Impulsladegerät zum Laden von Batterien. Einfacher Flyback-Spannungswandler. Schaltendes Ladegerät an einem Feldwechselrichter
Die Schaltung unterscheidet sich grundlegend vom Aufbau des Vorgängers – dem Schweißtransformator. Die Konstruktion früherer Schweißmaschinen beruhte auf einem Abwärtstransformator, der sie groß und schwer machte. Moderne Schweißinverter sind dank der Verwendung fortschrittlicher Entwicklungen in ihrer Produktion leichte und kompakte Geräte, die sich durch eine breite Funktionalität auszeichnen.
Das Hauptelement des Stromkreises eines jeden Schweißinverters ist ein Impulswandler, der hochfrequenten Strom erzeugt. Dadurch ist es durch den Einsatz eines Wechselrichters möglich, den Schweißlichtbogen einfach zu zünden und ihn während des gesamten Schweißprozesses in einem stabilen Zustand zu halten. Die Schweißinverterschaltung kann je nach Modell bestimmte Merkmale aufweisen, das Funktionsprinzip, auf das weiter unten eingegangen wird, bleibt jedoch unverändert.
Welche Wechselrichtertypen gibt es auf dem modernen Markt?
Für eine bestimmte Art des Schweißens sollten Sie die richtige Wechselrichterausrüstung wählen, von der jede Art über einen bestimmten Stromkreis und dementsprechend besondere technische Eigenschaften und Funktionen verfügt.
Wechselrichter moderner Hersteller können sowohl in Industriebetrieben als auch im Alltag gleichermaßen erfolgreich eingesetzt werden. Entwickler verbessern ständig die elektrischen Schaltpläne von Wechselrichtergeräten, wodurch sie mit neuen Funktionen ausgestattet und ihre technischen Eigenschaften verbessert werden können.
Wechselrichtergeräte als Hauptausrüstung werden häufig zur Durchführung der folgenden technologischen Vorgänge verwendet:
- verbrauchbare und nicht verbrauchbare Elektroden;
- Schweißen mit halbautomatischen und automatischen Technologien;
- Plasmaschneiden usw.
Darüber hinaus sind Invertermaschinen die effizienteste Art von Ausrüstung zum Schweißen von Aluminium, Edelstahl und anderen schwer schweißbaren Metallen. Schweißinverter ermöglichen Ihnen unabhängig von den Merkmalen ihres Stromkreises hochwertige, zuverlässige und saubere Schweißnähte, die mit jeder Technologie hergestellt werden. Wichtig ist dabei, dass die kompakte und nicht zu schwere Invertermaschine bei Bedarf jederzeit problemlos an den Ort der Schweißarbeiten gebracht werden kann.
Was gehört zum Aufbau eines Schweißinverters?
Der Stromkreis des Schweißinverters, der seine technischen Eigenschaften und Funktionalität bestimmt, umfasst solche obligatorischen Elemente wie:
- eine Einheit, die den Leistungsteil des Geräts mit Strom versorgt (sie besteht aus einem Gleichrichter, einem kapazitiven Filter und einem nichtlinearen Ladekreis);
- Leistungsteil, hergestellt auf Basis eines Eintaktwandlers (dieser Teil des Stromkreises umfasst auch einen Leistungstransformator, einen Sekundärgleichrichter und eine Ausgangsdrossel);
- Netzteil für Elemente des Niederstromteils des Stromkreises des Wechselrichtergeräts;
- PWM-Controller, der einen Stromwandler und einen Laststromsensor umfasst;
- ein Block, der für den Wärmeschutz und die Steuerung der Kühlventilatoren zuständig ist (dieser Block des Schaltplans umfasst Wechselrichterventilatoren und Temperatursensoren);
- Bedienelemente und Anzeigen.
Wie funktioniert ein Schweißinverter?
Die Bildung eines hohen Stroms, mit dessen Hilfe ein Lichtbogen zum Aufschmelzen der Kanten der zu verbindenden Teile und des Zusatzwerkstoffs entsteht, ist die Aufgabe jedes Schweißgeräts. Für die gleichen Zwecke wird auch ein Wechselrichtergerät benötigt, das die Erzeugung von Schweißstrom mit einem breiten Spektrum an Eigenschaften ermöglicht.
In seiner einfachsten Form sieht das Prinzip so aus.
- Wechselstrom mit einer Frequenz von 50 Hz aus einem regulären Stromnetz wird dem Gleichrichter zugeführt und dort in Gleichstrom umgewandelt.
- Nach dem Gleichrichter wird der Gleichstrom durch einen speziellen Filter geglättet.
- Vom Filter fließt der Gleichstrom direkt zum Wechselrichter, dessen Aufgabe es ist, ihn wieder in Wechselstrom, allerdings mit einer höheren Frequenz, umzuwandeln.
- Anschließend wird mithilfe eines Transformators die Spannung des hochfrequenten Wechselstroms reduziert, wodurch seine Stärke erhöht werden kann.
Um die Bedeutung jedes Elements des elektrischen Schaltplans eines Wechselrichtergeräts zu verstehen, lohnt es sich, dessen Funktionsweise genauer zu betrachten.
Vorgänge im Stromkreis eines Schweißinverters
Mit der Schaltung können Sie die Stromfrequenz von standardmäßig 50 Hz auf 60–80 kHz erhöhen. Aufgrund der Tatsache, dass der Hochfrequenzstrom am Ausgang eines solchen Geräts einer Regelung unterliegt, können Kompakttransformatoren hierfür effektiv eingesetzt werden. In dem Teil des Wechselrichterstromkreises, in dem sich der Stromkreis mit leistungsstarken Leistungstransistoren befindet, kommt es zu einer Erhöhung der Stromfrequenz. Wie Sie wissen, wird den Transistoren nur Gleichstrom zugeführt, weshalb am Eingang des Geräts ein Gleichrichter erforderlich ist.
Schematische Darstellung des Werksschweißinverters „Resanta“ (zum Vergrößern anklicken)
Wechselrichterschaltung des deutschen Herstellers FUBAG mit zahlreichen Zusatzfunktionen (zum Vergrößern anklicken)
Ein Beispiel für einen Schaltplan eines Schweißinverters zur Eigenproduktion (zum Vergrößern anklicken)
Der elektrische Schaltplan des Wechselrichtergeräts besteht aus zwei Hauptteilen: dem Leistungsteil und dem Steuerkreis. Das erste Element des Leistungsteils der Schaltung ist eine Diodenbrücke. Die Aufgabe einer solchen Brücke besteht genau darin, Wechselstrom in Gleichstrom umzuwandeln.
In dem in der Diodenbrücke aus Wechselstrom umgewandelten Gleichstrom können Impulse auftreten, die geglättet werden müssen. Hierzu wird nach der Diodenbrücke ein Filter aus überwiegend elektrolytischen Kondensatoren eingebaut. Es ist wichtig zu wissen, dass die Spannung, die von der Diodenbrücke ausgeht, etwa 1,4-mal größer ist als ihr Wert am Eingang. Bei der Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom werden Gleichrichterdioden sehr heiß, was ihre Leistung erheblich beeinträchtigen kann.
Um sie sowie andere Elemente des Gleichrichters vor Überhitzung zu schützen, werden in diesem Teil des Stromkreises Strahler eingesetzt. Darüber hinaus ist an der Diodenbrücke selbst eine Thermosicherung angebracht, deren Aufgabe es ist, die Stromversorgung abzuschalten, wenn sich die Diodenbrücke auf eine Temperatur von mehr als 80–90 Grad erwärmt hat.
Hochfrequente Störungen, die beim Betrieb des Wechselrichtergeräts entstehen, können über dessen Eingang in das Stromnetz gelangen. Um dies zu verhindern, ist vor dem Gleichrichterblock des Stromkreises ein elektromagnetischer Verträglichkeitsfilter installiert. Ein solcher Filter besteht aus einer Drossel und mehreren Kondensatoren.
Der Wechselrichter selbst, der Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt, jedoch mit einer viel höheren Frequenz, ist aus Transistoren in einer „Schrägbrücken“-Schaltung aufgebaut. Die Schaltfrequenz von Transistoren, durch die der Wechselstrom erzeugt wird, kann mehrere zehn oder hundert Kilohertz betragen. Der so erhaltene hochfrequente Wechselstrom hat eine rechteckige Amplitude.
Ein hinter der Wechselrichtereinheit installierter Spannungsreduziertransformator ermöglicht es Ihnen, am Ausgang des Geräts einen ausreichend starken Strom zu erhalten, um mit seiner Hilfe Schweißarbeiten effektiv durchführen zu können. Um mit einem Wechselrichtergerät Gleichstrom zu gewinnen, wird dem Abwärtstransformator ein leistungsstarker Gleichrichter nachgeschaltet, der ebenfalls auf einer Diodenbrücke aufgebaut ist.
Schutz- und Steuerelemente des Wechselrichters
Mehrere Elemente in seinem Schaltplan ermöglichen es Ihnen, den Einfluss negativer Faktoren auf den Betrieb des Wechselrichters zu vermeiden.
Um sicherzustellen, dass Transistoren, die Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln, während ihres Betriebs nicht durchbrennen, werden spezielle Dämpfungsschaltungen (RC) verwendet. Alle Stromkreisblöcke, die unter hoher Belastung arbeiten und sehr heiß werden, verfügen nicht nur über eine Zwangskühlung, sondern sind auch mit Temperatursensoren verbunden, die ihren Strom abschalten, wenn ihre Heiztemperatur einen kritischen Wert überschreitet.
Da die Filterkondensatoren nach dem Laden einen hohen Strom erzeugen können, der die Wechselrichtertransistoren durchbrennen kann, muss das Gerät mit einem Sanftanlauf ausgestattet sein. Zu diesem Zweck werden Stabilisatoren eingesetzt.
Der Stromkreis eines jeden Wechselrichters verfügt über einen PWM-Controller, der für die Steuerung aller Elemente seines Stromkreises verantwortlich ist. Vom PWM-Controller werden elektrische Signale an einen Feldeffekttransistor und von diesem an einen Trenntransformator gesendet, der gleichzeitig über zwei Ausgangswicklungen verfügt. Der PWM-Controller liefert über andere Elemente des Stromkreises auch Steuersignale an die Leistungsdioden und Leistungstransistoren der Wechselrichtereinheit. Damit der Controller alle Elemente des Stromkreises des Wechselrichters effektiv steuern kann, muss er auch mit elektrischen Signalen versorgt werden.
Zur Erzeugung solcher Signale wird ein Operationsverstärker verwendet, dessen Eingang mit dem im Wechselrichter erzeugten Ausgangsstrom versorgt wird. Weichen letztere von den vorgegebenen Parametern ab, erzeugt der Operationsverstärker ein Steuersignal an den Regler. Darüber hinaus empfängt der Operationsverstärker Signale aller Schutzschaltungen. Dies ist notwendig, damit er den Wechselrichter von der Stromversorgung trennen kann, wenn in seinem Stromkreis eine kritische Situation auftritt.
Vor- und Nachteile von Inverter-Schweißgeräten
Die Geräte, die die üblichen Transformatoren ersetzt haben, weisen eine Reihe wesentlicher Vorteile auf.
- Dank einer völlig anderen Herangehensweise an die Bildung und Regulierung des Schweißstroms beträgt das Gewicht solcher Geräte nur 5–12 kg, während Schweißtransformatoren 18–35 kg wiegen.
- Wechselrichter haben einen sehr hohen Wirkungsgrad (ca. 90 %). Dies liegt daran, dass sie deutlich weniger überschüssige Energie für die Erwärmung der Bauteile aufwenden. Schweißtransformatoren werden im Gegensatz zu Wechselrichtergeräten sehr heiß.
- Aufgrund dieser hohen Effizienz verbrauchen Wechselrichter zweimal weniger elektrische Energie als herkömmliche Transformatoren zum Schweißen.
- Die hohe Vielseitigkeit von Invertermaschinen erklärt sich aus der Möglichkeit, mit ihrer Hilfe den Schweißstrom in einem weiten Bereich zu regulieren. Dadurch kann das gleiche Gerät zum Schweißen von Teilen aus unterschiedlichen Metallen sowie zum Schweißen mit unterschiedlichen Technologien verwendet werden.
- Die meisten modernen Wechselrichtermodelle sind mit Optionen ausgestattet, die die Auswirkungen von Schweißfehlern auf den technologischen Prozess minimieren. Zu diesen Optionen zählen insbesondere „Anti-Stick“ und „Arc Force“ (Schnellzündung).
- Die außergewöhnliche Stabilität der dem Schweißlichtbogen zugeführten Spannung wird durch die automatischen Elemente des Wechselrichterstromkreises gewährleistet. In diesem Fall berücksichtigt und glättet die Automatisierung nicht nur Unterschiede in der Eingangsspannung, sondern korrigiert auch Störungen wie die Dämpfung des Schweißlichtbogens durch starken Wind.
- Das Schweißen mit Invertergeräten kann mit jeder Art von Elektrode durchgeführt werden.
- Einige Modelle moderner Schweißinverter verfügen über eine Programmierfunktion, mit der Sie ihre Modi bei der Ausführung einer bestimmten Art von Arbeit genau und schnell konfigurieren können.
Der Schaltplan eines solchen Schaltnetzteils ist im Internet recht häufig zu finden, einige davon enthalten jedoch Fehler, und ich habe den Schaltplan wiederum leicht modifiziert. Der Antriebsteil (Impulsgenerator) ist auf einem IR2153-PWM-Controller montiert. Die Schaltung ist ein typischer Halbbrückenwechselrichter mit einer Leistung von 250 Watt.
Impulsladegerät zum Laden von Batterien
Durch den Austausch der Elektrolytkondensatoren durch 470 uF 200 Volt kann die Wechselrichterleistung auf 400 Watt erhöht werden.
Leistungsschalter mit einer Belastung von bis zu 30-50 Watt bleiben kalt, müssen aber ggf. auf Kühlkörpern montiert werden;
Es wurde ein vorgefertigter Transformator aus einem Computer-Netzteil verwendet (im wahrsten Sinne des Wortes reicht jeder aus). Sie verfügen über einen 12-Volt-Bus mit bis zu 10 Ampere (abhängig von der Leistung des Geräts, in dem sie verwendet wurden, beträgt die Wicklung in einigen Fällen 20 Ampere). 10 Ampere Strom reichen völlig aus, um leistungsstarke Säurebatterien mit einer Kapazität von bis zu 200 A/h zu laden.
Diodengleichrichter – in meinem Fall wurde eine leistungsstarke 30-Ampere-Schottky-Diodenanordnung verwendet. Es gibt nur eine Diode.
AUFMERKSAMKEIT!
Schließen Sie die Sekundärwicklung des Transformators nicht kurz, da dies zu einem starken Stromanstieg im Primärkreis führt und die Transistoren überhitzen, was zu einem Ausfall führen kann.
Die Drossel wurde ebenfalls aus dem Schaltnetzteil entfernt; auf Wunsch kann sie vom Stromkreis ausgeschlossen werden; sie wird hier im Netzfilter verwendet.
Auch der Einbau einer Sicherung ist nicht erforderlich. Thermistor – beliebig (ich habe ihn von einem nicht funktionierenden Computer-Netzteil genommen). Der Thermistor schützt die Leistungstransistoren bei Spannungsspitzen. Die Hälfte der Komponenten dieses Netzteils, einschließlich Elektrolytkondensatoren, kann aus nicht funktionierenden Computer-Netzteilen entfernt werden.
Feldeffekttransistoren - Ich habe leistungsstarke Leistungsschalter der IRF740-Serie mit einer Spannung von 400 Volt bei einem Strom von bis zu 10 Ampere installiert, Sie können aber auch alle anderen ähnlichen Schalter mit einer Betriebsspannung von mindestens 400 Volt und einem Strom von verwenden mindestens 5 Ampere.
Das Gerät basiert auf einem Push-Pull-Halbbrücken-Pulswandler (Wechselrichter) auf leistungsstarken Transistoren VT4 und VT5, der auf der Niederspannungsseite von einem Pulsweitenregler DA1 gesteuert wird. Solche Wandler, die gegen Erhöhungen der Versorgungsspannung und Änderungen des Lastwiderstands resistent sind, haben sich in der Stromversorgung moderner Computer bewährt. Da der PHI-Controller K1114EU4 zwei Fehlerverstärker enthält, sind keine zusätzlichen Mikroschaltungen zur Steuerung des Ladestroms und der Ausgangsspannung erforderlich.
Die Hochgeschwindigkeitsdioden VD14, VD15 schützen den Kollektorübergang der Transistoren VT4, VT5 vor Sperrspannung an der Wicklung I des Transformators T2 und entladen die Emissionsenergie zurück zur Stromquelle. Dioden müssen eine Mindesteinschaltzeit haben.
Der Thermistor R9 begrenzt den Ladestrom der Kondensatoren C7, C8, wenn das Gerät an das Netzwerk angeschlossen ist.
Zur Unterdrückung von Störungen durch den Wandler wird ein Netzwerkfilter C1, C2, C5, L1 verwendet.
Die Schaltungen R19, R21, C12, VD9 und R20, R22, C13, VD10 dienen dazu, den Schließvorgang von Schalttransistoren zu beschleunigen, indem sie deren Basisschaltung mit negativer Spannung versorgen. Dadurch können Sie Schaltverluste reduzieren und den Wirkungsgrad des Wandlers steigern.
Der Kondensator C9 verhindert die Magnetisierung des Magnetkreises des Transformators T2 aufgrund der ungleichen Kapazität der Kondensatoren C7 und C8.
Die Schaltung R17, C11 trägt dazu bei, die Amplitude von Spannungsstößen an der Wicklung I des Transformators T2 zu reduzieren.
Der Transformator T1 trennt die Sekundärkreise galvanisch vom Netz und überträgt Steuerimpulse an den Basiskreis der Schalttransistoren. Wicklung III sorgt für eine proportionale Stromsteuerung. Durch den Einsatz der Transformatorisolation konnte ein sicherer Betrieb des Gerätes erreicht werden.
Der Ladestromgleichrichter besteht aus KD2997A-Dioden (VD11, VD12), die bei einer relativ hohen Betriebsfrequenz des Wandlers arbeiten können.
Der Widerstand R26 fungiert als Stromsensor. Die Spannung dieses Widerstands, die an den nichtinvertierenden Eingang des ersten Fehlerverstärkers des Controllers DA1 angelegt wird, wird mit der Spannung an seinem invertierenden Eingang verglichen, die durch den Widerstand R1 „LADESTROM“ eingestellt wird. Wenn sich das Fehlersignal ändert, ändert sich das Tastverhältnis der Steuerimpulse, die Öffnungszeit der Wechselrichter-Schalttransistoren und damit die an die Last übertragene Leistung.
Die Spannung vom Teiler R23, R24, proportional zur Spannung an der zu ladenden Batterie, wird dem nichtinvertierenden Eingang des zweiten Fehlerverstärkers zugeführt und mit der Spannung am Widerstand R4 verglichen, der an den invertierenden Eingang dieses Verstärkers angelegt wird . Auf diese Weise wird die Ausgangsspannung reguliert. Dadurch können Sie ein starkes Sieden des Elektrolyten am Ende des Ladevorgangs vermeiden, indem Sie den Ladestrom reduzieren.
Der SHI-Controller verfügt über eine eingebaute Quelle einer stabilen Spannung von 5 V, die alle Spannungsteiler versorgt, die die erforderlichen Spannungswerte am Geräteausgang und den Ladestrom einstellen.
Reis. 1. Schematische Darstellung eines Impulsladegeräts.
Da der DA1-Chip über den Ausgang des Geräts mit Strom versorgt wird, ist es nicht akzeptabel, die Ausgangsspannung des Geräts auf 8 V zu reduzieren – in diesem Fall stoppt die Stabilisierung des Ladestroms und er kann den maximal zulässigen Wert überschreiten. Solche Situationen werden durch eine Einheit beseitigt, die auf einem Transistor VTZ und einer Zenerdiode VD13 aufgebaut ist. Sie blockiert das Einschalten des Ladegeräts, wenn es mit einer fehlerhaften oder stark entladenen Batterie (mit einer EMK von weniger als 9 V) geladen wird. Die Zenerdiode und damit der Knotentransistor bleiben geschlossen und der DTC-Eingang (Pin 4) des DA1-Chips bleibt über den Widerstand R6 mit dem Uref-Ausgang der eingebauten Referenzspannungsquelle (Pin 14) verbunden. In diesem Fall beträgt die Spannung am DTC-Eingang mindestens 3 V und die Impulsbildung ist untersagt.
Wenn eine funktionierende Batterie an den Ausgang des Geräts angeschlossen wird, öffnet sich die Zenerdiode VD13, gefolgt vom Transistor VTZ, wodurch der Eingang des DTC-Controllers mit dem gemeinsamen Kabel verbunden wird und dadurch die Bildung von Impulsen an den Pins 8 und 11 (Ausgänge C1, C2 – offener Kollektor). Die Pulswiederholungsrate beträgt etwa 60 kHz. Nach der Stromverstärkung durch die Transistoren VT1, VT2 werden sie über den Transformator T1 an die Basis der Schalttransistoren VT4 und VT5 übertragen.
Die Pulswiederholungsrate wird durch die Elemente R10 und C6 bestimmt. Die Berechnung erfolgt nach folgender Formel:
F=1,1/R10 * C6.
Geräteeinrichtung
Zum Einrichten des Konverters benötigen Sie ein LATR, ein Oszilloskop, eine funktionierende Batterie und zwei Messgeräte – ein Voltmeter und ein Amperemeter (bis 20 A). Wenn einem Funkamateur ein Trenntransformator 220 V x 220 V mit einer Leistung von mindestens 300 W zur Verfügung steht, sollte das Gerät über diesen eingeschaltet werden – das Arbeiten ist sicherer.
Schließen Sie zunächst über einen temporären Strombegrenzungswiderstand mit einem Widerstand von 1 Ohm und einer Leistung von mindestens 75 W (oder eine Autolampe mit einer Leistung von 40-60 W) eine Batterie an den Ausgang des Geräts an und stellen Sie sicher, dass dies der Fall ist dass am Ausgang Uref (Pin 14) des PHI-Reglers eine positive Spannung von 5 V anliegt. Schließen Sie ein Oszilloskop an die Pins 8 und 11 (Ausgänge C1 und C2) des Controllers an und beobachten Sie die Steuerimpulse. Der Schieberegler des Widerstands R1 wird gemäß Diagramm auf die niedrigste Position eingestellt (minimaler Ladestrom) und vom LATR wird eine Spannung von 36 -48 V an den Netzwerkeingang des Geräts angelegt.
Die Transistoren VT4 und VT5 sollten nicht sehr heiß werden. Ein Oszilloskop überwacht die Spannung zwischen Emitter und Kollektor dieser Transistoren. Bei Überspannungen an der Impulsfront sollten Sie schnellere Dioden VD14, VD15 verwenden oder genauer die Elemente R17 und die Dämpfungsschaltung SP auswählen.
Es ist zu beachten, dass nicht alle Oszilloskope Messungen in galvanisch mit dem Netzwerk verbundenen Stromkreisen ermöglichen. Bedenken Sie außerdem, dass einige Elemente des Geräts unter Netzspannung stehen – das ist gefährlich!
Wenn alles in Ordnung ist, wird die Spannung am Netzwerkeingang schrittweise um LATR auf 220 V erhöht und der Betrieb der Transistoren VT4, VT5 mit einem Oszilloskop überwacht. Der Ausgangsstrom sollte 3 A nicht überschreiten. Stellen Sie durch Drehen des Schiebers des Widerstands R1 sicher, dass sich der Strom am Ausgang des Geräts gleichmäßig ändert.
Entfernen Sie anschließend den temporären Strombegrenzungswiderstand (oder die Lampe) aus dem Ausgangskreis und schließen Sie die Batterie direkt an den Ausgang des Geräts an. Wählen Sie die Widerstände R2, R5 so aus, dass die Grenzen für die Änderung des Ladestroms durch den Regler R2 0,5 und 25 A betragen. Stellen Sie die maximale Ausgangsspannung auf 15 V ein, indem Sie den Widerstand R4 auswählen.
Der R2-Reglerknopf ist mit einer Skala mit Ladestromwerten ausgestattet. Sie können das Gerät mit einem Amperemeter ausstatten.
Die Box und alle nicht stromführenden Metallteile des Ladegeräts müssen während des Betriebs zuverlässig geerdet sein. Es wird nicht empfohlen, ein funktionierendes Ladegerät längere Zeit unbeaufsichtigt zu lassen.
Einzelheiten
Die Dioden KD257B können durch RL205 und KD2997A durch andere ersetzt werden, darunter Shatka-Dioden mit einer Sperrspannung von mehr als 50 V und einem gleichgerichteten Strom von mehr als 20 A, FR155 mit Hochgeschwindigkeits-Pulsdioden FR205, FR305 und auch UF4005.
Die Dioden VD11, VD12 sorgen zudem für einen Gesamtkühlkörper mit einer Oberfläche von mindestens 200 cm2.
Der K1114EU4 PHI-Controller verfügt über viele ausländische Analoga – TL494IN, DBL494, mPC494, IR2M02, KA7500.
Anstelle von KT886A-1 eignen sich auch die Transistoren KT858A, KT858B oder KT886B-1.
Die Transistoren VT4 und VT5 werden auf Kühlkörpern mit einer Fläche von mindestens 100 cm installiert.
Die Wände des Gerätekastens sowie der allgemeine Kühlkörper für Dioden und Transistoren sollten aus Gründen des sicheren Betriebs des Ladegeräts nicht als Kühlkörper verwendet werden. Die Größe von Kühlkörpern kann erheblich reduziert werden, wenn diese zwangsweise durch einen Lüfter gekühlt werden.
Transformatoren sind die kritischsten und arbeitsintensivsten Elemente eines jeden Impulsumrichters. Von der Qualität ihrer Herstellung hängen nicht nur die Eigenschaften des Geräts, sondern auch seine Gesamtleistung ab.
Der Transformator T1 ist auf einen Ringmagnetkern der Standardgröße K20x12x6 aus M2000NM-Ferrit gewickelt.
Wicklung I ist gleichmäßig über den gesamten Ring mit PEV-2 0,4-Draht gewickelt und enthält 2x28 Windungen.
Wicklungen II und IV – jeweils 9 Windungen aus PEV-2 0,5-Draht.
Wicklung III – zwei Windungen MGTF-0,8-Draht. Die Wicklungen sind durch zwei Lagen dünnes Fluorkunststoffband voneinander und vom Magnetkreis isoliert.
Der T2-Transformator ist auf einen gepanzerten Magnetkern Ш10x10 aus M2000NM-Ferrit (oder noch besser M2500NMS) gewickelt, auch ein ringförmiger Magnetkern mit ähnlichem Querschnitt ist geeignet.
Wicklung I enthält 35 Windungen PEV-2 0,8-Draht.
Wicklung II – 2x4 Windungen eines Kabelbaums mit einem Querschnitt von mindestens 4 mm2 aus mehreren PEV-2- oder PEL-Drähten. Wenn Sie den Transformator stark abkühlen, kann sich der Querschnitt des Kabelbaums verringern.
Es ist zu beachten, dass nicht nur die Zuverlässigkeit des Geräts, sondern auch die Sicherheit seines Betriebs von der Qualität der Wicklungsisolierung der Transformatoren abhängt, da diese die Sekundärkreise von der Netzspannung trennt. Daher sollten Sie es nicht aus improvisierten Materialien – Geschenkpapier, Klebeband usw. – durchführen und es noch mehr vernachlässigen, wie es unerfahrene Funkamateure manchmal tun. Am besten verwenden Sie dünnes Fluorkunststoffband oder Kondensatorpapier aus Hochspannungskondensatoren und verlegen es in 2 - 3 Lagen.
Die Entwicklung von Schaltnetzteilen auf Basis von Wechselrichtern ermöglicht die Herstellung kostengünstiger Ladegeräte mit geringem Gewicht und geringen Abmessungen. Gegentakt-Pulswandler sind entscheidend für die unsymmetrische Magnetisierung des Magnetkreises und das Auftreten von Durchgangsströmen. Bei einem Halbbrückenwechselrichter mit sättigbarem Transformator gibt es keinen Gleichstromanteil im Primärwicklungsstrom und die Spannung an den geschlossenen Transistoren überschreitet nicht die Netzspannung.
In der Wechselrichterschaltung findet eine dreifache Umwandlung statt:
- Gleichrichtung der Netzspannung, d.h. Erhalten einer konstanten Hochspannung;
- Umwandlung von Gleichhochspannung in Impulsspannung
- Hochfrequenz und ihre Umwandlung in Niederspannung;
- Umwandlung von Hochfrequenzspannung in konstante Niederspannung, d.h. seine Aufrichtung und Stabilisierung.
Das vorgeschlagene Gerät (Abb. 1) ist zum Laden von Auto- und anderen leistungsstarken Batterien bestimmt.
Der Rechteckimpulsgenerator basiert auf einem analogen integrierten Timer DA1 der Serie 555. Die interne Struktur des Timers enthält zwei Komparatoren, deren Eingänge mit den Pins 2 und 6 verbunden sind, einen RS-Trigger mit einem Eingang (Pin 4), der auf den zurückgesetzt wird Nullzustand, ein Ausgangsverstärker zur Erhöhung der Belastbarkeit, ein Tasttransistor, dessen Kollektor mit Pin 7 verbunden ist, Steuereingang (Pin 5 vom Versorgungsspannungsteiler).
Um die Mikroschaltung im Selbstoszillatormodus zu betreiben, werden die Eingänge 2 und 6 der internen Komparatoren DA1 miteinander verbunden. Das Laden des externen Kondensators C1 wird fortgesetzt, wenn die Spannung an ihm auf den Wert von 2/3 Upit ansteigt und der hohe Pegel am Ausgang 3 DA1 durch einen niedrigen ersetzt wird.
Wenn die Spannung am Kondensator C1 aufgrund der Entladung durch den internen Transistor der Mikroschaltung auf den Wert von 1/3 Upit abfällt, wird Ausgang 3 DA1 wieder auf einen hohen Pegel gesetzt.
Die Lade- und Entladevorgänge des Zeitkondensators C1 erfolgen zyklisch. Die Ladung C1 erfolgt über die Diode VD1, R2 und den eingeschalteten (im Diagramm linken) Teil des variablen Widerstands R1, die Entladung erfolgt über VD2, R2, R4 und den rechten Teil von R1. Mit dieser Schaltung können Sie R1 verwenden, um das Tastverhältnis der Impulse (Verhältnis von Dauer zu Periode) zu regulieren. Die Frequenz des Generators bleibt konstant, aber die Breite (Dauer) der Impulse ändert sich. Dadurch wird an den Klemmen die gewünschte Ausgangsspannung eingestellt. XT1, XT2. Mit der HL1-LED-Anzeige können Sie das Vorhandensein eines hohen Pegels am Ausgang 3 von DA1 visuell überwachen.
Ein Impuls positiver Polarität vom Ausgang 3 von DA1 über den Begrenzungswiderstand R4 gelangt in die Basis des Transistors VT1 und öffnet ihn. Dadurch schalten die Transistoren VT2 und VT3 in entgegengesetzte Leitungszustände (VT2 schließt und VT3 öffnet). Am Ende des Impulses wechselt der High-Pegel an Pin 3 von DA1 auf Null, VT1 schließt bzw. VT3 schließt und VT2 öffnet.
Am Verbindungspunkt zwischen Emitter VT2 und Kollektor VT3 (an der Primärwicklung des Impulstransformators T1) entsteht ein Rechteckimpuls.
Widerstände R11, R12 und Zwangskondensatoren C4, C5 in den Basiskreisen der Transistoren VT2, VT3 reduzieren den Durchgangsstrom und entfernen die Transistoren im Moment des Schaltens aus der Sättigung, wodurch Verluste in Steuerkreisen und die Erwärmung der Transistoren reduziert werden. Um den Transistor VT1 mit einer gewissen Verzögerung zu öffnen und schnell zu schließen, was sich positiv auf das Schalten der Ausgangstransistoren auswirkt, ist der Timer-Bit-Transistor (Pin 7) DA1 mit der Basis VT1 verbunden.
Dämpfungsdioden VD5, VD6, parallel zu den Transistoren VT2, VT3 geschaltet, schützen sie vor Rückspannungsimpulsen. Bei einigen Transistoren sind sie bereits im Gehäuse verbaut, was sich jedoch nicht immer in den Passdaten widerspiegelt. Im geschlossenen Zustand der Tasten wird die im Transformator T1 gespeicherte Energie an die Last übertragen und teilweise über Dämpfungsdioden an die Stromquelle zurückgegeben.
Der Trennkondensator C8 eliminiert den Fluss der Gleichstromkomponente durch die Primärwicklung des Transformators T1 mit unterschiedlichen Eigenschaften der Transistoren VT2, VT3 und Filterkondensatoren C9, C10. Die C7-R16-Dämpferschaltung eliminiert Rückspannungsstöße, die beim Umschalten des Stroms in den T1-Wicklungen auftreten. Die Drossel L1 reduziert dynamische Verluste in Schalttransistoren und schmälert das Spektrum der erzeugten Schwingungen. Filterkondensatoren C9, C10 mit Ausgleichswiderständen R18, R19 erzeugen einen künstlichen Mittelpunkt für den Wechselrichtertransformator.
Die Stromversorgung des Impulsgenerators erfolgt über einen transformatorlosen Stromkreis über einen parametrischen Stabilisator R6-R10-VD3.
Die Netzspannung durchläuft die Filter C12-T2-C11. Der Thermistor RT1 begrenzt den Ladestrom der Filterkondensatoren C9, C10, wenn das Gerät eingeschaltet ist. Sein hoher Widerstand im „kalten“ Zustand wird gering, da die Filterkondensatoren durch Ladeströme erhitzt werden. Der Varistor RU1 überbrückt Spannungsstöße, die während des Betriebs des Wandlers in das Netzwerk eingespeist werden.
Hochfrequenzdioden VD7, VD8 richten die Spannung von der Sekundärwicklung T1 gleich und am Filterkondensator C6 wird eine konstante Spannung erhalten, die der Last über das Amperemeter PA1 mit einem internen Shunt von 10 A zugeführt wird. Mit der LED HL2 wird die Das Vorhandensein von Spannung wird optisch überwacht. Der Wechselrichter ist durch die Sicherung FU1 gegen Kurzschluss geschützt. Der zu ladende Akku wird mit der entsprechenden Polarität über ein Kabel mit einem Querschnitt von 2...4 mm2 an die Klemmen XT1 und XT2 angeschlossen.
Um eine bestimmte Ausgangsspannung aufrechtzuerhalten, wird eine Rückkopplungsschaltung in den Stromkreis eingeführt. Die zum Ausgang proportionale Spannung vom Teiler R14-R15 wird über den Begrenzungswiderstand R13 der LED des Optokopplers VU1 zugeführt. Die Zenerdiode VD4 begrenzt die Überspannung an der LED. Der Fototransistor des Optokopplers wird an den Steuereingang (Pin 5) des DA1-Timers angeschlossen.
Wenn die Ausgangsspannung ansteigt, beispielsweise aufgrund einer Erhöhung des Lastwiderstands, steigt der Strom durch die VU1-LED, der Fototransistor des Optokopplers öffnet stärker und umgeht den Timer-Steuereingang. Die Spannung am Eingang des oberen Komparators DA1 sinkt, er schaltet den internen Trigger bei einer niedrigeren Spannung am Kondensator C1, d.h. die Dauer des DA1-Impulses nimmt ab. Die Ausgangsspannung verringert sich entsprechend und umgekehrt. Die Temperaturabhängigkeit der Ausgangsspannung des Geräts kann kompensiert werden, indem R15 durch einen Thermistor ersetzt und durch eine Dichtung am Transistorkühlkörper befestigt wird.
Details und Design. Der Hochfrequenztransformator T1 Typ ERL-35R320 oder AR-450-1T1 wird ohne Modifikation vom AT/ATX-Computernetzteil verwendet. Die ungefähre Windungszahl der Primärwicklung beträgt 38...46, Draht 0,8 mm. Die Sekundärwicklung hat 2x7,5 Windungen und besteht aus einem 4x0,31 mm Bündel. Die Drossel L1 wird vom sekundären Spannungsfilter des Computernetzteils verwendet. Der Kern besteht aus Ferrit, Abmessungen 10x26x10 mm. Anzahl der Windungen - 15...25, Draht 0,6...0,8 mm. Die Drossel T2 ist eine Zweiwicklungsdrossel vom Typ 15-E000-0148 oder ein Filter HP1-P16 für einen Strom von 1,6 A (Induktivität - 2x6 mH).
Als Timer DA1 können Sie die inländische Mikroschaltung KR1006VI1 oder importierte analoge Mikroschaltungen verwenden, deren Hauptparameter in Tabelle 1 aufgeführt sind. Als Ersatz für die Leistungstransistoren VT2, VT3 sind die in Tabelle 2 angegebenen Typen geeignet.
Die Geräteelemente werden auf zwei Leiterplatten platziert, deren Zeichnungen in Abb. 2 und 3.
Die Transistoren VT2, VT3 müssen über Dichtungen und isolierte Stifte am Kühler installiert werden. Die zusammengebauten Leiterplatten werden in einem geeigneten Gehäuse auf Gestellen montiert, das Amperemeter wird in das ausgeschnittene Loch eingebaut, die LEDs HL1, HL2 werden daneben geklebt und der Stromregler R1, der Schalter SA1 und die Sicherungen FU1, FU2 werden befestigt.
Vor dem ersten Einschalten des Gerätes wird anstelle der Netzsicherung eine Kühlschrankglühbirne (220 Vx15 W) und anstelle der Last eine Autoglühbirne (12 Vx55 W) angeschlossen. Eine schwache Kühlschrankleuchte zeigt den Betriebszustand des Stromkreises an. Einige Betriebssekunden nach dem Trennen vom Netz wird die Erwärmung der Transistoren überprüft. Bei normaler Temperatur stellt der Widerstand R14 mit dem R1-Schieber in der Mittelstellung die Ausgangsspannung (unter Last) auf 13,8 V ein. Wenn Sie den R1-Schieber drehen, sollte sich die Helligkeit der Autoglühlampe ändern.
Bei unzureichender Kühlung der Transistoren und Gleichrichterdioden wird ein zusätzlicher Lüfter am Ladegerätgehäuse montiert. Es ist jedoch besser, ein Gehäuse mit einem veralteten Computernetzteil und einem Standardlüfter zu verwenden.
Als Netzspannungsquellen mit Impulswandlung werden Gegentaktwechselrichter eingesetzt. Der Unterschied zu Transformator-Netzteilen besteht im geringen Gewicht und den kleinen Abmessungen.
Ein Nachteil von Pulswechselrichtern ist der Ausfall der Haupttransistoren, wenn beim Schalten Durchgangsströme auftreten. Es ist möglich, den Durchgang von Durchgangsströmen zu vermeiden, indem zwischen den Steuerimpulsen der Haupttransistoren Pausen eingefügt werden, deren Dauer für das vollständige Schalten (Öffnen eines und Schließens eines anderen) der Transistoren ausreicht. Dies ist bei herkömmlichen Push-Pull-Wechselrichtern schwer zu erreichen, es ist jedoch möglich, Impulsgeneratoren auf digitalen (Uhr-)Mikroschaltungen zu verwenden.
Der mitgelieferte Wechselrichter (Abb. 1) verwendet einen K176IE12-Gegenteiler, der einen internen Generator und 2 Frequenzteiler (mit einem Teilungskoeffizienten von 60 und 15 Bit) enthält. Die Mikroschaltung ist speziell für den Einsatz in elektronischen Uhren konzipiert. Die Ausgangsfrequenz des Generators wird extern eingestellt RC-Kette R4-R5-C2 mit der Möglichkeit der Veränderung in weiten Grenzen.
Mit einer Frequenz seines internen Oszillators von 6 MHz an den Ausgängen T1 und T4 DD1 Es entstehen Impulse mit einer Frequenz von 23 kHz und einem Tastverhältnis von 4. Sie sind um eine Viertelperiode phasenverschoben. Die Pulsfrequenz kann in jede Richtung verändert werden, so dass aufgrund der magnetischen Permeabilität des T1-Transformatorkerns optimale Eigenschaften des Wechselrichters erreicht werden.
Schalter DD1 wird, wenn am Eingang ein hoher Pegel anliegt R (Pin 9) und R1 ( Pin 5) der Mikroschaltung. Ausfahrt F15 Wird für die Kontoregistrierung verwendet und ist mit LED ausgestattet HL1. Gehäusetyp K176IE12 - 238.16-1 ( DIP-16).
Im Betrieb erfolgt der Generatorimpuls vom Ausgang T2 DD1 Öffnet die obere Taste VT1, 2- Der Zählimpuls wird übersprungen, d.h. Es entsteht eine Pause, der 3. Impuls vom Ausgang T4 öffnet die untere Taste VT2, 4- Der zweite Impuls wird erneut weitergeleitet und der Zyklus wiederholt sich. Im geöffneten Zustand der Tasten wird Energie von der Primärwicklung des Impulstransformators T1 auf die Sekundärwicklung und weiter über den Gleichrichter übertragen VD6 und Filter L1-C7-C11 - in die Ladung. Die Dauer der Pausen zwischen den Impulsen wird so gewählt, dass sie ausreichen, um den Strom durch die Haupttransistoren vollständig zu stoppen.
Das Gerät besteht aus:
- Netzwerk-Interferenzfilter S8-T2-S12;
- Impulsgenerator mit Zähler auf einem digitalen Chip DD1;
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Gegentakt-Halbbrückenverstärker mit Feldeffekttransistoren VT1,VT2;
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parametrische Stromversorgung VD1-R10-C3-C4;
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Ausgangsspamit Optokoppler-Trennung der Primär- und Sekundärspannung (on VU1) und Fehlersignalverstärker (auf einem Parallelstabilisator). DA1);
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Ausgangsspannungsgleichrichter auf Diodenbaugruppe VD6;
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Ausgabefilter L1-C7-C11.
Widerstände R7 und R8 bieten Schutz für Feldeffekttransistor-Gates vor übermäßigen Ladeströmen der Eingangskondensatoren. Schnelle Dioden VD3 und VD4, parallel zu den Drain-Source-Kanälen von Transistoren platziert VT1 und VT2, Schützen Sie die Kanäle vor Impulsströmen mit umgekehrter Polarität, die in den Wicklungen des Transformators T1 auftreten. Der Kondensator C6 zwischen den Drains der Transistoren beschleunigt deren Schalten. Die Kondensatoren C9 und C10 reduzieren den Störgrad beim Schalten der Dioden der Gleichrichterbrücke VD6.
Der elektronische Schutz des Geräts erfolgt über einen Gegenkopplungskreis mit dem Hauptverstärker an einem parallelen Stabilisator DA1, mit einem Optokoppler bestückt VU1. Wenn die Ausgangsspannung innerhalb normaler Grenzen liegt, wird der Parallelstabilisator aktiviert DA1 abgedeckt, und die Optokoppler-LED VU1 offen. Wenn der Optokoppler-Transistor geöffnet ist, umgeht er den Eingang R1 DD1, welches den Betrieb der Chipzähler ermöglicht DD1.
Eine Erhöhung der Ausgangsspannung führt zu einem Anstieg des Pegels an der Steuerelektrode 1 DA1. Der Parallelregler öffnet und schließt die Optokoppler-LED kurz VU1, es schaltet sich aus. Fototransistor VU1 schließt, Eingangsspannung R1 DD1 erhöht sich, was den Betrieb des Zählers verhindert. Wiederaufnahme der Arbeit DD1 tritt auf, wenn die Ausgangsspannung auf den eingestellten Wert absinkt
von großer Bedeutung. Dadurch wird das Gerät vor Überlastung geschützt und die Ausgangsspannung stabilisiert.
Im Stromkreis können Sie Werkstransformatoren von Gegentaktwandlern von Computer-Netzteilen verwenden. Der Transformator T1 (159 W) besteht aus einem K40x25x11-Kern. Die Primärwicklung enthält 2 x35 Windungen PEV-Draht 00,62 mm, sekundär - 2 x7 Windungen eines Kabelbaums aus 4 MGTF-Drähten mit einem Querschnitt von 0,31 mm2. Gaspedal L1 gefertigt auf einem Ringkern K12x5x5 aus
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