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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Estabilizador de tensão no chip KR142EN19 com proteção 27 volts / 7-25 volts 2 amperes. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Protetores contra surtos O artigo descreve um estabilizador de tensão com proteção de impulso confiável. Se a corrente de saída do estabilizador exceder o limite de proteção por algum tempo, o estabilizador desliga por alguns segundos para resfriar o transistor regulador, depois liga e desliga novamente até que o acidente na carga seja eliminado. Como o transistor de controle fica fechado a maior parte do tempo neste modo, a potência média dissipada por ele, mesmo com curto-circuito na saída, não é maior do que no modo normal. No estabilizador proposto, é utilizada uma unidade de proteção de impulso em um relé reed incluído em um circuito de alta corrente. Tal montagem contém poucas peças adicionais, quase não reduz a eficiência do estabilizador e, o mais importante, a corrente de operação da proteção reed depende muito pouco da temperatura. O coeficiente de estabilização do dispositivo excede 400. A queda de tensão mínima entre a entrada e a saída é de 0,5 V. O circuito regulador é mostrado na fig. 1.
O principal elemento do estabilizador é o chip KR142EN19 (DA1). Se a tensão na entrada de controle (pino 1) do microcircuito em relação ao cátodo (pino 2) exceder seu limite de abertura (2,5 V), a corrente do ânodo aumenta com uma inclinação de cerca de 2 mA / mV. A tensão no ânodo de um microcircuito aberto, determinada pelo seu dispositivo interno, é de pelo menos 2,5 V. Este microcircuito tem uma característica: se a tensão de entrada for maior que a necessária para sua abertura total, ele pode desligar. Ao mesmo tempo, ele deixa de controlar o estabilizador, como resultado, uma tensão de entrada pode aparecer em sua saída. A sobrecarga na entrada do microcircuito pode ocorrer devido a um surto de tensão de saída que ocorre quando a carga é desconectada do estabilizador operacional. Nesse caso, a corrente fornecida à carga antes de ser desligada começa a carregar o capacitor instalado na saída do estabilizador. Isso leva a um aumento na tensão de saída até que o transistor de controle seja fechado pelo sinal de erro passado pelo estabilizador. Obviamente, o surto de tensão será menor, quanto maior a capacitância do capacitor na saída do dispositivo e mais rápido o sinal de erro passar pelo estabilizador. Experimentos com desconexão de carga mostraram que uma capacitância de pelo menos 1000 microfarads por ampere de corrente de saída é suficiente para evitar que o microcircuito desligue no estabilizador descrito. Ao repetir o dispositivo, deve-se evitar alterações que levem à diminuição do desempenho, por exemplo, do uso de transistores de baixa frequência. É especialmente perigoso reduzir artificialmente o desempenho adicionando links RC integrados ao caminho do sinal de erro para combater a geração. Como parte da tensão de saída é fornecida do controle deslizante do resistor de ajuste de tensão de saída R12 para a entrada de controle do microcircuito, um aumento na tensão entre os terminais de saída do estabilizador leva a um aumento na tensão entre a entrada de controle do microcircuito e seu cátodo, o que leva à abertura do microcircuito. Seu sinal de saída fecha o transistor VT3, conectado de acordo com o circuito de porta comum, e depois o transistor regulador composto VT2VT1, incluído no fio negativo do estabilizador, o que leva a uma diminuição da corrente através dele. Se o microcircuito estiver fechado, o transistor VT3 deve estar aberto, a corrente de seu canal deve estar dentro de 4 ... 10 mA. Este modo é obtido se uma tensão de cerca de 5 V for aplicada à porta em relação ao fio positivo comum. Descobriu-se que a aplicação de uma parte da tensão de entrada com ondulações no portão leva ao aparecimento de ondulações na saída do estabilizador com uma amplitude de cerca de 1 mV. Portanto, a tensão na porta do transistor VT3 é estabilizada em relação ao fio comum pelo diodo zener VD1 e também filtrada pelos circuitos R2C3, R5C4. A utilização de um transistor de efeito de campo permitiu reduzir significativamente a corrente através dos filtros e, consequentemente, suas dimensões. O resistor R7 evita a auto-excitação. Sem ele, o estágio no transistor VT3 pode se auto-excitar a uma frequência de cerca de 20 MHz. O estabilizador descrito possui três graus de proteção contra acidentes tanto na carga quanto no próprio estabilizador. A proteção rápida contra sobrecargas de curto prazo é fornecida pelo resistor R8. Com um excesso significativo, aproximadamente duas vezes, da corrente de carga de um determinado máximo de 2 A, a queda de tensão no resistor R8 aumenta para o nível da tensão de entrada, o transistor VT2 satura como resultado e para de amplificar a corrente, o que leva a limitar a corrente de carga. De falhas mais longas, o estabilizador é protegido por proteção de impulso no relé de palheta K1. Se a corrente de carga exceder a corrente de atuação do relé (2 A), a chave reed fecha e o capacitor C3 descarrega rapidamente através do resistor R1. Isso também inicia a descarga do capacitor C4 através do resistor R5. Mas este processo é muito mais lento devido à resistência relativamente grande do resistor R5. Quando a queda de tensão no capacitor C4 diminui para cerca de 1 V, o transistor VT3 fechará, desligando o estabilizador. O atraso para desligar o estabilizador pelo circuito R5C4 é introduzido para que o capacitor C3 tenha tempo de descarregar quase completamente antes da abertura da chave reed K1.1. Depois de abrir o interruptor reed, começa o carregamento lento do capacitor C3 através do resistor R2. Isso leva à abertura gradual do transistor VT3 e ao lançamento do estabilizador. Da mesma forma, o estabilizador inicia quando a energia é ligada. Se o UMZCH for alimentado por este estabilizador, quando for ligado, não haverá clique nos sistemas acústicos. O estabilizador descrito, como qualquer dispositivo com feedback profundo, pode ser propenso à geração. Ao prototipar o dispositivo, observou-se geração na forma de pulsos na saída do estabilizador com amplitude de cerca de 5 mV e frequência de cerca de 100 kHz. Descobriu-se que a qualidade do capacitor C5 afeta principalmente a tendência do estabilizador de gerar. Para entender por que isso acontece, o seguinte raciocínio ajuda. Digamos que a tensão na saída do estabilizador tenha mudado acidentalmente em 1 mV. O IC converte esta tensão em uma mudança de corrente de saída de 2mA. Os transistores reguladores o amplificarão cerca de 500 vezes, o que resultará em uma alteração na corrente através do estabilizador e do capacitor C5 em 1 A. Essa alteração na corrente causará uma queda de tensão na resistência série equivalente (ERS) do capacitor, que passará pelo loop de feedback "no segundo círculo". Se esta queda de tensão for superior a 1 mV, pode ocorrer oscilação. Obviamente, a estabilidade do estabilizador pode ser fornecida pelo capacitor C5 com um ESR inferior a 0,001 Ohm. Para fazer uma escolha, foram realizadas medições do ESR de capacitores de várias séries. Uma tensão unipolar com frequência de 100 kHz e uma oscilação de corrente de 1 A foi aplicada ao capacitor por meio de um resistor. O ESR foi calculado a partir da tensão no capacitor medida por um osciloscópio. Descobriu-se que, para capacitores com capacitância superior a 500 μF, o ESR a uma frequência de 100 kHz depende principalmente do design do capacitor e depende fracamente de sua capacitância e tensão nominal. De acordo com os resultados das medições, o capacitor C5 é composto por dez capacitores da série K50-24 de 470 microfarads conectados em paralelo, pelo que a autoexcitação é suprimida sem o uso de outros meios. Para utilizar plenamente a baixa resistência do banco de capacitores C5, é necessário que o comprimento dos fios de conexão dos terminais do capacitor C5 ao terminal direito do resistor R13 de acordo com o circuito de saída e o ponto de conexão dos resistores R10 e R14 sejam o mais curtos possível, conforme mostrado no diagrama. A tendência do estabilizador para gerar, como segue do acima, aumenta com o aumento da amplitude máxima possível do pulso de corrente que o estabilizador pode fornecer ao capacitor C5. Isso pode ser um grande problema ao tentar aumentar a corrente máxima de saída. Você pode melhorar a estabilidade do estabilizador selecionando um resistor R10, que cria um feedback negativo local no circuito catódico do microcircuito. Ao estabelecer um estabilizador, esse resistor é fechado com um jumper, então a geração é eliminada aumentando o número de capacitores na bateria C5, após o que o jumper é removido. O estabilizador adquire uma margem de estabilidade suficiente para seu funcionamento normal mesmo após uma perda parcial da capacidade da bateria C5. O capacitor C2 elimina a influência da indutância do enrolamento do reed reed na estabilidade do estabilizador. Outro grau de proteção pode ser adicionado ao estabilizador - do superaquecimento do transistor regulador VT1. Para fazer isso, basta pressionar um relé térmico com uma placa bimetálica no corpo desse transistor, que opera a uma temperatura de 60 ... 70 ° C. Os contatos fechados do relé térmico estão incluídos no circuito aberto do dreno do transistor VT3. O superaquecimento do transistor VT1 fará com que os contatos do relé térmico abram, como resultado, o transistor VT1 será fechado até que esfrie. O transistor KP507A (VT3) será substituído por parâmetros próximos KP508A. É permitido substituir o microcircuito KR142EN19 (DA1) por KR142EN19A ou um analógico estrangeiro TL431. Os capacitores C3, C4, utilizados no nó de proteção como temporização, devem ser de baixa fuga, por exemplo, das séries FT, K78, K71-4. A capacitância do capacitor C3 determina o período de operação da proteção de impulso, bem como a duração do lançamento do estabilizador. Com a resistência do resistor R2 e a capacitância do capacitor C3 indicadas no diagrama, esse período é aproximadamente igual a 3 s. Não deve ser reduzido significativamente pela redução da capacitância do capacitor C3, pois se a partida for muito rápida, a corrente de carga dos capacitores que podem fazer parte da carga pode ultrapassar 2 A, o que fará com que a proteção seja desarmada. Reed reed K1 - caseiro. No interruptor reed KEM1 (ou outro similar), são enroladas 15 voltas de fio de enrolamento com um diâmetro de 0,4-0,7 mm. Em seguida, o número de voltas é especificado pela operação do interruptor reed a uma corrente de carga de 2 A. O transistor VT1 deve ser instalado em um dissipador de calor com uma área de superfície de resfriamento de pelo menos 200 cm quadrados. Ao ajustar, a tensão é aplicada à entrada da saída da fonte de alimentação do laboratório. Seu valor máximo não deve exceder 30 V (a tensão limite do ânodo-catodo do microcircuito DA1). Ao selecionar o resistor R14, o limite superior do ajuste da tensão de saída é definido em 0,5 ... 1 V menor que a tensão de entrada. O resistor R8 é selecionado de modo que a queda de tensão nele a uma corrente de carga de cerca de 2 A seja igual à metade da tensão de entrada. O estabilizador deve ser usado com cautela em fontes bipolares devido ao seu início lento. Uma vez que o interruptor reed da proteção contra impulsos pode fechar devido a fortes vibrações, não é recomendado usar o estabilizador proposto em sistemas de bordo. Autor: S. Kanygin, Kharkov; Publicação: cxem.net
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