschwankungen und der Strom durch die Induktivität durch den Widerstandsteiler kehrt zur Umwandlung zu den Transistoren zurück.

Selbstgebaute Geräte

Sie können mit Ihren eigenen Händen einen Impulsspannungsstabilisator herstellen, dieser hat jedoch eine geringe Leistung. In diesem Fall werden die gängigsten Widerstände verbaut. Wenn Sie mehr als einen Transistor in einem Gerät verwenden, können Sie einen hohen Wirkungsgrad erreichen. Eine wichtige Aufgabe in diesem Zusammenhang ist der Einbau von Filtern. Sie beeinflussen die Empfindlichkeit des Gerätes. Die Abmessungen des Geräts wiederum sind überhaupt nicht wichtig.

Stabilisatoren mit einem Transistor

Ein solcher schaltender Gleichspannungsstabilisator kann einen Wirkungsgrad von 80 % vorweisen. Typischerweise arbeiten sie nur in einem Modus und können nur geringe Netzwerkstörungen verkraften.

Rückmeldungen fehlen in diesem Fall völlig. Der Transistor in der Standard-Schaltsarbeitet ohne Kollektor. Dadurch wird sofort eine große Spannung an den Kondensator angelegt. Eine weitere Besonderheit solcher Geräte ist ein schwaches Signal. Verschiedene Verstärker können dieses Problem lösen.

Dadurch kann eine bessere Leistung der Transistoren erreicht werden. Der Widerstand des Geräts im Stromkreis muss dahinter liegen. In diesem Fall kann eine bessere Funktion des Geräts erreicht werden. Als Regler im Stromkreis verfügt der gepulste Konstantspannungsstabilisator über eine Steuereinheit. Dieses Element ist in der Lage, die Leistung des Transistors zu schwächen und auch zu erhöhen. Dieses Phänomen tritt mit Hilfe von Drosseln auf, die mit Dioden im System verbunden sind. Die Belastung des Reglers wird durch Filter gesteuert.

Spannungsstabilisatoren vom Schlüsseltyp

Warum Kompensatoren installieren?

In den meisten Fällen spielen Kompensatoren beim Stabilisator eine untergeordnete Rolle. Es hängt mit der Regulierung von Impulsen zusammen. Dies meistern Transistoren. Kompensatoren haben jedoch immer noch ihre Vorteile. In diesem Fall hängt viel davon ab, welche Geräte an die Stromquelle angeschlossen sind.

Wenn wir über Funkgeräte sprechen, ist ein besonderer Ansatz erforderlich. Damit verbunden sind verschiedene Vibrationen, die von einem solchen Gerät unterschiedlich wahrgenommen werden. In diesem Fall können Kompensatoren den Transistoren dabei helfen, die Spannung zu stabilisieren. Der Einbau zusätzlicher Filter in den Kreislauf führt in der Regel nicht zu einer Verbesserung der Situation. Gleichzeitig haben sie großen Einfluss auf die Effizienz.

Nachteile der galvanischen Trennung

Zur Signalübertragung zwischen wichtigen Systemelementen werden galvanische Trennungen installiert. Ihr Hauptproblem kann als falsche Schätzung der Eingangsspannung bezeichnet werden. Dies geschieht am häufigsten bei veralteten Stabilisatormodellen. Die darin enthaltenen Controller sind nicht in der Lage, Informationen schnell zu verarbeiten und Kondensatoren zum Laufen zu bringen. Darunter leiden vor allem Dioden. Wenn das Filtersystem hinter Widerständen im Stromkreis installiert ist, brennen diese einfach durch.

Guten Tag. Ich mache Sie auf einen Testbericht des integrierten linear einstellbaren Spannungs- (oder Strom-)Stabilisators LM317 zum Preis von 18 Cent pro Stück aufmerksam. In einem örtlichen Geschäft kostet ein solcher Stabilisator eine Größenordnung mehr, weshalb ich mich für dieses Los interessierte. Ich beschloss, zu prüfen, was zu diesem Preis verkauft wurde, und es stellte sich heraus, dass der Stabilisator recht hochwertig war, aber mehr dazu weiter unten.
Die Überprüfung umfasst Tests im Spannungs- und Stromstabilisatormodus sowie die Überprüfung des Überhitzungsschutzes.
Für Interessierte bitte...

Eine kleine Theorie:

Es gibt Stabilisatoren linear Und Impuls.
Linearstabilisator ist ein Spannungsteiler, dessen Eingang mit einer Eingangsspannung (instabil) versorgt wird und dessen Ausgangsspannung (stabilisiert) vom unteren Zweig des Teilers entfernt wird. Die Stabilisierung erfolgt durch Änderung des Widerstands eines der Teilerarme: Der Widerstand wird konstant gehalten, sodass die Spannung am Ausgang des Stabilisators innerhalb der festgelegten Grenzen liegt. Bei einem großen Verhältnis von Eingangs-/Ausgangsspannungen weist der Linearstabilisator einen geringen Wirkungsgrad auf, da der größte Teil der Leistung Pdis = (Uin - Uout) * als Wärme am Steuerelement abgegeben wird. Daher muss das Steuerelement in der Lage sein, ausreichend Leistung abzuleiten, das heißt, es muss auf einem Heizkörper mit der erforderlichen Fläche installiert werden.
Vorteil Linearstabilisator – Einfachheit, keine Interferenzen und eine geringe Anzahl verwendeter Teile.
Mangel- geringer Wirkungsgrad, hohe Wärmeentwicklung.
Schaltstabilisator Spannung ist ein Spannungsstabilisator, bei dem das Regelelement im Schaltmodus arbeitet, d kann als Schalter betrachtet werden. Aufgrund des Vorhandenseins eines integrierenden Elements kommt es zu einer sanften Spannungsänderung: Die Spannung steigt, wenn sie Energie akkumuliert, und nimmt ab, wenn sie an die Last abgegeben wird. Dieser Betriebsmodus kann Energieverluste erheblich reduzieren sowie Gewichts- und Größenindikatoren verbessern, hat jedoch seine eigenen Eigenschaften.
Vorteil Impulsstabilisator – hoher Wirkungsgrad, geringe Wärmeentwicklung.
Mangel- eine größere Anzahl von Elementen, das Vorhandensein von Interferenzen.

Held der Rezension:

Das Los besteht aus 10 Mikroschaltungen in einem TO-220-Gehäuse. Die Stabilisatoren wurden in einer mit Polyethylenschaum umwickelten Plastiktüte geliefert.






Vergleich mit dem wohl bekanntesten Linearstabilisator 7805 für 5 Volt im gleichen Gehäuse.

Testen:
Ähnliche Stabilisatoren werden hier von vielen Herstellern hergestellt.
Die Position der Beine ist wie folgt:
1 - Anpassung;
2 - Ausgang;
3 - Eingang.
Wir bauen einen einfachen Spannungsstabilisator nach dem Diagramm aus dem Handbuch zusammen:


Folgendes haben wir mit 3 Positionen des variablen Widerstands erreicht:
Die Ergebnisse sind, ehrlich gesagt, nicht sehr gut. Ich würde es nicht als Stabilisator bezeichnen.
Als nächstes habe ich den Stabilisator mit einem 25-Ohm-Widerstand beladen und das Bild hat sich völlig verändert:

Als nächstes beschloss ich, die Abhängigkeit der Ausgangsspannung vom Laststrom zu überprüfen, indem ich die Eingangsspannung auf 15 V einstellte, die Ausgangsspannung mit einem Trimmerwiderstand auf etwa 5 V einstellte und den Ausgang mit einem variablen 100-Ohm-Drahtwiderstand belastete . Folgendes ist passiert:
Es war nicht möglich, einen Strom von mehr als 0,8 A zu erhalten, weil Die Eingangsspannung begann zu sinken (die Stromversorgung ist schwach). Als Ergebnis dieser Tests wurde der Stabilisator mit dem Kühler auf 65 Grad erhitzt:

Um die Funktion des Stromstabilisators zu überprüfen, wurde die folgende Schaltung aufgebaut:


Anstelle eines variablen Widerstands habe ich einen konstanten verwendet, hier sind die Testergebnisse:
Auch die aktuelle Stabilisierung ist gut.
Nun, wie kann es eine Rezension geben, ohne den Helden zu verbrennen? Dazu habe ich den Spannungsstabilisator wieder zusammengebaut, 15V an den Eingang angelegt, den Ausgang auf 5V eingestellt, d.h. 10 V fielen am Stabilisator ab und belasteten ihn mit 0,8 A, d. h. Am Stabilisator wurden 8 W Leistung freigesetzt. Der Kühler wurde entfernt.
Das Ergebnis wurde im folgenden Video demonstriert:

Ja, der Überhitzungsschutz funktioniert auch, ein Durchbrennen des Stabilisators war nicht möglich.

Ergebnis:

Der Stabilisator ist voll funktionsfähig und kann als Spannungsstabilisator (sofern eine Last vorhanden ist) und als Stromstabilisator verwendet werden. Es gibt auch viele verschiedene Anwendungsschemata zur Erhöhung der Ausgangsleistung, zur Verwendung als Ladegerät für Batterien usw. Die Kosten für das Thema sind durchaus angemessen, wenn man bedenkt, dass ich ein solches Gerät offline für mindestens 30 Rubel und für 19 Rubel kaufen kann , das deutlich teurer ist als das hier getestete.

Damit verabschiede ich mich, viel Glück!

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In diesem Artikel erfahren Sie mehr über:

Jeder von uns nutzt in seinem Leben eine Vielzahl unterschiedlicher Elektrogeräte. Sehr viele von ihnen benötigen Niederspannungsstrom. Mit anderen Worten, sie verbrauchen Strom, der nicht durch eine Spannung von 220 Volt gekennzeichnet ist, sondern zwischen einem und 25 Volt betragen sollte.

Um Strom mit einer solchen Voltzahl zu liefern, werden natürlich spezielle Geräte eingesetzt. Das Problem besteht jedoch nicht darin, die Spannung zu senken, sondern darin, ihr Niveau stabil zu halten.

Dazu können Sie lineare Stabilisierungsgeräte verwenden. Allerdings wird eine solche Lösung ein sehr umständliches Vergnügen sein. Diese Aufgabe wird idealerweise von jedem Schaltspannungsstabilisator übernommen.

Zerlegter Pulsstabilisator

Wenn wir Puls- und Linearstabilisierungsgeräte vergleichen, liegt ihr Hauptunterschied in der Bedienung des Bedienelements. Beim ersten Gerätetyp funktioniert dieses Element wie ein Schlüssel. Mit anderen Worten, es befindet sich entweder in einem geschlossenen oder offenen Zustand.

Die Hauptelemente von Pulsstabilisierungsgeräten sind Regel- und Integrationselemente. Der erste sorgt für die Zufuhr und Unterbrechung des elektrischen Stroms. Die zweite Aufgabe besteht darin, Strom zu akkumulieren und ihn nach und nach an die Last abzugeben.

Funktionsprinzip von Pulsumrichtern

Funktionsprinzip eines Pulsstabilisators

Das Hauptprinzip der Funktionsweise besteht darin, dass bei geschlossenem Regelelement elektrische Energie im Integrationselement gespeichert wird. Diese Akkumulation wird durch steigende Spannung beobachtet. Nach dem Ausschalten des Bedienelements, d.h. Öffnet die Stromversorgungsleitung, die integrierende Komponente gibt Strom ab und reduziert die Spannung schrittweise. Dank dieser Funktionsweise verbraucht das Pulsstabilisierungsgerät nicht viel Energie und kann kleine Abmessungen haben.

Das Regelelement kann ein Thyristor, ein Bipolartransistor oder ein Feldeffekttransistor sein. Als integrierende Elemente können Drosseln, Batterien oder Kondensatoren verwendet werden.

Beachten Sie, dass Pulsstabilisierungsgeräte auf zwei verschiedene Arten funktionieren können. Die erste beinhaltet die Verwendung der Pulsweitenmodulation (PWM). Der zweite ist ein Schmitt-Trigger. Sowohl PWM als auch Schmitt-Trigger werden zur Steuerung der Schalter der Stabilisierungsvorrichtung verwendet.

Stabilisator mittels PWM

Ein schaltender Gleichspannungsstabilisator, der auf der Basis von PWM arbeitet, enthält neben Schalter und Integrator:

1. Generator;
2. Operationsverstärker;
3. Modulator

Die Funktion des Schalters hängt direkt vom Eingangsspannungspegel und dem Tastverhältnis der Impulse ab. Die letzte Kennlinie wird von der Frequenz des Generators und der Kapazität des Integrators beeinflusst. Wenn der Schalter geöffnet wird, beginnt der Prozess der Stromübertragung vom Integrator zur Last.

Schematische Darstellung eines PWM-Stabilisators

In diesem Fall vergleicht der Operationsverstärker die Pegel der Ausgangsspannung und der Referenzspannung, ermittelt die Differenz und übermittelt die erforderliche Verstärkung an den Modulator. Dieser Modulator wandelt die vom Generator erzeugten Impulse in Rechteckimpulse um.

Die Endimpulse zeichnen sich durch die gleiche Tastverhältnisabweichung aus, die proportional zur Differenz zwischen Ausgangsspannung und Vergleichsspannung ist. Es sind diese Impulse, die das Verhalten des Schlüssels bestimmen.

Das heißt, bei einem bestimmten Arbeitszyklus kann der Schalter schließen oder öffnen. Es stellt sich heraus, dass bei diesen Stabilisatoren Impulse die Hauptrolle spielen. Daher stammt eigentlich auch der Name dieser Geräte.

Schmitt-Trigger-Konverter

Solche Pulsstabilisierungsgeräte, die einen Schmitt-Trigger nutzen, verfügen nicht mehr über eine so große Anzahl an Bauteilen wie beim bisherigen Gerätetyp. Das Hauptelement ist hier der Schmitt-Trigger, der einen Komparator enthält. Die Aufgabe des Komparators besteht darin, den Spannungspegel am Ausgang mit seinem maximal zulässigen Pegel zu vergleichen.

Stabilisator mit Schmitt-Trigger

Wenn die Ausgangsspannung ihren Maximalwert überschreitet, schaltet der Auslöser in die Nullstellung und öffnet den Schalter. Zu diesem Zeitpunkt wird der Induktor oder Kondensator entladen. Natürlich werden die Eigenschaften des elektrischen Stroms durch den oben genannten Komparator ständig überwacht.

Und wenn die Spannung dann unter den erforderlichen Wert fällt, wechselt die Phase „0“ in die Phase „1“. Als nächstes schließt sich der Schlüssel und elektrischer Strom fließt in den Integrator.

Der Vorteil eines solchen Impulsspannungsstabilisators besteht darin, dass seine Schaltung und sein Aufbau recht einfach sind. Es kann jedoch nicht in allen Fällen angewendet werden.

Es ist zu beachten, dass Pulsstabilisierungsgeräte nur in bestimmte Richtungen arbeiten können. Was wir hier meinen, ist, dass sie entweder rein nach unten oder rein nach oben verlaufen können. Es gibt auch zwei weitere Arten solcher Geräte, nämlich Wechselrichter und Geräte, die die Spannung beliebig ändern können.

Schema eines reduzierenden Pulsstabilisierungsgeräts

In Zukunft werden wir die Schaltung eines reduzierenden Impulsstabilisierungsgeräts betrachten. Es besteht aus:

1. Regeltransistor oder jede andere Art von Schalter.
2. Induktoren.
3. Kondensator.
4. Diode.
5. Ladungen.
6. Steuergeräte.

Die Einheit, in der der Stromvorrat gespeichert wird, besteht aus der Spule selbst (Induktor) und einem Kondensator.

Während der Schalter (in unserem Fall der Transistor) angeschlossen ist, fließt Strom zur Spule und zum Kondensator. Die Diode befindet sich im geschlossenen Zustand. Das heißt, es kann keinen Strom leiten.

Die Anfangsenergie wird von einem Steuergerät überwacht, das im richtigen Moment den Schlüssel abschaltet, also in den ausgeschalteten Zustand versetzt. Wenn sich der Schalter in diesem Zustand befindet, verringert sich der Strom, der durch die Induktivität fließt.

Buck-Pulsstabilisator

In diesem Fall ändert sich die Richtung der Spannung im Induktor und dadurch erhält der Strom eine Spannung, deren Wert die Differenz zwischen der elektromotorischen Kraft der Selbstinduktion der Spule und der Voltzahl ist die Eingabe. Zu diesem Zeitpunkt öffnet die Diode und die Induktivität versorgt die Last über sie mit Strom.

Wenn der Stromvorrat erschöpft ist, wird der Schlüssel angeschlossen, die Diode geschlossen und die Induktivität geladen. Das heißt, alles wiederholt sich.
Ein Aufwärtsschaltspannungsstabilisator funktioniert auf die gleiche Weise wie ein Abwärtsspannungsregler. Eine invertierende Stabilisierungsvorrichtung zeichnet sich durch einen ähnlichen Betriebsalgorithmus aus. Natürlich hat seine Arbeit ihre Unterschiede.

Der Hauptunterschied zwischen einem Impulsverstärkergerät besteht darin, dass seine Eingangsspannung und Spulenspannung die gleiche Richtung haben. Als Ergebnis werden sie zusammengefasst. Im Impulsstabilisator wird zunächst eine Drossel, dann ein Transistor und eine Diode platziert.

Bei einem invertierenden Stabilisierungsgerät ist die Richtung der EMF der Selbstinduktion der Spule dieselbe wie bei einem Abwärtsgerät. Während der Schalter angeschlossen ist und die Diode schließt, liefert der Kondensator Strom. Jedes dieser Geräte kann mit Ihren eigenen Händen zusammengebaut werden.

Hilfreicher Tipp: Anstelle von Dioden können Sie auch Schalter (Thyristor oder Transistor) verwenden. Sie müssen jedoch Operationen ausführen, die das Gegenteil des Primärschlüssels sind. Mit anderen Worten: Wenn der Hauptschlüssel geschlossen wird, sollte sich der Schlüssel anstelle der Diode öffnen. Umgekehrt.

Anhand des oben definierten Aufbaus von Spannungsstabilisatoren mit Impulsregelung lässt sich ermitteln, welche Merkmale als Vorteile und welche als Nachteile gelten.

Vorteile

Die Vorteile dieser Geräte sind:

1. Eine solche Stabilisierung, die sich durch einen sehr hohen Koeffizienten auszeichnet, ist recht einfach zu erreichen.
2. Hohe Effizienz. Da der Transistor nach einem Schaltalgorithmus arbeitet, entsteht eine geringe Verlustleistung. Diese Verlustleistung ist deutlich geringer als bei linearen Stabilisierungsgeräten.
3. Die Fähigkeit, Spannungen auszugleichen, die am Eingang in einem sehr weiten Bereich schwanken können. Bei konstantem Strom kann dieser Bereich zwischen einem und 75 Volt liegen. Bei Wechselstrom kann dieser Bereich zwischen 90 und 260 Volt schwanken.
4. Mangelnde Empfindlichkeit gegenüber der Eingangsspannungsfrequenz und der Qualität der Stromversorgung.
5. Die endgültigen Ausgangsparameter bleiben auch bei sehr großen Stromänderungen recht stabil.
6. Die Spannungswelligkeit, die von einem Impulsgerät ausgeht, liegt immer im Millivoltbereich und ist nicht von der Leistung der angeschlossenen Elektrogeräte oder deren Elemente abhängig.
7. Der Stabilisator schaltet sich immer sanft ein. Dies bedeutet, dass der Ausgangsstrom nicht durch Sprünge gekennzeichnet ist. Allerdings ist zu beachten, dass beim ersten Einschalten der Stromstoß hoch ist. Um dieses Phänomen auszugleichen, werden jedoch Thermistoren verwendet, die einen negativen TCR haben.
8. Kleine Werte für Masse und Größe.

Mängel

1. Wenn wir über die Nachteile dieser Stabilisierungsgeräte sprechen, liegen sie in der Komplexität des Geräts. Aufgrund der Vielzahl unterschiedlicher Komponenten, die recht schnell ausfallen können, und der spezifischen Funktionsweise kann das Gerät keine hohe Zuverlässigkeit vorweisen.
2. Er steht ständig unter Hochspannung. Während des Betriebs kommt es häufig zu Schaltvorgängen und es sind schwierige Temperaturbedingungen für den Diodenkristall zu beobachten. Dies beeinträchtigt deutlich die Eignung zur Stromgleichrichtung.
3. Durch häufiges Schalten von Schaltern entstehen Frequenzstörungen. Ihre Zahl ist sehr groß und das ist ein negativer Faktor.

Hilfreicher Rat: Um diesen Mangel zu beseitigen, müssen Sie spezielle Filter verwenden.

1. Sie werden sowohl am Eingang als auch am Ausgang installiert und sind im Reparaturfall auch mit Schwierigkeiten verbunden. Hierbei ist zu beachten, dass ein Laie die Panne nicht beheben kann.
2. Reparaturarbeiten können von jemandem durchgeführt werden, der sich mit solchen Stromwandlern auskennt und über die erforderlichen Fähigkeiten verfügt. Mit anderen Worten: Wenn ein solches Gerät durchbrennt und der Benutzer keine Kenntnisse über die Funktionen des Geräts hat, ist es besser, es zur Reparatur an spezialisierte Unternehmen zu bringen.
3. Auch für Laien ist es schwierig, Schaltspannungsstabilisatoren zu konfigurieren, die 12 Volt oder eine andere Voltzahl umfassen können.
4. Fällt ein Thyristor oder ein anderer Schalter aus, können am Ausgang sehr komplexe Folgen auftreten.
5. Zu den Nachteilen gehört die Notwendigkeit, Geräte zu verwenden, die den Leistungsfaktor ausgleichen. Einige Experten weisen außerdem darauf hin, dass solche Stabilisierungsgeräte teuer sind und nicht mit einer großen Anzahl von Modellen aufwarten können.

Anwendungsbereiche

Dennoch können solche Stabilisatoren in vielen Bereichen eingesetzt werden. Am häufigsten werden sie jedoch in Funknavigationsgeräten und in der Elektronik eingesetzt.

Darüber hinaus werden sie häufig für LCD-Fernseher und LCD-Monitore, Netzteile für digitale Systeme sowie für Industrieanlagen verwendet, die Niederspannungsstrom benötigen.

Hilfreicher Hinweis: Pulsstabilisierungsgeräte werden häufig in Wechselstromnetzen eingesetzt. Die Geräte selbst wandeln diesen Strom in Gleichstrom um. Wenn Sie Benutzer anschließen müssen, die Wechselstrom benötigen, müssen Sie am Eingang einen Glättungsfilter und einen Gleichrichter anschließen.

Es ist zu beachten, dass für jedes Niederspannungsgerät solche Stabilisatoren erforderlich sind. Sie können auch zum direkten Laden verschiedener Akkus und zum Betreiben von Hochleistungs-LEDs verwendet werden.

Aussehen

Wie oben erwähnt, zeichnen sich Impulsstromwandler durch kleine Größen aus. Ihre Größe und ihr Aussehen hängen davon ab, für welchen Eingangsspannungsbereich sie ausgelegt sind.

Wenn sie für den Betrieb mit sehr niedrigen Eingangsspannungen ausgelegt sind, bestehen sie möglicherweise aus einem kleinen Kunststoffkasten, aus dem eine bestimmte Anzahl von Drähten herausragt.

Stabilisatoren, die für eine große Eingangsspannung ausgelegt sind, sind Mikroschaltungen, in denen sich alle Drähte befinden und an die alle Komponenten angeschlossen sind. Sie haben bereits davon erfahren.

Das Aussehen dieser Stabilisierungsgeräte hängt auch von ihrem funktionalen Zweck ab. Wenn sie einen geregelten (Wechsel-)Spannungsausgang liefern, wird der Widerstandsteiler außerhalb des integrierten Schaltkreises platziert. Für den Fall, dass eine feste Voltzahl aus dem Gerät austritt, befindet sich dieser Teiler bereits in der Mikroschaltung selbst.

Wichtige Funktionen

Achten Sie bei der Auswahl eines Schaltspannungsstabilisators, der konstante 5 V oder eine andere Voltzahl erzeugen kann, auf eine Reihe von Eigenschaften.

Das erste und wichtigste Merkmal sind die minimalen und maximalen Spannungswerte, die im Stabilisator selbst enthalten sind. Die oberen und unteren Grenzen dieser Eigenschaft wurden bereits angegeben.

Der zweite wichtige Parameter ist der höchste Ausgangsstrompegel.

Das dritte wichtige Merkmal ist der Nennausgangsspannungspegel. Mit anderen Worten, das Spektrum der Größen, in dem es gefunden werden kann. Es ist erwähnenswert, dass viele Experten behaupten, dass die maximalen Eingangs- und Ausgangsspannungen gleich sind.

In Wirklichkeit ist dies jedoch nicht der Fall. Der Grund dafür ist, dass die Eingangsspannung am Schalttransistor reduziert wird. Das Ergebnis ist eine etwas geringere Voltzahl am Ausgang. Gleichheit kann nur dann erreicht werden, wenn der Laststrom sehr klein ist. Gleiches gilt für Mindestwerte.

Ein wichtiges Merkmal jedes Impulswandlers ist die Genauigkeit der Ausgangsspannung.

Hilfreicher Rat: Sie sollten auf diese Anzeige achten, wenn das Stabilisierungsgerät einen Ausgang mit einer festen Voltzahl liefert.

Der Grund dafür ist, dass sich der Widerstand in der Mitte des Wandlers befindet und seine genaue Wirkungsweise in der Produktion festgelegt wird. Wenn die Anzahl der Ausgangsvolt vom Benutzer angepasst wird, wird auch die Genauigkeit angepasst.

Mit dem LM2596-Chip lässt sich eine stabilisierte Spannungsquelle aufbauen, auf deren Basis sich ganz einfach ein einfaches und zuverlässiges Schalt-Labornetzteil mit Kurzschlussschutz herstellen lässt.

Schauen wir uns zunächst den LM2596 genauer an:

Pinbelegung LM2596T

Pinbelegung LM2596S

Chipeigenschaften

• Eingangsspannung – von 2,4 bis 40 Volt (bis zu 60 Volt in der HV-Version)
• Ausgangsspannung – fest oder einstellbar (von 1,2 bis 37 Volt)
• Ausgangsstrom – bis zu 3 Ampere (bei guter Kühlung – bis zu 4,5 A)
• Konvertierungsfrequenz - 150 kHz
• Gehäuse – TO220-5 (Durchsteckmontage) oder D2PAK-5 (Aufputzmontage)
• Wirkungsgrad – 70–75 % bei niedrigen Spannungen, bis zu 95 % bei hohen Spannungen.

mehr Details:

Eigenschaften von LM2596-3.3

Eigenschaften von LM2596-5.0

Spezifikationen von LM2596-12

LM2596-ADJ-Spezifikationen

Blockdiagramm von LM2596

Anschlussplan LM2596

5-V-Smit Polaritätsumkehr auf LM2596-5.0

Der einstellbare Spannungsstabilisator basiert auf dem LM2596T-Chip.

Diese Mikroschaltung arbeitet im Impulsmodus und weist daher einen hohen Wirkungsgrad auf, der es ihr ermöglicht, Ströme von bis zu 2 A zu leiten, ohne dass ein Kühlkörper erforderlich ist. Bei einer Belastung mit einer Stromaufnahme von mehr als 2 A ist die Verwendung eines Kühlkörpers (Kühlers) mit einer Oberfläche von mindestens 100 cm2 erforderlich. Der Kühlkörper wird mit Wärmeleitpaste vom Typ KPT-8 an der Mikroschaltung befestigt.

Das Gerät kann auf jede andere feste Ausgangsspannung konfiguriert werden. Dazu müssen Sie R2 durch einen Widerstand ersetzen, der nach der folgenden Formel berechnet wird: R2 = R1*(Vout / Vref-1) oder R2 = 1210*(Vout /1,23 – 1)

LM2596 verfügt über einen thermischen Überhitzungsschutz sowie eine Ausgangsstrombegrenzung auf bis zu 3 A. Wenn dieses Gerät von einem Abwärtstransformator mit Diodenbrücke gespeist wird, muss die Kapazität des Kondensators C1 auf 2200 µF erhöht werden. Als Schutzdiode D1 können Sie eine Schottky-Diode vom Typ 1N5822 verwenden.

Sie müssen außerdem sorgfältig sicherstellen, dass die Operationsverstärkerschaltung nicht erregt wird und in den Lasermodus wechselt. Versuchen Sie dazu, die Länge aller Leiter und insbesondere der mit dem Stift verbundenen Leiterbahn zu reduzieren. 2 LM2596. Platzieren Sie den Operationsverstärker nicht in der Nähe dieser Leiterbahn, sondern platzieren Sie die Diode und den Filterkondensator näher am LM2596-Gehäuse und stellen Sie sicher, dass eine minimale Masseschleifenfläche mit diesen Elementen verbunden ist.

Fertiger Spannungsstabilisator basierend auf LM2596S- und LM317-Chips mit digitaler Anzeige der Eingangs- oder Ausgangsspannung.

P O P U L A R N O E:

Nachdem ich das Blockschaltbild der Stromversorgung betrachtet habe AT-Typ Es kann in mehrere Hauptteile unterteilt werden.