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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Estabilização de Uout de um retificador de capacitor. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Protetores contra surtos A julgar pelas últimas publicações [1...5], o interesse dos radioamadores em retificadores sem transformador de baixa potência com capacitor de têmpera não está enfraquecendo. De fato, com potências de carga em frações e unidades de watts, são mais eficientes do que dispositivos com transformador de rede ou com conversor de alta frequência. A desvantagem dos projetos publicados de retificadores de capacitores é a forte dependência de sua tensão de saída na presença ou desconexão da carga e sua magnitude. Essa dependência geralmente é eliminada pela inclusão de um diodo zener na saída do retificador, que é tanto um estabilizador de tensão quanto um reator de carga indesejável. consome uma corrente proporcional à corrente de carga. Uma potência significativa é dissipada inutilmente nele e deve ser colocada em um radiador. Em [2], era necessário um radiador com área de 25 cm2. O radiador aumenta as dimensões e o peso do retificador, que é a segunda desvantagem. Em [4], o autor resolveu parcialmente o primeiro problema usando não um, mas dois capacitores de rede no circuito de entrada, conectados como divisor de capacitores. Isso levou a um aumento na capacitância dos capacitores de têmpera e, consequentemente, nas dimensões e peso. Além disso, a proporção de corrente reativa na rede aumentou, o que também é indesejável. Eu ofereço um retificador de capacitor sem transformador com auto-estabilização da tensão de saída em todos os modos de operação possíveis (de inativo a carga nominal), desprovido das desvantagens listadas. Isso foi alcançado devido a uma mudança fundamental no princípio de geração da tensão de saída - não devido à queda de tensão dos pulsos de corrente das meias ondas retificadas da tensão da rede através da resistência do diodo zener, como nos dispositivos descritos (Fig. . 1), mas devido a uma mudança no tempo de conexão da ponte de diodos ao capacitor de armazenamento C2 (Fig.2).
Nos dispositivos descritos, este tempo é constante e igual ao período total da tensão da rede. Se, no entanto, a saída da ponte estiver em curto-circuito com a chave K por uma parte da duração do semiciclo da rede e na parte restante do semiciclo, a chave K é aberta e o capacitor C2 é carregado neste momento com a corrente de saída da ponte, então a tensão nele dependerá da participação desta parte restante em relação ao meio ciclo inteiro da rede. E se, como no PWM, você alterar automaticamente o tempo do estado aberto da chave, dependendo da tensão em C2, poderá obter a estabilização automática da tensão de saída do retificador do capacitor. O diagrama de um retificador de capacitor estabilizado é mostrado na Fig. 3. Em paralelo com a saída da ponte de diodos, o transistor VT1 é conectado, operando no modo chave (chave K na Fig. 2).
A base do transistor chave VT1 é conectada através de um elemento de limiar (diodo zener VD3) a um capacitor de armazenamento C2, separado em corrente contínua da saída da ponte por um diodo VD2 para evitar descarga rápida quando VT1 está aberto. Desde que a tensão em C2 seja menor que a tensão de estabilização VD3, o retificador funciona de maneira conhecida. Quando a tensão em C2 aumenta e VD3 abre, o transistor VT1 também abre e desvia a saída da ponte retificadora. Como resultado, a tensão na saída da ponte diminui abruptamente para quase zero, o que leva a uma diminuição da tensão em C2 e o subsequente desligamento do diodo zener e do transistor de comutação. Além disso, a tensão no capacitor C2 aumenta novamente até que o diodo zener e o transistor sejam ligados, etc. Esses processos fornecem estabilização automática da tensão de saída. No modo inativo do retificador, o transistor chave VT1 está aberto durante a maior parte do meio ciclo da tensão da rede, e pulsos de corrente estreitos com uma longa pausa chegam ao capacitor de armazenamento C2 (Fig. 4a). Quando a carga é conectada, a duração do estado aberto do transistor diminui (Fig. 4b). Isso leva a um aumento na duração do pulso de corrente que passa por VD2 a C2 e a um aumento na tensão através dele, ou seja, para manter a tensão de saída no mesmo nível. O processo de auto-estabilização da tensão de saída é muito semelhante ao funcionamento de um regulador de tensão de comutação com regulação de largura de pulso. Apenas no dispositivo proposto, a taxa de repetição de pulso é igual à frequência de ondulação da tensão em C2 (no circuito da Fig. 3, essa frequência é de 100 Hz).
O transistor chave VT1 para reduzir perdas deve ser de alto ganho, por exemplo, composto KT972A, KT829A, KT827A, etc. O retificador estabilizado, montado conforme o esquema da Fig. 3, fornece a tensão de saída: - em marcha lenta - 11,68 V; - a uma carga de 290 Ohm - 11,6V- Uma diferença tão pequena nas tensões de saída (apenas 0,08 V) confirma a boa estabilização da tensão de saída e a escolha correta do valor da capacitância do capacitor de têmpera C1 para esta carga. Com uma diminuição em sua capacitância para 0,5 μF, essa diferença chega a 0,16 V. A tensão de ondulação em uma carga de 290 ohms não excede 40 mV. Este valor é determinado pela capacitância do capacitor de suavização C2 e pela sensibilidade do circuito base VT1. Você pode aumentar a tensão de saída do retificador usando um diodo zener de alta tensão ou dois de baixa tensão conectados em série. Com dois diodos zener D814V e D814D e uma capacitância do capacitor C1 de 2 μF, a tensão de saída em uma carga com resistência de 250 ohms pode ser de 23 ... 24 V. Os exemplos dados mostram como selecionar experimentalmente os elementos de um retificador de capacitor sem transformador para a tensão estabilizada necessária em uma determinada carga. Utilizando o método proposto, é possível estabilizar a tensão de saída de um retificador diodo-capacitor de meia onda, feito, por exemplo, conforme o circuito da Fig. Para um retificador com tensão de saída positiva, um transistor npn KT5A ou KT1A é conectado em paralelo com o diodo VD972, controlado a partir da saída do retificador através de um diodo zener VD829.
Quando o capacitor C2 atinge uma tensão correspondente ao momento em que o diodo zener abre, o transistor VT1 também abre. Como resultado, a amplitude da meia onda positiva da tensão fornecida a C2 através do diodo VD2 diminui quase a zero. Quando a tensão em C2 diminui, o transistor VT1, graças ao diodo zener, fecha, o que leva a um aumento na tensão de saída. O processo é acompanhado pelo controle da largura de pulso da duração do pulso na entrada VD2, semelhante ao que acontece no retificador conforme o circuito da Fig.3. Consequentemente, a tensão no capacitor C2 permanece estável tanto em marcha lenta quanto sob carga. Em um retificador com tensão de saída negativa, paralelo ao diodo VD1, você precisa ligar o transistor p-n-p KT973A ou KT825A. A tensão estabilizada de saída em uma carga com resistência de 470 ohms é de cerca de 11V, a tensão de ondulação é de 0,3 ... 0,4 V. Em ambas as versões propostas do retificador sem transformador, o diodo zener opera em modo pulsado com uma corrente de alguns miliamperes, que não tem relação alguma com a corrente de carga do retificador, com dispersão na capacitância do capacitor de têmpera e flutuações na tensão da rede. Portanto, as perdas são significativamente reduzidas e não requer remoção de calor. O transistor chave também não requer um radiador. Os resistores R1, R2 na Fig. 3 e 5 limitam a corrente de entrada durante processos transitórios no momento em que o dispositivo é conectado à rede. Devido ao inevitável “salto” dos contatos do plugue e da tomada, o processo de comutação é acompanhado por uma série de curtos-circuitos e circuitos abertos de curto prazo. Durante um desses curtos-circuitos, o capacitor de extinção C1 pode ser carregado com o valor de amplitude total da tensão da rede, ou seja, até aproximadamente 300 V. Após uma interrupção e subsequente fechamento do circuito devido a “saltos”, esta e a tensão da rede podem somar e totalizar cerca de 600 V. Este é o pior caso, que deve ser levado em consideração conta para garantir a operação confiável do dispositivo. Exemplo específico: a corrente máxima de coletor do transistor KT972A é 4 A, portanto a resistência total dos resistores limitadores deve ser 600V/4A=150Ohm. Para reduzir perdas, a resistência do resistor R1 pode ser selecionada em 51 Ohms e no resistor R2 em 100 Ohms. Seu poder de dissipação é de pelo menos 0,5 W. A corrente de coletor permitida do transistor KT827A é 20 A, portanto o resistor R2 não é necessário para isso. Literatura 1. Dorofeev M. Sem transformador com capacitor de amortecimento. - Rádio, 1995, N1, pp. 41,42; #2, páginas 36,37. Autor: N.Tsesaruk, Tula; Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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