Fontes de alimentação de micropotência com isolamento galvânico da rede ~220 V podem ser feitas utilizando optoacopladores, conectando-os em série para aumentar a tensão de saída (Fig. 3.2-1.). A transferência de energia é realizada através de um fluxo luminoso unidirecional dentro do optoacoplador (o optoacoplador contém elementos emissores e absorvedores de luz), portanto, não ocorre conexão galvânica com a rede.

Um optoacoplador produz 0,5-0,7 V para AOD101. AOD302 e 4 V - para AOT102, AOT110 (entrada 0,2 mA). Para garantir os valores necessários de tensão e corrente, os optoacopladores são conectados em série ou paralelo. Um ionistor, bateria ou capacitância de 100-1000 µF podem ser usados ​​como elemento de armazenamento de buffer. Os LEDs são alimentados por uma capacitância não superior a 0.2 µF para evitar destruição. Deve ser lembrado que a eficiência dos optoacopladores diminui com o tempo (aproximadamente 25% ao longo de 15000 horas de operação).

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2. Micro estabilizador de energia com baixo consumo

Alguns projetos de rádio amador exigem estabilizadores de micropotência que consomem microamperes no modo de estabilização. Na Fig. 3.2-4 mostra um diagrama esquemático de tal estabilizador com um consumo de corrente interno de 10 μA e uma corrente de estabilização de 100 mA.

Para os elementos indicados no diagrama, a tensão de estabilização é Uout \u3.4d 1 V, para alterá-la, em vez do LED HL522, pode-se ligar os diodos KD0.7 em série (em cada queda de tensão é de 1 V: nos transistores VT2, VT0,3 - 30V). A tensão de entrada deste estabilizador (Uin) não é superior a XNUMX V. Transistores com ganho máximo devem ser usados.

3. Fontes de alimentação com capacitores de desacoplamento

Nas fontes de alimentação de micropotência com ligação galvânica a uma rede industrial, as chamadas. capacitores de separação, que nada mais são do que resistores shunt conectados em série ao circuito de potência. Sabe-se que um capacitor instalado em um circuito de corrente alternada possui uma resistência que depende da frequência e é denominado reativo. A capacidade do capacitor de acoplamento (assumindo que seja usado em uma rede industrial ~220 V, 50 Hz) pode ser calculada usando a seguinte fórmula:

Por exemplo: um carregador para baterias de níquel-cádmio de 12 V com capacidade de 1 A/h pode ser alimentado pela rede elétrica através de um capacitor de desacoplamento. Para baterias de níquel-cádmio, a corrente de carga é de 10% do valor nominal, ou seja, 100 mA no nosso caso. Além disso, levando em consideração que a queda de tensão no estabilizador é de cerca de 3-5 V, descobrimos que é necessário fornecer uma tensão de ~18 V na entrada do carregador com uma corrente operacional de 100 mA. Substituindo esses dados, obtemos:

de acordo com a primeira fórmula:

Assim, escolhemos C = 1,5 μF com dupla tensão de operação de 500 V (podem ser usados ​​​​capacitores do tipo: MBM, MGBP, MBT).

O circuito completo de um carregador com capacitor de isolamento é mostrado na Fig. 3.2-2. O dispositivo é adequado para carregar baterias com corrente não superior a 100 mA e tensão de carga não superior a 15V. O resistor trimmer R2 define o valor de tensão de carga necessário. R1 atua como um limitador de corrente no início da carga, e a tensão gerada através dele é fornecida ao LED. Pela intensidade do LED, você pode avaliar o quanto a bateria está descarregada.

Ao operar esta fonte de alimentação (e quaisquer outras fontes de alimentação sem isolamento galvânico da rede), você deve se lembrar das medidas de segurança. O dispositivo e a bateria que está sendo carregada estão sempre no potencial da rede elétrica. Em alguns casos, tais restrições impossibilitam o funcionamento normal dos dispositivos, sendo necessário garantir o isolamento galvânico da fonte de alimentação da rede.

Uma fonte de alimentação de baixa potência com capacitor de isolamento, mas com isolamento galvânico da rede industrial, pode ser feita com base em um transformador de transição ou relé de partida magnético, e sua tensão de operação pode ser inferior a 220 V. Na Fig. A Figura 3.2-3 mostra um diagrama esquemático dessa fonte de energia.

A capacitância do capacitor de separação é calculada levando em consideração os parâmetros do transformador (ou seja, conhecendo a relação de transformação, calcule primeiro a tensão que deve ser fornecida na entrada do transformador, e a seguir, certificando-se de que tal tensão é permitida para o transformador utilizado, calcule os parâmetros do capacitor).

A energia fornecida por tal fonte de energia pode facilmente alimentar uma campainha, receptor ou reprodutor de áudio.

4. Fontes de alimentação com capacitores de desacoplamento

Nas fontes de alimentação de micropotência com ligação galvânica a uma rede industrial, as chamadas. capacitores de separação, que nada mais são do que resistores shunt conectados em série ao circuito de potência. Sabe-se que um capacitor instalado em um circuito de corrente alternada possui uma resistência que depende da frequência e é denominado reativo. A capacidade do capacitor de acoplamento (assumindo que seja usado em uma rede industrial ~220 V, 50 Hz) pode ser calculada usando a seguinte fórmula:

Por exemplo: um carregador para baterias de níquel-cádmio de 12 V com capacidade de 1 A/h pode ser alimentado pela rede elétrica através de um capacitor de desacoplamento. Para baterias de níquel-cádmio, a corrente de carga é de 10% do valor nominal, ou seja, 100 mA no nosso caso. Além disso, levando em consideração que a queda de tensão no estabilizador é de cerca de 3-5 V, descobrimos que é necessário fornecer uma tensão de ~18 V na entrada do carregador com uma corrente operacional de 100 mA. Substituindo esses dados, obtemos:

de acordo com a primeira fórmula:

Assim, escolhemos C = 1,5 μF com dupla tensão de operação de 500 V (podem ser usados ​​​​capacitores do tipo: MBM, MGBP, MBT).

O circuito completo de um carregador com capacitor de isolamento é mostrado na Fig. 3.2-2. O dispositivo é adequado para carregar baterias com corrente não superior a 100 mA e tensão de carga não superior a 15V. O resistor trimmer R2 define o valor de tensão de carga necessário. R1 atua como um limitador de corrente no início da carga, e a tensão gerada através dele é fornecida ao LED. Pela intensidade do LED, você pode avaliar o quanto a bateria está descarregada.

Ao operar esta fonte de alimentação (e quaisquer outras fontes de alimentação sem isolamento galvânico da rede), você deve se lembrar das medidas de segurança. O dispositivo e a bateria que está sendo carregada estão sempre no potencial da rede elétrica. Em alguns casos, tais restrições impossibilitam o funcionamento normal dos dispositivos, sendo necessário garantir o isolamento galvânico da fonte de alimentação da rede.

Uma fonte de alimentação de baixa potência com capacitor de isolamento, mas com isolamento galvânico da rede industrial, pode ser feita com base em um transformador de transição ou relé de partida magnético, e sua tensão de operação pode ser inferior a 220 V. Na Fig. A Figura 3.2-3 mostra um diagrama esquemático dessa fonte de energia.

A capacitância do capacitor de separação é calculada levando em consideração os parâmetros do transformador (ou seja, conhecendo a relação de transformação, calcule primeiro a tensão que deve ser fornecida na entrada do transformador, e a seguir, certificando-se de que tal tensão é permitida para o transformador utilizado, calcule os parâmetros do capacitor).

A energia fornecida por tal fonte de energia pode facilmente alimentar uma campainha, receptor ou reprodutor de áudio.

5. Fontes de alimentação lineares

Atualmente, as fontes de alimentação lineares tradicionais estão sendo cada vez mais substituídas por fontes chaveadas. No entanto, apesar disso, continuam a ser uma solução muito conveniente e prática na maioria dos casos de design de rádio amador (às vezes em dispositivos industriais). Existem várias razões para isso: em primeiro lugar, as fontes de alimentação lineares são estruturalmente bastante simples e fáceis de configurar, em segundo lugar, não requerem o uso de componentes caros de alta tensão e, por fim, são muito mais confiáveis ​​​​do que as fontes chaveadas.

Uma fonte de alimentação linear típica contém: um transformador abaixador de rede, uma ponte de diodos com um filtro e um estabilizador que converte a tensão não estabilizada recebida do enrolamento secundário do transformador através da ponte de diodos e filtro em uma tensão de saída estabilizada, e esta a tensão de saída é sempre menor que o estabilizador de tensão de entrada não estabilizado.

A principal desvantagem deste esquema é a baixa eficiência e a necessidade de reserva de energia em quase todos os elementos do dispositivo (ou seja, requer a instalação de componentes que possam acomodar cargas maiores do que as esperadas para a fonte de alimentação como um todo, por exemplo , para uma fonte de alimentação com potência de 10 W é necessário um transformador com potência de pelo menos 15 W e etc.). A razão para isso é o princípio pelo qual operam os estabilizadores lineares da fonte de alimentação. Consiste em dissipar alguma potência no elemento regulador Ppac = Icarga * (Uin - Uout) Da fórmula segue-se que quanto maior a diferença entre a tensão de entrada e saída do estabilizador, mais potência deve ser dissipada no elemento regulador .

Por outro lado, quanto mais instável for a tensão de entrada do estabilizador, e quanto mais depender das variações da corrente de carga, maior deverá ser em relação à tensão de saída. Assim, fica claro que os estabilizadores lineares da fonte de alimentação operam dentro de uma faixa bastante estreita de tensões de entrada permitidas, e esses limites são ainda mais reduzidos quando requisitos rigorosos são impostos à eficiência do dispositivo. Mas o grau de estabilização e supressão do ruído de impulso alcançado em fontes de alimentação lineares é muito superior a outros esquemas. Vamos dar uma olhada mais de perto nos estabilizadores usados ​​em fontes de alimentação lineares.

Os estabilizadores mais simples (chamados paramétricos) baseiam-se no uso das características corrente-tensão de alguns dispositivos semicondutores - principalmente diodos zener. Eles se distinguem pela alta impedância de saída. baixo nível de estabilização e baixa eficiência. Tais estabilizadores são usados ​​apenas para pequenas cargas, geralmente como elementos de circuito (por exemplo, como fontes de tensão de referência). Exemplos de estabilizadores paramétricos e fórmulas de cálculo são mostrados na Fig. 3.3-1.

Os estabilizadores lineares de passagem em série possuem as seguintes características: a tensão de carga não depende da tensão de entrada e da corrente de carga, são permitidos valores elevados de corrente de carga, são fornecidos um alto coeficiente de estabilização e baixa resistência de saída. O diagrama de blocos de um estabilizador linear típico é mostrado na Fig. 3.3-2. O princípio básico no qual se baseia seu trabalho é a comparação da tensão de saída com alguma tensão estabilizada.

tensão de referência e controle, com base nos resultados desta comparação, do principal elemento de potência do estabilizador (no diagrama de blocos, o chamado transistor de passagem VT1, operando em modo linear, mas também pode ser um grupo de componentes) , no qual o excesso de energia é dissipado (veja a fórmula fornecida acima).

Na maioria dos casos de projeto de rádio amador, fontes de alimentação lineares baseadas em microcircuitos estabilizadores lineares da série K(KR)142 podem ser usadas como fontes de alimentação para dispositivos. Eles possuem parâmetros muito bons, possuem circuitos de proteção contra sobrecarga integrados, circuitos de compensação térmica, etc., são facilmente acessíveis e fáceis de usar (a maioria dos estabilizadores desta série são totalmente implementados dentro de CIs, que (possuem apenas três pinos). Porém, ao projetar fontes de alimentação lineares de alta potência (25-100 W) requer uma abordagem mais sutil, a saber: o uso de transformadores especiais com núcleos blindados (com maior fator de eficiência), o uso direto apenas de estabilizadores integrais é impossível devido a sua potência insuficiente, ou seja, são necessários componentes de energia adicionais e, como consequência, circuitos adicionais de proteção contra sobrecarga, superaquecimento e sobretensão. Essas fontes de alimentação geram muito calor, exigem a instalação de muitos componentes em grandes radiadores e, portanto, são bastante grande; para obter um alto coeficiente de estabilização de tensão de saída, são necessárias soluções de circuito especiais.

6. Estabilizador com corrente de carga até 5A

Na Fig. A Figura 3.3-3 mostra um circuito básico para a construção de estabilizadores potentes que fornecem uma corrente de carga de até 5 A, o que é suficiente para alimentar a maioria dos projetos de rádio amador. O circuito é feito utilizando um microcircuito estabilizador da série KR142 e um transistor de passagem externo.

Com baixo consumo de corrente, o transistor VT1 é fechado e apenas o microcircuito estabilizador funciona, mas com o aumento do consumo de corrente, a tensão alocada para R2 e VD5 abre o transistor VT1, e a parte principal da corrente de carga começa a fluir por sua junção. O resistor R1 serve como um sensor de corrente de sobrecarga. Quanto maior a resistência R1, menor a proteção de corrente é acionada (o transistor VT1 fecha). A bobina de filtro L 1 serve para suprimir a ondulação CA na carga máxima.

Usando o diagrama acima, você pode montar estabilizadores para uma tensão de 5-15 V. Os diodos de potência VD1-VD4 devem ser classificados para uma corrente de pelo menos 10 A. O resistor R4 ajusta com precisão a tensão de saída (o valor base é definido pelo tipo de chip estabilizador usado, a série KR142). Os elementos de potência são instalados em radiadores com área de pelo menos 200 cm^2.

Por exemplo, vamos calcular um estabilizador de tensão com as seguintes características:

Uout - 12 V; Ineg - 3A; Uin - 20 V.

Selecionamos um estabilizador de tensão de 12 V da série KR142 - KR142EN8B. Selecionamos um transistor de passagem capaz de dissipar a potência máxima de carga Pras = Uin* Iload = 20 • 3 = 60 W (é aconselhável escolher uma potência de transistor 1.5-2 vezes maior) - o KT818A comum é adequado (Pras = 100 W , Ik máx = 15 A). Quaisquer diodos de potência adequados para corrente, por exemplo, KD1D, podem ser usados ​​​​como VD5-VD202.

7. Troca de fontes de alimentação

Ao contrário das fontes de alimentação lineares tradicionais, que envolvem a extinção do excesso de tensão não estabilizada em um elemento linear de passagem, as fontes de alimentação pulsadas utilizam outros métodos e fenômenos físicos para gerar uma tensão estabilizada, a saber: o efeito do acúmulo de energia nos indutores, bem como a possibilidade de transformação de alta frequência e conversão de energia acumulada em pressão constante. Existem três circuitos típicos para a construção de fontes de alimentação pulsadas (ver Fig. 3.4-1): elevador (a tensão de saída é maior que a tensão de entrada), abaixador (a tensão de saída é menor que a tensão de entrada) e inversor (a tensão de saída tem a polaridade oposta em relação à entrada). Como pode ser visto na figura, eles diferem apenas na forma como conectam a indutância, caso contrário, o princípio de funcionamento permanece inalterado, a saber.

O elemento chave (geralmente são usados ​​​​transistores bipolares ou MIS), operando com uma frequência da ordem de 20-100 kHz, aplica periodicamente a tensão não estabilizada de entrada total ao indutor por um curto período de tempo (não mais que 50% do tempo) . Corrente de pulso. fluindo através da bobina garante o acúmulo de reservas de energia em seu campo magnético de 1/2LI ^ 2 a cada pulso. A energia assim armazenada da bobina é transferida para a carga (seja diretamente, por meio de um diodo retificador, ou através do enrolamento secundário com posterior retificação), o capacitor do filtro de suavização de saída garante uma tensão e corrente de saída constantes. A estabilização da tensão de saída é garantida pelo ajuste automático da largura ou frequência do pulso no elemento chave (um circuito de feedback é projetado para monitorar a tensão de saída).

Este esquema, embora bastante complexo, pode aumentar significativamente a eficiência de todo o dispositivo. O fato é que, neste caso, além da própria carga, não existem elementos de potência no circuito que dissipem potência significativa. Os transistores principais operam no modo de comutação saturado (ou seja, a queda de tensão entre eles é pequena) e dissipam energia apenas em intervalos de tempo bastante curtos (tempo de pulso). Além disso, ao aumentar a frequência de conversão, é possível aumentar significativamente a potência e melhorar as características de peso e tamanho.

Uma importante vantagem tecnológica das fontes de alimentação pulsadas é a capacidade de construir com base em fontes de alimentação de rede de pequeno porte com isolamento galvânico da rede para alimentar uma ampla variedade de equipamentos. Essas fontes de alimentação são construídas sem o uso de um transformador de potência volumoso de baixa frequência, usando um circuito conversor de alta frequência. Este é, na verdade, um típico circuito de fonte de alimentação chaveada com redução de tensão, onde a tensão de rede retificada é usada como tensão de entrada, e um transformador de alta frequência (de pequeno porte e com alta eficiência) é usado como elemento de armazenamento, de o enrolamento secundário do qual a tensão estabilizada de saída é removida (este transformador também fornece isolamento galvânico da rede).

As desvantagens das fontes de alimentação pulsadas incluem: a presença de alto nível de ruído pulsado na saída, alta complexidade e baixa confiabilidade (especialmente na produção artesanal), a necessidade de usar componentes caros de alta tensão e alta frequência, que no caso ao menor mau funcionamento falham facilmente “em massa” (com Neste caso, via de regra, podem ser observados efeitos pirotécnicos impressionantes). Quem gosta de se aprofundar no interior dos dispositivos com chave de fenda e ferro de solda terá que ter muito cuidado ao projetar fontes de alimentação chaveadas em rede, já que muitos elementos desses circuitos estão sob alta tensão.

8. Estabilizador de comutação eficaz de baixa complexidade

Em uma base de elemento semelhante àquela usada no estabilizador linear descrito acima (Fig. 3.3-3), é possível construir um estabilizador de tensão de pulso. Com as mesmas características, terá dimensões significativamente menores e melhores condições térmicas. Um diagrama esquemático de tal estabilizador é mostrado na Fig. 3.4-2. O estabilizador é montado de acordo com um circuito padrão de redução de tensão (Fig. 3.4-1a).

Quando ligado pela primeira vez, quando o capacitor C4 é descarregado e uma carga suficientemente potente é conectada à saída, a corrente flui através do regulador linear IC DA1. A queda de tensão em R1 causada por esta corrente desbloqueia o transistor chave VT1, que entra imediatamente no modo de saturação, uma vez que a reatância indutiva de L1 é grande e uma corrente suficientemente grande flui através do transistor. A queda de tensão em R5 abre o elemento chave principal - o transistor VT2. Atual. aumentando em L1, carrega C4, enquanto através do feedback em R8 o estabilizador e o transistor chave são travados. A energia armazenada na bobina alimenta a carga. Quando a tensão em C4 cai abaixo da tensão de estabilização, DA1 e o transistor chave abrem. O ciclo é repetido com uma frequência de 20-30 kHz.

Circuito R3. R4, C2 definirão o nível de tensão de saída. Pode ser ajustado suavemente dentro de pequenos limites, de Uct DA1 a Uin. No entanto, se Uout for elevado próximo de Uin, alguma instabilidade aparecerá na carga máxima e um aumento no nível de ondulação. Para suprimir ondulações de alta frequência, o filtro L2, C5 está incluído na saída do estabilizador.

O esquema é bastante simples e mais eficaz para esse nível de complexidade. Todos os elementos de potência VT1, VT2, VD1, DA1 são fornecidos com pequenos radiadores. A tensão de entrada não deve exceder 30 V, que é o máximo para estabilizadores KR142EN8. Os diodos retificadores devem ser usados ​​para uma corrente de pelo menos 3 A.

9. Dispositivo de fonte de alimentação ininterrupta baseado em um estabilizador de comutação

Na Fig. 3.4-3 propomos para consideração um dispositivo para alimentação ininterrupta de sistemas de segurança e videovigilância baseado em um estabilizador de pulso combinado com um carregador. O estabilizador inclui sistemas de proteção contra sobrecarga, superaquecimento, picos de tensão de saída e curtos-circuitos.

O estabilizador possui os seguintes parâmetros:

• Tensão de entrada, Uvx - 20-30 V:
• Tensão estabilizada de saída, Uvyx-12V:
• Corrente de carga nominal, Iload nominal -5A;
• Corrente de disparo do sistema de proteção contra sobrecarga, Iprotect - 7A;.
• Tensão de operação do sistema de proteção contra sobretensão, proteção Uout - 13 V;
• Corrente máxima de carga da bateria, bateria Icharge max - 0,7 A;
• Nível de ondulação. Pulso ascendente - 100 mV
• Temperatura de operação do sistema de proteção contra superaquecimento, Tzasch - 120 C;
• Mudança de velocidade para bateria, tswitch - 10ms (relé RES-b RFO.452.112).

O princípio de funcionamento do estabilizador de pulso no dispositivo descrito é o mesmo do estabilizador apresentado acima.

O dispositivo é complementado com um carregador feito nos elementos DA2, R7, R8, R9, R10, VD2, C7. Estabilizador de tensão IC DA2 com divisor de corrente em R7. R8 limita a corrente máxima de carga inicial, o divisor R9, R10 define a tensão de carga de saída, o diodo VD2 protege a bateria da autodescarga na ausência de tensão de alimentação.

A proteção contra superaquecimento usa o termistor R16 como sensor de temperatura. Quando a proteção é acionada, o alarme sonoro, montado no DD 1 IC, é acionado e, ao mesmo tempo, a carga é desconectada do estabilizador, passando a ser alimentada pela bateria. O termistor é montado no radiador do transistor VT1. O ajuste fino do nível de resposta da proteção de temperatura é realizado pela resistência R18.

O sensor de tensão é montado no divisor R13, R15. a resistência R15 define o nível exato de proteção contra sobretensão (13 V). Se a tensão na saída do estabilizador for ultrapassada (se este falhar), o relé S1 desconecta a carga do estabilizador e o conecta à bateria. Se a tensão de alimentação for desligada, o relé S1 entra no estado “padrão” - ou seja, conecta a carga à bateria.

O circuito mostrado aqui não possui proteção eletrônica contra curto-circuito para a bateria. Essa função é desempenhada por um fusível no circuito de alimentação da carga, projetado para o máximo consumo de corrente.

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10. Fontes de alimentação baseadas em conversor de pulso de alta frequência

Muitas vezes, ao projetar dispositivos, existem requisitos rígidos quanto ao tamanho da fonte de energia. Neste caso, a única solução é utilizar uma fonte de alimentação baseada em conversores de pulso de alta tensão e alta frequência. que são conectados a uma rede de ~ 220 V sem o uso de um grande transformador abaixador de baixa frequência e podem fornecer alta potência com tamanho pequeno e dissipação de calor.

O diagrama de blocos de um conversor de pulso típico alimentado por uma rede industrial é mostrado na Figura 34-4.

O filtro de entrada é projetado para evitar que ruído de impulso entre na rede. Os interruptores de potência fornecem pulsos de alta tensão ao enrolamento primário de um transformador de alta frequência (podem ser usados ​​​​circuitos de um e dois tempos). A frequência e a duração dos pulsos são definidas por um gerador controlado (geralmente é usado o controle da largura do pulso, menos frequentemente - frequência). Ao contrário dos transformadores de sinal senoidal de baixa frequência, as fontes de alimentação pulsadas usam dispositivos de banda larga que fornecem transferência de energia eficiente em sinais com bordas rápidas. Isto impõe requisitos significativos ao tipo de circuito magnético utilizado e ao projeto do transformador.

Por outro lado, com o aumento da frequência, as dimensões exigidas do transformador (mantendo a potência transmitida) diminuem (os materiais modernos permitem construir transformadores potentes com eficiência aceitável em frequências até 100-400 kHz). Uma característica especial do retificador de saída é o uso de diodos Schottky de alta velocidade em vez de diodos de potência convencionais, devido à alta frequência da tensão retificada. O filtro de saída suaviza a ondulação da tensão de saída. A tensão de feedback é comparada com uma tensão de referência e então controla o oscilador. Observe a presença de isolamento galvânico no circuito de realimentação, necessário se quisermos garantir o isolamento da tensão de saída da rede.

Na fabricação desse IP, surgem sérias exigências aos componentes utilizados (o que aumenta seu custo em relação aos tradicionais). Em primeiro lugar, trata-se da tensão de operação dos diodos retificadores, capacitores de filtro e transistores chave, que não deve ser inferior a 350 V para evitar quebras. Em segundo lugar, devem ser usados ​​​​transistores chave de alta frequência (frequência operacional 20-100 kHz) e capacitores cerâmicos especiais (eletrólitos de óxido convencionais superaquecerão em altas frequências devido à sua alta indutância). E em terceiro lugar, a frequência de saturação do transformador de alta frequência, determinada pelo tipo de núcleo magnético utilizado (via de regra, são utilizados núcleos toroidais) deve ser significativamente superior à frequência de operação do conversor.

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Na Fig. 3.4-5 mostra um diagrama esquemático de uma fonte de alimentação clássica baseada em um conversor de alta frequência. O filtro, composto pelos capacitores C1, C2, C3 e bobinas L1, L2, serve para proteger a rede de alimentação contra interferências de alta frequência do conversor. O gerador é construído segundo um circuito autooscilante e combinado com um estágio chave. Os transistores chave VT1 e VT2 operam em antifase, abrindo e fechando alternadamente. A partida do gerador e a operação confiável são garantidas pelo transistor VT3, operando em modo de avalanche. Quando a tensão em C6 aumenta através de R3, o transistor abre e o capacitor é descarregado na base do VT2, dando partida no gerador. A tensão de realimentação é removida do enrolamento adicional (III) do transformador de potência Tpl.

Transistores VT1. O VT2 é instalado em radiadores de placas de pelo menos 100 cm^2. Os diodos VD2-VD5 com barreira Schottky são colocados em um pequeno radiador de 5 cm^2.

Dados de bobinas e transformadores: L1-1. L2 é enrolado em anéis de ferrite 2000NM K12x8x3 em dois fios usando fio PELSHO 0,25:20 voltas. TP1 - em dois anéis dobrados juntos, ferrite 2000NN KZ 1x18.5x7; enrolamento 1 - 82 voltas com fio PEV-2 0,5: enrolamento II - 25+25 voltas com fio PEV-2 1,0: enrolamento III - 2 voltas com fio PEV-2 0.3. TP2 é enrolado em um anel de ferrite 2000NN K10x6x5. todos os enrolamentos são feitos de fio PEV-2 0.3: enrolamento 1 - 10 voltas: enrolamentos II e III - 6 voltas cada, ambos os enrolamentos (II e III) são enrolados de forma que ocupem 50% da área do anel sem tocar ou sobrepostos, o enrolamento I é enrolado uniformemente em todo o anel e isolado com uma camada de tecido envernizado. As bobinas do filtro retificador L3, L4 são enroladas em ferrite 2000NM K 12x8x3 com fio PEV-2 1,0, número de voltas - 30. KT1A pode ser usado como transistores chave VT2, VT809. KT812, KT841.

As classificações dos elementos e os dados dos enrolamentos dos transformadores são fornecidos para uma tensão de saída de 35 V. Caso outros valores de parâmetros operacionais sejam necessários, o número de voltas no enrolamento 2 Tr1 deve ser alterado de acordo.

O circuito descrito tem desvantagens significativas devido ao desejo de reduzir extremamente o número de componentes usados. Estes incluem um baixo nível de estabilização da tensão de saída, operação instável e não confiável e baixa corrente de saída. No entanto, é bastante adequado para alimentar os projetos mais simples de potências diferentes (se forem utilizados componentes apropriados), tais como: calculadoras, números de chamada, dispositivos de iluminação, etc.

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Outro circuito de fonte de alimentação baseado em um conversor de pulso de alta frequência é mostrado na Fig. 3.4-6. A principal diferença entre este esquema e a estrutura padrão mostrada na Fig. 3-4 é a ausência de um circuito de realimentação. Nesse sentido, a estabilidade de tensão nos enrolamentos de saída do transformador HF Tr4 é bastante baixa e é necessário o uso de estabilizadores secundários (o circuito utiliza estabilizadores integrados universais baseados no IC da série KR2).

11. Estabilizador de comutação com transistor chave MIS com leitura de corrente

A miniaturização e o aumento da eficiência no desenvolvimento e construção de fontes chaveadas são facilitados pelo uso de uma nova classe de inversores semicondutores - transistores MOS, bem como: diodos de alta potência com recuperação reversa rápida, diodos Schottky, ultra-alta velocidade diodos, transistores de efeito de campo com porta isolada, circuitos integrados para controle de elementos-chave. Todos esses elementos estão disponíveis no mercado nacional e podem ser utilizados no projeto de fontes de alimentação altamente eficientes, conversores, sistemas de ignição para motores de combustão interna (ICE) e sistemas de partida para lâmpadas fluorescentes (LDL). Uma classe de dispositivos de potência chamada HEXSense – transistores MOS com detecção de corrente – também pode ser de grande interesse para os desenvolvedores. Eles são elementos de comutação ideais para fontes de alimentação chaveadas prontas para controle. A capacidade de ler a corrente do transistor chaveado pode ser usada na comutação de fontes de alimentação para fornecer o feedback de corrente exigido por um controlador de modulação por largura de pulso. Isso simplifica o projeto da fonte de energia - excluindo dela resistores e transformadores de corrente.

Na Fig. A Figura 3.4-7 mostra um diagrama de uma fonte chaveada de 230 W. Suas principais características de desempenho são as seguintes:

• Tensão de entrada: -110V 60Hz:
• Tensão de saída: 48 V CC:
• Corrente de carga: 4.8 A:
• Frequência de comutação: 110 kHz:
• Eficiência a plena carga: 78%;
• Eficiência em 1/3 de carga: 83%.

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O circuito é construído com base em um modulador de largura de pulso (PWM) com um conversor de alta frequência na saída. O princípio de funcionamento é o seguinte.

O sinal de controle para o transistor chave vem da saída 6 do controlador PWM DA1, o ciclo de trabalho é limitado a 50% pelo resistor R4, R4 e C3 são os elementos de temporização do gerador. A fonte de alimentação para DA1 é fornecida pela cadeia VD5, C5, C6, R6. O resistor R6 é projetado para fornecer tensão de alimentação durante a partida do gerador; posteriormente, a realimentação de tensão através de L1, VD5 é ativada. Esta realimentação é obtida a partir do enrolamento adicional do indutor de saída, que opera em modo reverso. Além de alimentar o gerador, a tensão de realimentação através do circuito VD4, Cl, Rl, R2 é fornecida à entrada de realimentação de tensão DA1 (pino 2). Através de R3 e C2 é fornecida compensação, o que garante a estabilidade do circuito de feedback.

O elemento chave do VT2 é um transistor MOS com detecção de corrente IRC830 da International Rectifier. O sinal de leitura de corrente é fornecido do VT2 ao pino 3 do DA1. O nível de tensão no pino de leitura de corrente é definido pelo resistor R7 e é proporcional à corrente de dreno, C9 suprime surtos na borda principal do pulso de corrente de dreno, o que pode causar operação prematura do controlador. VT1 e R5 são usados ​​para definir a lei de controle necessária. Observe que a corrente detectada é devolvida ao cristal no pino da fonte. Isso é feito para esse propósito. para evitar erros de leitura de corrente que podem ocorrer devido à queda de tensão na resistência do pino da fonte parasita.

Com base neste circuito é possível construir estabilizadores de pulso com outros parâmetros de saída.

12. Dispositivos modernos de descarga de gás

Aproximadamente 25% da eletricidade mundial é consumida por iluminação artificial, tornando esta uma área extremamente atraente para esforços para melhorar a eficiência energética e reduzir o consumo de energia.

Atualmente, as fontes de luz econômicas mais comuns são as lâmpadas de descarga de gás, que são cada vez mais utilizadas em vez das lâmpadas incandescentes convencionais. O princípio de funcionamento de tais lâmpadas é o brilho luminescente do gás contido no interior da lâmpada quando a corrente flui através dela (quebra de alta tensão), o que é garantido pela aplicação de alta tensão aos eletrodos da lâmpada. As lâmpadas de descarga de gás podem ser divididas em dois tipos, o primeiro são as lâmpadas de alta intensidade, entre as quais as mais comuns são: lâmpadas de mercúrio, lâmpadas de sódio de alta pressão e lâmpadas de iodetos metálicos, o segundo tipo são as lâmpadas fluorescentes de baixa pressão.

As lâmpadas de baixa pressão são utilizadas para iluminação na maioria dos casos da vida quotidiana - em edifícios administrativos, escritórios, edifícios residenciais: distinguem-se pela rica luz branca. perto da luz do dia (daí o nome - “lâmpadas fluorescentes”). Lâmpadas de alta pressão são utilizadas para iluminação externa - em luminárias de rua, holofotes, etc.

Embora uma lâmpada incandescente convencional tenha uma carga resistiva constante quando ligada, todas as lâmpadas HID possuem características de impedância negativa. que requerem estabilização de corrente. Além disso, é necessário levar em consideração pontos como: modo de operação ressonante, proteção em caso de falha da lâmpada; ignição de alta tensão, controle especial de barramento de força. O principal modo que uma lâmpada fluorescente deve observar durante toda a sua vida útil é o modo atual (idealmente, a estabilização de energia é necessária durante todo o período de operação da lâmpada). Via de regra, as lâmpadas são alimentadas por tensão alternada para equalizar o desgaste dos eletrodos (se alimentadas por tensão constante, a vida útil é 50% menor).

13. Reatores magnéticos e eletrônicos

Para controlar lâmpadas de descarga de gás, os chamados reator magnético (ver diagrama na Fig. 3.5-1), no entanto, devido à sua ineficiência e falta de confiabilidade, os circuitos de controle eletrônico tornaram-se recentemente cada vez mais difundidos - o reator eletrônico, que pode aumentar significativamente a eficiência e a vida útil dos sistemas de iluminação, torna a luz mais uniforme e natural para os olhos.

O circuito básico de um reator eletrônico com ressonância série é mostrado na Fig. 3.5-2. Usando reatores eletrônicos, você pode controlar lâmpadas de qualquer potência, quaisquer dispositivos adicionais podem ser incorporados ao circuito (por exemplo, um foto-relé que acende a iluminação ao anoitecer e desliga ao amanhecer).

14. Circuito de controle para lâmpada fluorescente com potência de até 40W

Para controlar uma lâmpada fluorescente (FLL) com potência de até 40 W, o circuito mostrado na Fig. 3.5-3.

A tensão de alimentação ~220 V é fornecida às entradas L1 e L2. A tensão DC retificada pelos diodos VD1 -VD4 é de cerca de 320 V. Os capacitores C1 e C2 funcionam como um filtro capacitivo de entrada. Também é possível utilizar uma rede ~110V, neste caso a alimentação é fornecida às entradas L1 (L2) e N. e aos diodos VD1. VD3 (VD2, VD4) com capacitores C1 e C2 funcionam como duplicador de tensão de meia onda.

DA1 (IR2151) é um circuito de controle de transistor MOS com um oscilador interno que opera diretamente do barramento de alimentação através de R1. O estabilizador interno fixa a tensão de alimentação em 15 V. As portas são bloqueadas quando a tensão de alimentação cai abaixo de 9 V.

A uma tensão nominal do barramento CC de 230 V, o pulso de onda quadrada de saída tem uma tensão efetiva de 160 V e a frequência é definida selecionando R2 e C4 para se aproximar da frequência de ressonância da lâmpada. A lâmpada opera em seu circuito ressonante série, composto por um indutor série L1 e um capacitor shunt C6, que está em paralelo com um termistor de coeficiente de temperatura positivo.

Um termistor (uma lâmpada de néon também pode ser usada para esse fim) tem uma resistência baixa quando frio e uma resistência muito alta quando quente, quando aquece devido à corrente que flui através dele. O objetivo do termistor é garantir um aumento suave da tensão nos eletrodos da lâmpada quando ligado. Nos casos em que a lâmpada está constantemente acesa ou liga/desliga muito raramente, o termistor pode ser removido. Neste caso, a lâmpada acende instantaneamente, o que pode causar desgaste rápido.

15. Circuito de controle subminiatura para lâmpadas fluorescentes de até 26W

O seguinte diagrama de circuito mostrado na Fig. 3.5-4, permite controlar uma lâmpada fluorescente (FLL), embora tenha dimensões subminiaturas, pois não utiliza inversores de potência (IC IR51H420 combina IC IR2151 e interruptores MIS em um invólucro). A potência máxima da lâmpada, neste caso, não deve exceder 26 W, o que é suficiente para iluminar um local de trabalho.

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16. Conversores Boost e multiplicadores de tensão

Normalmente, se o projeto tiver alimentação pela rede elétrica, transformadores são usados ​​para obter todas as tensões de alimentação. Conversores boost e multiplicadores de tensão são utilizados quando é necessário obter tensões superiores à tensão de alimentação em dispositivos vestíveis alimentados por baterias ou baterias recarregáveis. Conversores de baixa potência (até 100-200 mW) podem ser montados usando elementos discretos sem o uso de transformadores; conversores de alta potência requerem um transformador. Para obter o dobro ou o triplo da tensão, pode-se usar o chamado. multiplicadores de tensão (ver Capítulo 2).

17. Dobrador de tensão sem transformador para pequenos dispositivos

Na Fig. 3.6-1 mostra um diagrama de um conversor de tensão 9 V -> 18 V para dispositivos que consomem não mais que 100 mA com uma tensão de alimentação de 18 V. O conversor está incluído num prático circuito de sirene para sistemas de segurança e alarme.

O gerador de controle é feito de acordo com um projeto padrão. Na saída D 1.2, são gerados pulsos retangulares com frequência de 1 Hz. Os pulsos são fornecidos ao gerador controlado Dl.3, D1.4 e ao circuito R3, R2, C2, o que afeta a profundidade da modulação. R4, R5, C3, C4 são selecionados de acordo com a frequência de ressonância do emissor piezocerâmico B 1 na faixa de 1,5-3 kHz. Para aumentar a amplitude no piezocristal, um multiplicador é introduzido no circuito. O sinal da saída DD1.4 vai para o par complementar VT5, VT6 e depois para o multiplicador VD3, VD4, C5, Sat. A tensão em C6 com uma corrente de carga de 50 mA e uma fonte de alimentação principal de 9 V é de cerca de 16 V. A potência do multiplicador pode ser ligeiramente aumentada usando capacitores de classificação mais alta. O circuito pode ser alimentado com tensão de 6-15 V (15 V é o máximo para o IC da série 561), no caso de alimentação de 15 V, a tensão na saída do multiplicador será ns menor que 25 V em um carga de 80 mA.

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Neste projeto, a amplitude no cristal do elemento piezoelétrico será quádrupla, visto que ele é ligado em antifase em relação aos braços dos transistores VT1, VT3. Uma placa cerâmica especialmente desenvolvida com revestimento dupla-face, a chamada trimorfo com diâmetro de cristal de 32 mm, é usada como emissor.

18. Conversor poderoso para alimentar eletrodomésticos

Na Fig. A Figura 3.6-2 mostra um diagrama esquemático de um poderoso conversor para alimentar eletrodomésticos (TV, furadeira, bomba elétrica, etc.) a partir de uma bateria de carro. O conversor fornece uma tensão de saída de 220 V, 50 Hz para uma carga de até 100 W. Na carga máxima, a corrente consumida da bateria não excede 10 A.

O número de peças no dispositivo é mínimo. O chip DD1.1 contém um oscilador mestre com frequência de 100 Hz. O ajuste fino da frequência (importante para o funcionamento normal do equipamento) é realizado pelos resistores R1 e R2. A divisão de frequência por 2 e o controle do transistor são fornecidos pela segunda metade do microcircuito - D1.2. Os transistores VT1, VT2 estão incluídos para garantir a operação normal das saídas DD1.2 na corrente de carga máxima. Os transistores de saída VT3, VT4 são instalados em radiadores com área de pelo menos 350 cm^2.

Para suavizar frentes retangulares, foi projetado o capacitor C3, que, junto com o enrolamento de saída e a carga, forma um sistema ressonante. A sua capacidade depende muito da natureza da carga. O transformador TP1 é feito em um núcleo magnético da marca ShLM ou PLM com potência total de 100 W. Os enrolamentos I e II contêm cada um 17 voltas de fio PEV-2 de 2,0 mm, o enrolamento III contém 750 voltas de fio PEV-2 de 0,7 mm.

Este circuito é muito fácil de converter em um conversor de tensão de alta frequência (frequência de conversão ~25 kHz). Para isso, basta aumentar a frequência do oscilador mestre em D1.1 para -50 kHz, alterando as capacitâncias C1 e C2 em 180 pF, e substituir TP1 por um transformador de alta frequência. A potência do conversor depende da carga dos transistores de saída; a corrente máxima que eles podem fornecer não deve exceder 8A no braço. Para aumentar a corrente, o número de voltas do transformador nos enrolamentos 1 e 8 é reduzido para 10-25. Na saída do conversor são instalados uma ponte de diodos e um filtro passa-alta, os componentes neles utilizados devem garantir o funcionamento normal na frequência de XNUMX kHz.

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19. Proteção contra sobretensão

Em redes industriais e domésticas, muitas vezes podem ser registrados picos de tensão inesperados, e a tensão na rede pode exceder a tensão nominal em 20-40%. Esses lançamentos podem ser divididos em duas classes:

1. Curto prazo - um aumento na amplitude durante vários períodos.

2. Longo prazo - aumento da tensão durante vários segundos ou minutos.

O primeiro pode ser atribuído mais provavelmente ao ruído de impulso, que está associado à comutação de algumas cargas potentes na linha (máquinas de solda, motores, elementos de aquecimento). Sem dúvida, têm impacto nos eletrodomésticos e, principalmente, nos elementos sensíveis das fontes de alimentação de televisores e centrais de áudio. que muitas vezes estão de plantão XNUMX horas por dia.

20. Dispositivo de proteção contra ruído de impulso de rede

O dispositivo de proteção contra ruído de impulso é mostrado na Fig. 3.7-1. O circuito consiste nos seguintes nós:

• fonte de alimentação - VD1-VD4, R6, R7, VD5, VD7, Cl, C2;
• sensor-comparador - Rl, R2, R3, R4, R5, HL1, VD8, DA1, R8, R9;
• redefinir driver com atraso de desligamento - VD9, R10, DD1.1, DD1.2, VD10, R11, C3;
• gerador de pulsos de alta frequência 25 kHz para controlar um triac-DD 1.3, DD1.4, R 12, R 13, C4, C5, R14, TP1, VS1.
• campainha (opcional) - R14, R15, C6, C7, HA1, DD2.

A fonte de alimentação produz duas tensões: +24 V - para alimentar o transformador de pulso, +5 V - para alimentar o IC do dispositivo.

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A unidade de controle de tensão é montada em Rl, R2, R3. Do divisor, a tensão é fornecida à entrada do comparador. O nível de disparo de sobretensão é definido pelo resistor R2 (a posição do controle deslizante é selecionada de forma que o comparador esteja prestes a disparar na entrada de 245 V). Quando a entrada do comparador excede o valor de amplitude especificado, ele muda e pulsos retangulares com frequência de 25 Hz aparecem na saída.

No estado inicial, a saída D1.2 é mantida em nível lógico alto, permitindo a operação do gerador de controle triac (para mantê-lo no estado aberto). O transistor VT1 controla o transformador de pulso. formando pulsos de tensão poderosos abertos. A frequência do gerador é escolhida como 25 kHz para o desbloqueio mais rápido da chave liga / desliga nos momentos de transição para “zero” (se a frequência de controle for insuficiente, pode acontecer que quando surjam surtos de alta tensão durante a ligação e a forma do sinal senoidal for distorcido, o sistema não terá tempo de reagir e o sinal distorcido será enviado para a carga).

O circuito diferenciador dos elementos D1.1 e D1.2 proíbe o funcionamento do gerador quando chega um nível baixo da saída do comparador (quando a tensão limite na rede aumenta) e, com um atraso de 9 s, permite o gerador será iniciado quando a tensão cair para um valor limite de 240 V.

O transformador de pulso TP1 é enrolado em fio matnito de tamanho padrão K20x10x7,5 de ferrite grau 2000NN e contém: enrolamento I - 100 voltas, enrolamento II - 40 voltas de fio PELSHO-0,22. Os enrolamentos são isolados do anel com uma camada de tecido envernizado e colocados em lados opostos do anel.

Quando a potência de carga for superior a 300 W, o triac deve ser instalado no radiador.

Publicação: cxem.net

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