Teoria: comutação de fontes de alimentação. Esquema, descrição

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Teoria: comutação de fontes de alimentação. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

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As fontes de alimentação tradicionais com transformador de baixa frequência, retificador e estabilizador são simples, confiáveis e praticamente não criam interferência, mas com alta potência de saída possuem dimensões, peso e baixa eficiência significativos. Essas desvantagens são especialmente perceptíveis em altas potências. As dimensões e o peso do transformador, bem como a capacitância dos capacitores de suavização, diminuem à medida que a frequência da rede de alimentação aumenta. Neste sentido, algumas redes de energia locais, especialmente para fins militares, possuem uma frequência mais elevada (400 Hz).

Nos equipamentos domésticos, em particular nos televisores e computadores modernos, são utilizadas fontes de alimentação comutadas (Fig. 70), cujo princípio de funcionamento é o seguinte. A tensão de rede de 220 V é retificada pela ponte de diodos VD1-VD4. A tensão constante resultante de aproximadamente 300 V é fornecida a um gerador, que gera uma sequência de pulsos que alimenta um transformador de pulso T1 de pequeno porte em um núcleo magnético de ferrite. Fornece isolamento galvânico dos equipamentos energizados da rede.

Teoria: comutação de fontes de alimentação

Para reduzir a penetração do ruído de impulso na rede de alimentação, é imprescindível a instalação de um filtro contendo bobinas Lph e capacitores Sph. O resistor R1 é necessário para limitar a corrente que passa pelos diodos retificadores no momento da ligação, quando o capacitor de óxido C1 (com capacidade de até 100 μF ou mais) ainda não está carregado. O capacitor cerâmico C2 de capacidade significativamente menor reduz as ondulações de alta frequência da tensão retificada durante a operação do gerador.

O poderoso transistor de alta tensão VT1 opera em modo de comutação com alta eficiência. Ele abre com pulsos do gerador e cria uma corrente no enrolamento primário do transformador. A tensão de pulso dos enrolamentos secundários (III e IV) é retificada e suavizada. Outro enrolamento (II) alimenta um circuito de estabilização, que controla a duração e/ou frequência dos pulsos para que as tensões U1 e U2 sejam estabilizadas.

Uma descrição mais detalhada das fontes chaveadas pode ser encontrada em artigos de periódicos e literatura especializada. Fontes de alimentação chaveadas poderosas usam geradores push-pull e retificadores. Geradores de pulso e circuitos de estabilização (indicados por retângulos na Fig. 70) são agora frequentemente implementados na forma de circuitos integrados prontos.

Os estabilizadores de tensão de comutação são feitos de acordo com circuitos semelhantes, mas em vez de um transformador, eles usam bobinas em núcleos magnéticos de ferrite. Consideremos o circuito de um conversor-estabilizador abaixador (Fig. 71), que produz, por exemplo, uma tensão estabilizada de 5 V a partir de uma tensão não estabilizada de 12...18 V. Opera com alta eficiência (somente com uma corrente de carga estável), atingindo 90% ou mais. Isso significa que a corrente na carga é maior que a corrente consumida!

Teoria: comutação de fontes de alimentação

O transistor chave VT1 é ligado por pulsos curtos do oscilador mestre. A corrente no indutor L1 aumenta durante o pulso para um valor relativamente grande (na ordem da corrente de carga). Quando o transistor fecha no final do pulso, a corrente no indutor continua a fluir através do diodo VD1 aberto até o início do próximo pulso. Neste caso, a energia armazenada no campo magnético do indutor é consumida.

O circuito de estabilização regula a duração ou taxa de repetição dos pulsos para que a tensão de saída permaneça inalterada. Por exemplo, à medida que a tensão de saída aumenta, a duração do pulso diminui.

Considerando que os reguladores de comutação criam ruído, eles requerem uma boa filtragem da tensão de entrada e saída.

Autor: V.Polyakov

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