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Ladegerät vom Computer Netzteil

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Wie bekannt, Netzteil vielleicht das gebräuchlichste elektronische Gerät. Eine einfache Stromversorgung kann auch von Anfängern durchgeführt werden. Aber welches Schema soll man wählen? Es gibt so viele, dass viele verloren gehen. Dieser Artikel beschreibt kurz die vier Haupttypen von Schaltkreisen und gibt Empfehlungen für deren Verwendung.

Bevor Sie sich entscheiden, ob Sie das fertige Produkt herstellen oder abholen möchten Netzteil Folgende Fragen müssen beantwortet werden:

  1. Welche Spannung soll das Netzteil erzeugen? Dies kann durch die Eigenschaften des Geräts bestimmt werden, das an die Stromversorgung angeschlossen wird.
  2. Welchen Strom sollte das Netzteil liefern? Dies wird auch auf dem anzuschließenden Gerät angezeigt. Wenn der Stromverbrauch angezeigt wird, kann der Strom durch Teilen der Leistung durch die Spannung bestimmt werden.

In Anbetracht des Vorstehenden werden nun die Haupttypen von Schaltungen betrachtet.

  1. Trafolose Stromversorgung mit Löschkondensator.

Es wird für kleine Ströme verwendet, zig Milliampere, selten Hunderte Milliampere. In der Praxis werden damit Batterien für kleine Lampen, Power-LEDs usw. aufgeladen. Das Schema einer solchen Stromversorgung:

Der Wert der Kapazität C1 bei aktiver Last wird durch die Formel bestimmt:

C1 - Kapazität, f

Ieff ist der Effektivwert des Laststroms A

Uc - Netzspannung, V

Unterspannung an der Last, V

f - Netzwerkfrequenz, 50 Hz

Wenn die Last nicht immer angeschlossen ist oder sich ihr Strom ändert, muss der Stromkreis eine Zenerdiode enthalten, damit die Spannung am Kondensator C2 und an der Last den zulässigen Wert nicht überschreitet:

Der Wert der Kapazität C1 wird unter Berücksichtigung des Maximalstroms der Zenerdiode und des Laststroms berechnet.

In dieser Formel ist 3,5 der Koeffizient, Imin ist der minimale Strom der Zenerdiode, Imax ist der maximale Laststrom, Ucmin ist die minimale Spannung, Uout ist die Ausgangsspannung der Stromversorgung.

Die Art der Kapazität ist C1 K73-17 oder ähnlich, die Betriebsspannung ist nicht niedriger als 400 V. Sie können ein paar hundert kOhm Widerstand C1 überbrücken, um den Kondensator im ausgeschalteten Zustand zu entladen.

Weitere Einzelheiten zu den Berechnungen solcher Schemata sind in der Zeitschrift Radio Nr. 5 für 1997 (S. 48-50) beschrieben.

Es ist klar, dass die Stromversorgung bei ausgeschalteter Last entsprechend der Lastleistung Strom für die Zenerdiode verbraucht. Der Wirkungsgrad ist daher gering. Dies ist einer der Gründe, solche Schaltungen nur für niedrige Ströme zu verwenden. Bei der Arbeit mit solchen Netzteilen ist darauf zu achten, dass deren Teile galvanisch mit dem Netzwerk verbunden sind und die Gefahr eines Stromschlags groß ist.

  1. Der zweite Schaltungstyp sind Transformator-Netzteile. Hier ist der Grundriss.

Nach diesem Schema können Sie tun Netzteile Fast jede Spannung und jeder Strom. In der Praxis werden sie für den Schweißer mit einem Gewicht von mehreren zehn Kilogramm angeboten, beispielsweise für die Stromversorgung eines Antennenverstärkers in einem Netzstecker.

Eine ungefähre Berechnung des Transformators finden Sie hier, detaillierter und genauer hier.

Wenn die Lastströme groß sind, benötigt die Filterkapazität C1 Tausende von Mikrofarad. In diesem Fall muss nach der Diodenbrücke ein Widerstand von mehreren Ohm angelegt werden, damit im Moment des Einschaltens, wenn C1 entladen wird, der Ladestromstoß die Diodenbrücke nicht deaktiviert.

Wenn die Ströme mehrere Ampere betragen, wird eine große Leistung an den Dioden abgeführt. Um dies zu reduzieren, werden Schottky-Dioden verwendet, an denen eine geringere Spannung (bis zu 0,5 V) abfällt als an Siliziumdioden, an denen bei hohen Strömen mehr als 1 V abfallen können.

Um die Verluste weiter zu reduzieren, wird ein Einweggleichrichter mit zwei Dioden und zwei Wicklungen verwendet. Hier ist sein Diagramm:

In diesem Fall gibt es zwei Sekundärwicklungen. Sie sind in Reihe geschaltet. Sie sind mit einem Draht umwickelt, der halb dünner ist als bei einem Stromkreis mit vier Dioden. Die Kupfermenge ist also die gleiche. Die Verluste sind doppelt so hoch, da zwei Dioden vorhanden sind. Nehmen wir an, es fällt jeweils 1 V an, bei einem Strom von 10 A entspricht dies einer Verlustleistung von 10 W an jeder Diode. Wenn zwei statt vier Dioden vorhanden sind, gehen nicht 40 W in die Wärme, sondern 20. Die Vorteile liegen auf der Hand.

Die obigen Schemata haben einen signifikanten Nachteil. Die Ausgangsspannung ändert sich, wenn sich die Netzspannung ändert. Wie Sie wissen, betragen die zulässigen Änderungen der Netzspannung ± 5%. Ab 220 V sind dies (209-231) V, geringfügige Änderungen ± 10% (198-242) V. In Prozent ändert sich auch die Ausgangsspannung.

Um diesen Nachteil zu beseitigen, gelten StabilisatorenVon den einfachsten auf einer Zenerdiode, manchmal mit einem Transistor, bis hin zu Stabilisatoren auf Mikroschaltungen.

Hier ist 7812 (LM7812 oder Äquivalent) ein üblicher Chip Stabilisator von 12 V. Die Grundregeln für die Verwendung solcher Mikroschaltungen:

- Eingangsspannung von 14 V bis 35 V (mit einer Mindestspannung von mindestens 14 V bei höchstens 35 V)

- Maximalstrom bei Dauerbetrieb 1,5 A

- Verlustleistung ohne einen Kühlkörper von 1,5 W, mit einem Kühlkörper von bis zu 15 W (in einigen Referenzen sind sogar 9 W angegeben).

Der Hauptfehler bei der Verwendung solcher Mikroschaltungen besteht darin, dass sie hauptsächlich auf den Strom schauen und den Strom vergessen. Beispielsweise möchten sie eine Last von 12 V aus einer Mikroschaltung mit einem Stromverbrauch von 1 A versorgen. Dies scheint problemlos möglich zu sein, da der maximale Strom dieser Mikroschaltung 1,5 A beträgt.

Angenommen, die maximale Spannung im Netzwerk beträgt 242 V. Dies ist eine Mikroschaltung vom Kompensationstyp, d.h. Alle Überspannungen von 35 - 12 = 23 V fallen auf den Chip. In diesem Fall beträgt die Leistung, die auf dem Chip abgeführt wird, 23 V × 1A = 23 W. Und die zulässige Leistung mit einem Kühler beträgt nur 15 Watt. Der Mikrokreislauf wird überhitzt und brennt. In einem solchen Fall beträgt der zulässige Strom 15 W: 23 V = 0,65 A, und dies ist bei einem Kühler der Fall.

  1. Schaltstabilisatoren in Transformator-Netzteilen.

Diese Stabilisatoren haben signifikant geringere Verluste als die oben genannten. In ihnen arbeitet das Regulierungselement in einem Schlüsselmodus. Er hat zwei vollständig geöffnete oder vollständig geschlossene Zustände. Der Spannungsabfall ist minimal und die Verlustleistung ebenfalls. Die Größe der Ausgangsspannung ist proportional zur Dauer der Ausgangsimpulse.

Uout = texc / T × Uin

Uout - Spannung am Ausgang des Stabilisators

topr - key open state time

T - Pulsdauer

Uin - Eingangsspannung des Stabilisators

Schema zur Erläuterung des Funktionsprinzips:

Wie Sie sehen, gibt es eine Induktivität L, in der sich Energie und eine Impulsdiode VD ansammeln. Mit Hilfe dieser beiden Elemente und natürlich des Kondensators C, der hinter der Induktivität installiert ist, wandeln sich die Impulse nach dem VT-Schalter in eine konstante Spannung um.

Ein Beispiel für eine solche Schaltung an Transistoren:

Und auf dem Chip:

  1. Schaltnetzteile.

Dies sind die effektivsten und kleinsten Blöcke. Sie haben auch bei hohen Strömen und Kapazitäten keinen großen Abwärtstransformator. Ein Beispiel für das leistungsstärkste Schaltnetzteil ist ein Schweißinverter, der bei einem Schweißstrom von 250 A nur wenige Kilogramm wiegt.

Die Netzspannung von 220 V wird der Diodenbrücke und dann dem Filter (Kondensator) zugeführt. Die Spannung nimmt einen Wert von 310 V an (bei einer Spannung von 220 V). Diese Spannung versorgt die Ausgangstransformatorstufe und den Generator. Die gesamte Schaltung arbeitet mit Frequenzen bis zu 100 kHz und höher. Bei diesen Frequenzen bestehen die Transformatoren aus Ferrit, und ihre Abmessungen sind zehnmal kleiner als die von Transformatoren, die bei einer Netzfrequenz von 50 Hz arbeiten. Die Schaltung eines Schaltnetzteils ist in der Regel ein Stabilisator und die Ausgangsspannung ist unabhängig von einer Änderung der Netzspannung. Moderne Schaltnetzteile arbeiten in der Regel bei einer Netzspannungsänderung von 110 V auf 240 V.

Schaltungsbeispiel SchaltnetzteilErklärung des Funktionsprinzips des am häufigsten verwendeten Chips UC3842.

Die Netzspannung von 220 V über die Filterplatine (PPF) wird dem Netzgleichrichter (CB), dem Filterkondensator (SF) und über die Transformatorwicklung dem VT-Schlüssel zugeführt. Über den Widerstand R3 wird die reduzierte Spannung an Pin 7 angelegt, um die Mikroschaltung zu starten. Nach Arbeitsbeginn wird die Klemme 7 zusätzlich über eine Diode VD1 von der Transformatorwicklung im eingeschwungenen Zustand mit Spannung versorgt.

In der Mikroschaltung sehen wir einen Generator (GEN), einen PWM (Pulsbreitenmodulator) zur Steuerung eines leistungsfähigen Schlüssels, der auf einem VT-Feldeffekttransistor hergestellt wurde. Pin 3 erhält ein Rückmeldesignal.

Praktisches Diagramm eines Schaltnetzteils auf einem UC3842-Chip:

Ein Beispiel für die Herstellung einer Stromversorgungsschaltung für einen Laptop finden Sie hier.

Da sind Chips Schaltnetzteilekombiniert mit einer leistungsstarken Ausgabetaste. Ihr Funktionsprinzip ähnelt jedoch dem betrachteten.

Fazit

Wenn Sie Ströme von mehreren zehn Milliampere benötigen, kann die Stromversorgung nach dem Schema des ersten Typs erfolgen.

Ein billiges Netzteil, dessen Abmessungen nicht so wichtig sind, kann nach dem Schema des zweiten Typs zusammengebaut werden. Kompensationsstabilisatoren sollten bei Strömen bis zu 1 A verwendet werden.

Auch ein kostengünstiges Netzteil, auch mit Ausgangsspannungsstabilisator, für Ströme bis 3 A kann nach dem Schema des dritten Typs zusammengestellt werden.

Nun, wenn Sie ein kleines Netzteil mit Überlastungsschutz für Ströme über 3 A mit einer geringen Welligkeit und einer Beständigkeit gegen Änderungen der Netzspannung benötigen, müssen Sie es natürlich gemäß dem vierten Schaltungstyp zusammenbauen.

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