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Labor-Netzteil: Sub-Baugr. 1 "Schaltfenster" mit dem "555" (Schaltungstechnik)

verfasst von der olle Michi(R), im Norden, 07.04.2019, 00:45 Uhr
(editiert von der olle Michi am 07.04.2019 um 16:57)

OK, beginnen wir mit der Baugruppe, die ich Schaltfenster-Aufbereitung nenne... Es kommt als wesentliches aktives Bauteile der im ELKO-Forum bekannte "lilafarbene" 555-Timer zum Einsatz.



Schaltungsbeschreibung:

Sinn/Zweck ist, dass in der aus Power-MOSFETS gebildeten GR-Brücke nicht zwei FETs gleichzeitig in den Leitend-Zustand eingeschaltet werden können und auf diese Weise die anliegende Wechselspannung kurzschließen.
Zwei Möglichkeiten existieren:
1. Man kann diese Aufbereitung entweder zwei Male aufbauen, jeweils für die "erste", d.h. originär positve Halbwelle und getrennt davon für die "zweite" Halbwelle (die sinnbildlich durch die Gleichrichtung "hochgeklappt" ist).
2. Man nutzt den 555 für beide Fälle, muss dann aber die Signale (In und out) jeweils auf die andere Halbbrücke umschalten.
Ich habe mich noch nicht endgültig entschieden, welche Lösung zum Einsatz kommt...

Die steuernde Spannung stammt von einer Hilfswicklung mit Mittelanzapfung (die gleichzeitig die Versorgung der Steuerelektronik erledigen könnte). Nach der Zweiweg-Gleichrichtung mit D1 und D2, jedoch ohne Siebung ( ! ) steht ein Sinus-Halbwellen-Signal mit 100 Hz an, das nach dem Spannungsteiler (R1/R2) den als hochempfindlichen Komparator beschalteten 555 triggert. Die beiden Dioden D3 und D4 sorgen für eine Begrenzung der Eingangsspannung am 555 auf nur zulässige Werte. R5 am Eingang "CV" ( =Control Voltage) verschiebt die Schaltschwelle des 555 auf ca. 1-2 % des Spitzenwertes der gleichgerichteten Spannung. Die Hysterese (Differenz zwischen Aus- und Einschaltpunkt) liegt bei nur ca. 15mV.
So ist zunächst sichergestellt, dass die FETs keinesfalls während der Sinus-Nullphase (besser: .."Punkt" ) eingeschaltet sind, sondern dies erst bei deutlich positiven Spannungswerten möglich wird. Es gibt also eine Schaltpause von etwa wenigen 100 us, in der die eine Halbbrücke bereits sicher ausgeschaltet ist und die andere noch nicht eingeschaltet werden kann. (Teil-)Ziel erreicht. :-)

Im Synchron-GR kommen je zwei P-Kanal und zwei N-Kanal-FETs zum Einsatz (s. nächstes Kapitel). Aufgrund der sogenannten (leider unvermeidlichen) Body-Dioden von Power-MOSFETs sind sie in der Brücke derart angeordnet, dass diese Dioden genauso wie in einer herkömmlichen GR-Brücke liegen. So ist sichergestelllt, dass keine unkontrollierbaren Rückströme in Richtung Trafo fließen, wenn der eigentliche Gleichrichter (FET) ausgeschaltet ist.
Gleichzeitig zur Schaltpause muss dafür gesorgt werden, dass jeder FET nur dann in den Leitendzustand geht, wenn auch wirklich der gleichzurichtende Momentan-Sinusspannungswert tatsächlich größer ist als die Spannung am Lade-Elko. Dies besorgt der als Subtrahierer konfigurierte Komparator U1. An dessen Eingängen liegen die Spannungen der Sinushalbwelle und des Lade-Elkos an. Sobald die Sinushalbwelle betragsmäßig größer ist, "erlaubt" er eine Nachladung des Elkos. Ist sie niedriger, verhindert er über R12 und den Transistor Q1 ein Schalten (bzw. Ansteuern der Gates) des 555, indem dessen Triggersignal sicher auf Massepotential gezogen wird.
R4 am Ausgang des 555 hat nur eine Alibi-Funktion für die Simulation; er stellt den Eingangswiderstand der folgenden Gate-Treiberschaltung dar.

Endziel-Einlauf.... :-D

Das bedeutet,
1. dass der Lade-Elko - sofern notwendig- analog einer normalen GR-Brücke wirklich nur dann eine (angemessene) Nach-Ladung bekommt, wenn die Wechselspannung größer als seine momentan eigene ist,
2. bei Fehlfunktion am Ausgang (z.B. Kurzschluss) unmittelbar bereits der Synchr.-GR abgeschaltet oder mindestens in der abgebenden Leistung reduziert werden kann,
3. mit der (später beschriebenen) PWM-Ansteuerung des Synchr.-GR genau die benötigte "Zwischenkreis"-Spannung für den Längsregler (mit seinem externen Stellglied) bereitgestellt wird,
4. die Verlustleistung an genau dieser Stelle (Pkt. 3.) immer möglichst minimal ist,
5. die Leistungshalbleiter u.U. "kleiner" ausgelegt werden können,
6. die Kühlung der Leistungshalbleiter recht unaufwändig wird und die Betriebsparameter sich weiter in den "sicheren" Bereich verlagern (siehe "SOA" von Leistungstransistoren).

Danke für's Lesen und euer Interesse bis hierhin... :-)

Grüße
Michael

--
Grüße
Michael

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Gesamter Thread:

Labor-Netzteil: mit Synchron-Gleichrichter, 723, 555,... - der olle Michi(R), 05.04.2019, 01:12
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