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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Melhorando o estabilizador de tensão de comutação. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Protetores contra surtos Na revista "Rádio" nº 8 de 1985, no artigo "Um estabilizador de tensão de chave simples", foi descrito um regulador de tensão de comutação que, com a relativa simplicidade da solução técnica, possui alto desempenho energético e é bastante adequado para dispositivos de alimentação em microcircuitos TTL. Ao mesmo tempo, com o refinamento adicional do estabilizador, suas características como eficiência, instabilidade da tensão de saída, duração e natureza do processo transitório quando exposto a uma carga pulsada foram significativamente melhoradas. Foi estabelecido que durante a operação do estabilizador, a chamada corrente de passagem ocorre através de um transistor de chave composta. Essa corrente aparece nos momentos em que, ao sinal do nó de comparação, o transistor chave se abre e o diodo de comutação ainda não teve tempo de fechar. A presença desta corrente causa perdas adicionais para aquecimento do transistor e diodo e reduz a eficiência de todo o dispositivo. Outra desvantagem é uma ondulação significativa da tensão de saída em uma corrente de carga próxima ao limite. Para combater a ondulação, um filtro LC de saída adicional (L2C6) foi introduzido no estabilizador. É possível reduzir a instabilidade da tensão de saída a partir de uma mudança na corrente de carga apenas reduzindo a resistência ativa do indutor L2. Melhorar a dinâmica do processo transitório (em particular, reduzir sua duração) está associado à necessidade de reduzir a indutância do indutor, mas isso inevitavelmente aumentará a ondulação da tensão de saída.
Portanto, acabou sendo aconselhável excluir o filtro L2C6 (Fig. 1) e aumentar a capacitância total dos capacitores C3, C4 em 5 ... 10 vezes conectando vários capacitores em paralelo à bateria. Na fig. 2 mostra uma vista do processo transitório no estabilizador modificado com uma carga pulsada. Comparação com o gráfico apresentado na fig. 3a no artigo acima mostra uma melhoria significativa no transitório.
As características de carga Uout=f(In) (veja também a Fig. 2,b do mesmo artigo) para diferentes valores da tensão de entrada do estabilizador modificado são mostradas na fig. 3. A partir da comparação dessas figuras, pode-se observar que a instabilidade da tensão de saída na faixa de corrente de saída de 0,5 a 4 A em uma tensão de entrada de 15 ... 25 V diminuiu 2 vezes.
O circuito R3C2 no estabilizador original praticamente não altera a duração do declínio da corrente de saída, portanto, pode ser removido (feche o resistor R3) e a resistência do resistor R4 pode ser aumentada para 820 ohms. Mas então, com um aumento na tensão de entrada de 15 V para 25 V, a corrente que flui através do resistor R4 (no dispositivo original) aumentará 1,7 vezes e a potência de dissipação aumentará 3 vezes (até 0,7 W ). Ao conectar o resistor de saída inferior R4 (no circuito estabilizador modificado também é R4) ao terminal positivo dos capacitores C3, C4, esse efeito pode ser enfraquecido, mas sua resistência deve ser reduzida para 620 ohms. Uma das maneiras eficazes de combater a corrente de passagem é aumentar o tempo de subida da corrente através do transistor de chave aberta. Então, quando o transistor estiver totalmente aberto, a corrente através do diodo VD1 diminuirá para quase zero. Isso pode ser alcançado se a forma da corrente através do transistor chave for quase triangular. Como mostra o cálculo, para obter tal forma de corrente, a indutância do indutor de armazenamento L1 não deve exceder 30 μH. Outra maneira é usar um diodo de comutação mais rápido (VD1), por exemplo, KD219B. Este é o chamado diodo de barreira Schottky. Esses diodos têm maior velocidade e menor queda de tensão no mesmo valor de corrente em comparação com o silício convencional de alta frequência. Capacitores C3-C7 - da série K52-1. Todas as alterações acima não levam a uma alteração significativa no diagrama de circuito e na placa de circuito impresso do estabilizador. Uma melhoria nos parâmetros do dispositivo também pode ser obtida alterando o modo de operação do transistor chave. A peculiaridade da operação do poderoso transistor VT3 nos estabilizadores originais e aprimorados é que ele opera no modo ativo, mas no modo insaturado e, portanto, possui um alto coeficiente de transferência de corrente e fecha rapidamente. No entanto, devido ao aumento da tensão nele, quando aberto, a dissipação de energia é 1,5 ... 2 vezes maior que o valor mínimo alcançável. Você pode diminuir a tensão no transistor chave aplicando uma tensão de polarização positiva em relação ao fio de alimentação positivo ao emissor do transistor VT2 (veja a Fig. 1). O valor da tensão de polarização é selecionado ao ajustar o estabilizador. Se for alimentado por um retificador conectado a um transformador de rede, um enrolamento separado no transformador pode ser fornecido para obter a tensão de polarização. No entanto, neste caso, a tensão de polarização mudará junto com a tensão da rede. Para obter uma tensão de polarização estabilizada, o estabilizador deve ser modificado (Fig. 4), e o indutor deve ser transformado em um transformador T1 enrolando um enrolamento adicional II. Quando o transistor chave está fechado e o diodo VD1 está aberto, a tensão no enrolamento 1 é determinada pela expressão: U1==Uout+Uvd1. Como a tensão na saída e no diodo neste momento muda ligeiramente, independentemente do valor da tensão de entrada no enrolamento II, a tensão é praticamente estabilizada. Após a retificação, ele é alimentado ao emissor do transistor VT2.
A melhoria das características energéticas da segunda versão do estabilizador modificado é ilustrada na Fig. 5, onde, para comparação, são mostradas dependências semelhantes para a primeira variante (compare também com a Fig. 2a no artigo mencionado acima). Ao mesmo tempo, as perdas de aquecimento diminuíram na primeira versão do estabilizador modificado em 14,7% e na segunda - em 24,2%, o que lhes permite operar com uma corrente de carga de até 4 A sem instalar um transistor de chave no dissipador de calor.
No estabilizador da opção 1, o indutor L1 contém 11 espiras enroladas com um feixe de oito condutores PEV-1 0,35. O enrolamento é colocado no circuito magnético blindado B22 feito de ferrite de 2000NM. Entre os copos, você precisa colocar uma junta de textolite com uma espessura de 0,25 mm. No estabilizador da opção 2, o transformador T1 é formado enrolando duas voltas do fio PEV-1 1 sobre a bobina do indutor L0.35. Em vez de um diodo de germânio D310, você pode usar silício, por exemplo, KD212A ou KD212B, enquanto o número de voltas do enrolamento II deve ser aumentado para três. Autor: A. Mironov, Lyubertsy, região de Moscou; Publicação: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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