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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Fonte de alimentação de 1 quilowatt para ULF. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação Em revistas de rádio amador, a comutação de circuitos de alimentação com potência superior a 500 W não é comum. Portanto, uma fonte de alimentação estabilizada por comutação foi desenvolvida com os seguintes parâmetros:
Um diagrama esquemático de uma fonte de alimentação de comutação (UPS) é mostrado na fig. 1.
O circuito é baseado no chip DAI TL494CN da família de controladores com modulação por largura de pulso. Este microcircuito é usado no UPS de computadores e provou-se muito bem. Considere sua operação no circuito conversor com mais detalhes. O TL494CN inclui um amplificador de erro, um oscilador variável embutido, um comparador de ajuste de tempo morto, um gatilho de controle, uma referência de tensão de precisão de 5V (REF) e um circuito de controle de estágio de saída. O amplificador de erro emite uma tensão de modo comum na faixa de 0,3...2 V. O comparador de ajuste de tempo morto tem um deslocamento constante que limita o tempo morto mínimo a cerca de 5% da largura do pulso de saída. Drivers de saída independentes em transistores fornecem a capacidade de operar o estágio de saída em um circuito de emissor comum. A corrente dos transistores de saída do microcircuito é de até 200 mA. O TL494CN funciona com uma tensão de alimentação de 7 ... 40 V. Na fig. 2 mostra o circuito de comutação do microcircuito e o layout estrutural de seus circuitos internos.
Quando a energia é aplicada, o gerador de tensão dente de serra 2 e a fonte de tensão de referência 5. A tensão dente de serra da saída do gerador 2 (Fig. 3a) é fornecida às entradas inversoras dos comparadores 3 e 4. A entrada não inversora do comparador 4 recebe tensão do amplificador de erro 1. Como a saída Ainda não há tensão da fonte de alimentação neste momento, o sinal de feedback do divisor R2R4 para a entrada não inversora do amplificador de erro é zero. A entrada inversora deste amplificador é alimentada com uma tensão positiva do divisor R5R7, ao qual a tensão de referência Uop da saída ION já está conectada. A tensão de saída do amplificador de erro 1 é inicialmente zero, mas à medida que a tensão no circuito de feedback do divisor R2R4 aumenta, ela aumenta. A tensão na saída do amplificador de erro também aumenta. Portanto, a tensão de saída do comparador 4 tem a forma de uma sequência de pulsos aumentando em largura (Fig. 3,6). A entrada não inversora do comparador 3, que fornece uma pausa, é conectada ao pino 4 do microcircuito. Este pino é alimentado com tensão de um circuito RC externo C2R3 conectado ao barramento de tensão de referência Uorr. Quando a tensão de referência aparece, ela é aplicada a este circuito. À medida que o capacitor C2 é carregado, a corrente através dele e do resistor R3 diminui: a tensão Uop no resistor R3 tem a forma de uma exponencial decrescente (Fig. 3, c) A tensão de saída do comparador 3 é uma sequência de pulsos diminuindo em largura ( Fig. 3, d) A partir do diagrama tensões de saída dos comparadores 3 e 4 (Fig. 3,6, d) pode-se observar que eles são mutuamente opostos. As tensões de saída dos comparadores 3 e 4 são inseridas no elemento lógico “2OR”. Portanto, a largura do pulso na saída do elemento lógico é determinada pelo pulso de entrada mais largo. A tensão de saída do elemento “2OR” é mostrada na Fig. 3d, do qual se segue que no momento inicial a largura dos pulsos de saída do comparador 3 excede a largura dos pulsos de saída do comparador 4, portanto, a comutação do comparador 4 não afeta a largura do pulso de saída do “2OR " elemento. No intervalo de tempo (t0; t1) (Fig. 3a), o papel decisivo é desempenhado pela tensão de saída do comparador 3. Na Fig. 3, f, g mostra os pulsos de saída nos coletores dos transistores VT1, VT2. A largura desses pulsos aumenta gradativamente no intervalo (t0; t1). No tempo t1, o pulso de saída do comparador 3 é comparado com o pulso de saída do comparador 4. Neste caso, o controle do elemento lógico “2OR” é transferido do comparador 3 para o comparador 4, pois seus pulsos de saída começam a ultrapassar a largura dos pulsos de saída do comparador 3. Assim, no período de tempo (t0; t1) os pulsos de saída nos coletores dos transistores VT1, VT2 aumentam suavemente e garantem uma partida suave do conversor de tensão.
Antes de ligar cada UPS, o capacitor C2 (Fig. 2), que garante um arranque suave, deve ser descarregado. É hora de voltar ao diagrama geral da Fig. 1 conversor de tensão. A função do capacitor de partida suave é executada pelo capacitor C3. Quando a energia é removida, o capacitor descarrega rapidamente através do resistor R1, da junção base-coletor do transistor VT1 e do diodo VD1. Os transistores VT1, VT2 desempenham a função de proteção de disparo. Quando uma tensão de desbloqueio é aplicada à base do transistor VT2, ele abre. Ao mesmo tempo, o transistor VT1 abre, desviando o capacitor C3 e bloqueando assim o funcionamento do conversor de tensão. A tensão do coletor do transistor VT1 através do circuito R4VD2 mantém o transistor VT2 aberto. A proteção do gatilho é desligada somente após a remoção da tensão de alimentação. Potentes transistores de efeito de campo com uma capacitância porta-fonte bastante grande são usados como interruptores de energia. Portanto, para controlar esses transistores, são utilizados dois blocos de chaves nos transistores VT3, VT5, VT7 e VT4, VT6, VT8. Considere o trabalho de um deles. Quando uma alta tensão está presente no pino 8 do chip DAI (o transistor dentro do chip está fechado), os transistores de efeito de campo VT3 e VT7 abrem. Este último desvia a capacitância da porta do transistor VT9, descarregando-o instantaneamente. O transistor VT5 está fechado. Assim que uma baixa tensão for estabelecida no pino 8 do microcircuito, os transistores VT3 e VT7 fecharão e o VT5 abrirá e uma tensão de desbloqueio será aplicada à porta do transistor VT9. O resistor R18 evita a falha dos transistores VT5, VT7 se um deles estiver fechado e o outro não estiver totalmente aberto. Oscilogramas de tensão nas portas dos transistores VT9, VT10 são mostrados na Fig. 3,3, eu. Os circuitos de porta dos transistores VT9, VT10 incluem resistores R20, R21, que junto com as capacitâncias de porta formam um filtro passa-baixa que reduz o nível de harmônicos quando as chaves são abertas. Os circuitos R22, R23, C8, C9, VD5-VD8 também servem para reduzir harmônicos durante a operação do conversor. O enrolamento primário do transformador T1 é conectado aos circuitos de drenagem dos transistores VT9, VT10. Para estabilizar a tensão do conversor, a tensão de realimentação é removida do enrolamento III do transformador. Através de um divisor nos resistores R7, R8 vai para o chip DA1. O resistor R10 pode ser usado para regular a tensão de saída do UPS dentro de pequenos limites. Os elementos R6, C4 determinam a frequência de operação do gerador de tensão dente de serra interno do microcircuito DA1 (com as classificações indicadas no diagrama, esta frequência é próxima de 50 kHz). Alterando a resistência do resistor R6 e a capacitância do capacitor C4, é possível, se necessário, alterar a frequência do conversor de tensão. A parte de potência do circuito é alimentada através do filtro de rede C10, Cl1, L1, retificador VD4 e capacitores C12, C13. O resistor R24 descarrega o capacitor do filtro no conversor desligado. O chip DA1 e as chaves nos transistores VT3-VT8 são alimentados por uma fonte de alimentação estabilizada nos elementos T2, VD3, C5-C7 e estabilizador DA2. O resistor R25 serve para reduzir a corrente de partida através dos capacitores do filtro quando o UPS está conectado à rede. O retificador de tensão de saída do conversor é feito de acordo com o circuito de ponte nos diodos VD12-VD15. A partida suave do conversor de tensão permite o uso de capacitores de filtro de capacidade bastante grande nos circuitos secundários, necessários ao alimentar um amplificador de potência. As bobinas L2, L3, juntamente com os capacitores de filtro, suavizam as ondulações na tensão de saída do UPS. A proteção do conversor tensão-fluxo é feita por meio dos transistores VT11, VT12. À medida que a corrente através dos resistores R27-R30 aumenta, os transistores VT11, VT12 abrem e os LEDs nos optoacopladores Ul.l, U1.2 acendem. Os transistores dos optoacopladores abrem e fornecem uma tensão de desbloqueio à base do transistor VT2, o que faz com que a proteção de disparo funcione. O capacitor C1 evita o disparo da proteção contra ruído de impulso aleatório. Construção e detalhes Estruturalmente, o UPS é feito em uma placa de circuito impresso de face única (Fig. 4a, b).
Todos os elementos do circuito estão localizados na placa, exceto SA1, FU1 e T2. Também em uma pequena placa separada estão os resistores R22, R23 e os capacitores C8, C9. Eles são conectados por fios à placa principal nos pontos indicados pelas letras a, b, c. Os resistores R22, R23 esquentam muito durante a operação, portanto a placa com eles deve ser colocada de forma que os resistores não aqueçam os demais elementos do circuito. Os diodos VD12-VD15 são montados em um radiador de agulha separado de 10x12 cm e conectados à placa principal com um fio com diâmetro de pelo menos 1 mm. De um lado da placa de circuito impresso existe um radiador (Fig. 4,6) com 170 cm de comprimento e 10 cm de altura. É aconselhável usar um radiador de agulha, mas em caso de emergência, qualquer outro serve. Os elementos da placa DA2, VD4, VT9, VT10 são fixados a este radiador através de juntas isolantes. Um ventilador é instalado no lado oposto do radiador para que o fluxo de ar dele seja bem soprado sobre o radiador. Você pode usar um ventilador de uma fonte de alimentação de computador. A energia é fornecida através de um resistor com resistência de 320 Ohms e potência de 7,5 W da saída de +50 V do conversor. Você pode usar um resistor do tipo PEV e conectá-lo em qualquer parte do corpo. Também é possível enrolar um enrolamento adicional no transformador T1 para alimentar o ventilador (Fig. 1). Para isso, será necessário enrolar duas voltas de fio com diâmetro de 0,4 mm e conectar a ventoinha conforme Fig. 5.
O transformador T1 do conversor é enrolado em quatro anéis de ferrite de 2000NM dobrados juntos com dimensões K45x28x12. Os dados de enrolamento do transformador são fornecidos na tabela.
Os enrolamentos I e II do transformador são separados do restante dos enrolamentos por duas ou três camadas de tecido envernizado. O transformador T2 é usado pronto com uma tensão alternada de 16 V. A bobina L1 consiste em 2x20 espiras enroladas em um anel de ferrite feito de ferrite 2000NM com dimensões KZ1x18x7 em dois fios com diâmetro de 1 mm. As bobinas L2, L3 são enroladas em pedaços de ferrite com um diâmetro de 8 ... 10 mm e um comprimento de cerca de 25 mm com um fio com um diâmetro de 1,2 mm em uma camada ao longo de todo o comprimento da ferrite. No circuito do conversor, é desejável usar capacitores eletrolíticos importados com uma marca de 105 °. Em casos extremos, é permitido usar outros capacitores de tamanho adequado. O capacitor C12 é composto por três capacitores com capacidade de 220 uFx400 V. Capacitores não eletrolíticos de qualquer tipo, por exemplo K73-17. Como resistor R25, são usados três resistores do tipo SCK105 ou similar, conectados em paralelo, usados em fontes de alimentação de computadores. Resistores R22, R23 tipo C5-5-10W, R27-R30 - C5-16V-5W. Os resistores restantes são de qualquer tipo, por exemplo MLT. Resistor Trimmer R9 tipo SPZ-19AV ou outro de pequeno porte. É desejável usar diodos de alta frequência conforme indicado no diagrama (KD212 e KD2999), pois os diodos importados, que agora são amplamente utilizados, nem sempre funcionam bem em altas frequências, especialmente acima de 50 kHz. As pontes de diodos podem ser utilizadas em qualquer tamanho adequado: VD3 - com corrente retificada de pelo menos 500 mA; VD4 - com uma corrente retificada de pelo menos 8 A e uma tensão de pelo menos 400 V. Os transistores BSS88 podem ser substituídos por outros transistores de efeito de campo semelhantes com uma porta isolada e canal n (tensão de fonte de dreno superior a 50 V, corrente de dreno 0,15 ... 0,5, 123 A). Estes podem ser transistores BSS108, BS2, 1336SK2, etc. Em vez de transistores de efeito de campo potentes 956SK2, são adequados transistores dos tipos 787SK50, IRFPE494. O chip TL494CN pode ser substituído pelo chip TL25LN, que permitirá que o conversor de tensão seja utilizado em temperaturas ambientes de até -494°C, já que o TL0CN só funciona em temperaturas acima de 7500°C. Além disso, em vez disso, você pode usar o analógico KA101V. Optoacoplador AOT101BS pode ser substituído por AOT2501AC, PS2-2. KR142EN8E ou 7815 pode ser usado como chip DA7815 Se o chip 502 for usado em uma caixa isolada, não é necessária uma junta isolante ao instalá-lo em um radiador. Os transistores KT503E, KT502E podem ser substituídos por KT503G, KT510G e diodos KD503A - com quase todos os diodos de pulso, por exemplo, KD522, KDXNUMX, etc. Fixação Antes de ligar o conversor pela primeira vez na rede, é necessário remover a tensão da rede dos circuitos de potência e aplicar energia apenas ao transformador T2. Antes de tudo, certifique-se de que a tensão de alimentação seja +15 V da saída DA2. Em seguida, usando um osciloscópio, eles verificam se há pulsos nas portas dos transistores de efeito de campo VT9, VT10 e que correspondem aos oscilogramas da Fig. 3 e. Quando o capacitor C9 está em curto-circuito, os pulsos devem desaparecer e a tensão zero deve ser definida nas portas VT10, VT9. Além disso, colocando o controle deslizante do resistor RXNUMX na posição intermediária, a tensão de alimentação é aplicada ao resto do circuito. Usando um voltímetro, controle a tensão no pino 1 de DA1, ajustando o valor para 2,5 V selecionando a resistência do resistor R7. O resistor trimmer R9 pode alterar ligeiramente a tensão de saída do conversor, no entanto, é necessário controlar os pulsos nas portas dos transistores de efeito de campo VT9, VT10 para que sua duração não se aproxime dos limites extremos (muito curto ou muito longo ), mas está na posição intermediária. Caso contrário, com um aumento na carga ou uma mudança na tensão de alimentação, a estabilização da tensão de saída se deteriorará. Para não sobrecarregar o conversor de tensão e não queimar transistores de efeito de campo potentes, é melhor definir a proteção de corrente da seguinte forma. Em vez de resistores R27-R30, resistores com resistência de 1 ohm e potência de 2 watts são soldados temporariamente. Uma carga e um amperímetro são conectados à saída do conversor. A corrente de carga é ajustada para 1,3 ... 1,4 A e selecionando as resistências dos resistores R32, R33, a proteção de corrente é ativada. Em seguida, os resistores R27-R30 são soldados no lugar. Isso completa a configuração do conversor de tensão. Se uma tensão diferente for necessária para alimentar o amplificador ou alguma outra carga, a tensão de saída do conversor pode ser alterada alterando o número de voltas dos enrolamentos IV e V do transformador T1. Deve-se ter em mente que uma volta do enrolamento secundário representa cerca de 7 V. Baseado em matérias da revista Radioamator; Publicação: cxem.net
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