トランスレス充電器。スキーム、説明

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トランスレス充電器。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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設計する無線機器のサイズを縮小するために、アマチュア無線家は電源の小型化に重要な注意を払っています。この問題は通常、パルス電圧コンバータを使用して解決されます。一方、電子部品の進歩により、トランスを使わない小型電源の実現も可能になりました。設計が比較的シンプルでコンポーネントが入手しやすいため、アマチュア無線家にとって魅力的です。

このような技術的解決策は、L.M. によって初めて提案されました。ノボシビルスク電気技術研究所のブラスラフスキー氏は1972年に発明を出願した。これは専門家にとって非常に独創的で自明ではないことが判明したため、VNIIGPE は丸 1978 年間にわたって申請の審査を実施し、XNUMX 年になって初めて著者の証明書を発行しました。

その後、コンデンサ電源の実装を可能にする他のソリューションの特許が取得されました。このようなデバイスの簡略図を図に示します。 6.10. これにより、バッテリの「トレーニング」を実装できます。これは、バッテリが主電源電圧の半サイクル中に充電され、その後、より低い電流でバラスト抵抗器に放電されるモードです。

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説明したコンデンサ電圧コンバータは、最大 70 Ah の容量を持つ車のバッテリーを充電するように設計されているため、デバイスの最大平均出力電流は 7 A である必要があります。この値は、20 レベルの可変コンポーネントの制限と一致しています。 ...使用する酸化物コンデンサの定格電圧の 30%。

整流ダイオード VD38、コンデンサ C13、ツェナーダイオード VD39、VD40 は制御ユニットの電源電圧を形成し、スイッチングトランジスタ VT2 および VT3 の動作をネットワーク電圧の極性と同期させ、出力電流を安定させます。

装置は次のように動作します。主電源電圧の正の半波により、コンデンサ C1.C12 のブロックと蓄電電源コンデンサ C13 が充電されます。半波が負の場合、フォトカプラ U1 の LED がオンになり、そのフォトトランジスタが開き、トランジスタ VT1 のエミッタ接合を分路します。トランジスタ VT1 が閉じ、抵抗 R5 を介してオペアンプ DA1 の非反転入力をコンデンサブロックの出力に接続します。

オペアンプ自体は、トランジスタ VT3、VT2、フォトカプラ LED U2 を切り替えて開きます。オペアンプ DA1 はコンパレータモードで動作するため、その出力信号は電源電圧に近い値とゼロの 3 つの値のみを取ることができます。反転入力の電圧が非反転入力の電圧よりも高い場合、出力電圧はゼロに近くなり、トランジスタ VT3 はオフ状態になります。それ以外の場合、オペアンプの出力の電圧は電源電圧に近くなり、トランジスタ VT10 が開き、抵抗 R2 - トランジスタ VT2 およびフォトカプラ UXNUMX を通過します。

出力電流を安定させるための入力信号は、コンデンサユニットの電圧です。したがって、コンデンサブロックの電圧の変化（その減少）は負荷に与えられる電荷に正比例するため、単一の放電サイクル中にコンデンサブロックによって与えられる電荷を安定させることにより、デバイスは出力電流を安定させます。その値は抵抗 R7 によって調整されます。トランジスタ VT1 を閉じた後、コンデンサブロックからの電圧がオペアンプ DA1 の非反転入力に供給され、分圧器 R6...R8 から反転入力に供給される標準電圧と比較されます。コンデンサブロックの電圧が例示的な電圧よりも低くなると、オペアンプDA1はゼロ状態に切り替わり、トランジスタVT3を閉じ、それを通して（およびデバイス負荷）フォトカプラU2のフォトディニスタを閉じます。

何らかの理由で、コンデンサユニットの電圧が例示的なレベルまで低下せず（つまり、抵抗器 R7 スライダの位置によって決定される電荷が負荷に転送されなかった場合）、放電に割り当てられた時間が経過した場合、ユニットは主電源電圧が出力に到達するのを防ぐように動作します。デバイスは次のように構成されています。ネットワークの負の半波の電圧は、フォトカプラ U1 の LED がオフになり、その結果フォトトランジスタが閉じるまで減少します。これにより、トランジスタ VT1 が開き、非反転入力およびスイッチングコンパレータ DA1 が分路され、その結果、主電源電圧の正の半波が現れる前であっても、トランジスタ VT3、VT2 が閉じます。したがって、電流安定化ユニットとネットワーク電圧の極性が強制的に同期されます。フォトカプラ U2 は安全機能としてのみ必要であり、内蔵電源には存在しない場合があります。

バッテリーの充電には比較的時間がかかり、ある程度の制御が必要です。したがって、このデバイスは、バッテリーの電圧が 14,2 ～ 14,4 V のときに、充電中のバッテリーを自動的にオフにする機能を提供します。完全に充電されたバッテリーをオフにするためのしきい値要素の機能は、電磁リレー K1 (RES10) によって実行されます。）、約 10,5 V の電圧で動作します。リレーはワイヤ同調抵抗器 R2 を介して出力端子 X3 および X11 に接続されています。この抵抗器はコンデンサ C14 とともにフィルタを形成し、脈動充電電圧の交流成分を抑制しますが、バッテリ電圧のゆっくりと増加する直流成分は通過させます。したがって、しきい値電圧に達すると、リレー K1 が作動し、接点 K1.1 を開くことにより、コンデンサユニットと制御システムへの電源がオフになります。リレー巻線自体は充電中のバッテリーの電圧以下に留まり、ヒステリシスの存在により、電圧が 11,8 V に低下するとオフになります。その後、バッテリーは自動的に再充電されます。充電自動終了モードのオン/オフはスイッチSA2で行います。

RES10 シリーズリレーの使用は、消費電流が低く、その結果、充電停止モードでのバッテリ放電電流が低いためです。使用されるリレーの低電力接点も、負荷の容量性の性質に関連する前述のデバイスの機能を反映しています。したがって、キャパシタユニットの電源回路はスパークせずに破壊される。 1 つの主電源ヒューズ (FU2、FU1) と XNUMX セクションスイッチ SAXNUMX を使用すると、主電源からのデバイスのガルバニック絶縁が不足するため、電気的安全要件が高まります。

コンデンサブロックには任意の酸化物コンデンサを使用することができるが、好ましくは１種類である。輸入コンデンサを使用すると、このユニットの寸法を大幅に縮小できます。ブロックのダイオードは、同じ電流と逆電圧向けに設計された任意のものを使用できます。ダイオード D226B と D7Zh も使用できますが、ブロックの寸法と重量が大幅に増加します。 T0325-12,5-4 フォトカプラをクラス 0125 以上の T10-0125 または T12,5-4 に置き換えます。 KP706B (VT3) の代わりに、できれば最小限のチャネル抵抗で、同じ電流と電圧に対して同様の国産電界効果トランジスタまたは輸入 IGBT を使用することができます。

電磁リレーを選択するときは、銘板の定格電圧が動作電圧の約 1,5 ～ 1,7 倍であること、および同じバッチのリレーであっても動作電圧がわずかに異なる可能性があることを考慮する必要があります。動作電圧が 9 ～ 22 V の範囲であれば、消費電流が十分に低いリレー RES32、RES8、RES12 などを使用することができます。この場合、抵抗 R11 とコンデンサを選択する必要がある場合があります。 C14 は変動成分を効果的に抑制し、リレー接点の「バウンス」や誤警報を防止します。

正しく組み立てられたデバイスはすぐに動作を開始します。基本的に、充電電流調整範囲を調整するには、抵抗 R6 と R8 を選択するだけで済みます。これを行うには、放電したバッテリーをユニットの出力に接続し、抵抗器 R6 と R8 の選択を使用して、電流計 PA1 を使用して抵抗器 R7 による充電電流の調整範囲を設定する必要があります。

抵抗器 R7 のスライダの初期位置で電流がゼロと異なる場合は、抵抗器 R8 の抵抗を下げる必要があります。 R7 スライダーの極限位置で充電電流がゼロになる場合は、この抵抗の抵抗値を大きくする必要があります。次に、抵抗器 R7 のスライダーを最終位置に設定します。充電電流が最大値未満であることが判明した場合は、抵抗器 R6 の抵抗値を下げる必要があり、それを超える場合は、抵抗器 R2 の抵抗値を増加する必要があります。この後、スイッチSA2を「手動モード」の位置に設定し、DC電圧計で電圧を監視しながらバッテリーをフル充電する必要があります。次に、デバイスをネットワークから切断し、SA11 トグルスイッチを「自動」モードに切り替え、抵抗器 R11 スライダーを最大抵抗位置に設定する必要があります。デバイスをネットワークに再度接続し、抵抗器 R1 の抵抗値を下げると、リレー KXNUMX が明確に動作し、デバイスは動作の準備が整います。

充電器をセットアップして操作するときは、ネットワークから電気的に絶縁されていないことに留意する必要があります。したがって、電源コードが主電源から切断されている場合にのみ、バッテリーに接続したりバッテリーから取り外したりできます。

著者: Semyan A.P.

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