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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Fonte de alimentação estabilizada por tiristor com capacidade de ajuste e proteção contra sobrecorrente. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação Chamo a atenção dos leitores para um estabilizador de tensão ajustável por tiristor com proteção contra sobrecarga. Este projeto será muito eficaz ao alimentar cargas que não são críticas para fornecer ondulações de tensão, por exemplo, para motores CC e quaisquer outros dispositivos que consumam energia significativa e exijam uma tensão de alimentação estável (valor médio) que possa ser ajustada. Suas características técnicas máximas são determinadas pelas características de dois fragmentos do circuito - um tiristor e uma ponte retificadora. O sistema de controle é universal; é projetado e criado de forma a excluir elementos caros e/ou escassos do projeto. O diagrama funcional é mostrado na Fig.1.
Gostaria de avisá-lo imediatamente que as tentativas de alimentar todo o sistema a partir de uma fonte não tiveram sucesso. A interferência de vários circuitos entre si através da fonte de alimentação é muito grande, o que prejudica bastante a estabilidade da tensão de saída. E a criação de uma fonte de energia com baixa impedância de saída neste projeto é injustificada do ponto de vista de custos e número de elementos. O diagrama do circuito é mostrado na Fig. 2, onde R1, R2, R4 são resistores de extinção dos circuitos de potência, e a resistência de R4 pode ser aproximadamente cinco vezes maior que a resistência de R1, R2 devido à corrente retirada do capacitor C3 , que tem a forma de um pulso curto. No resto do tempo, o C3 está carregando.
As resistências do resistor podem ser calculadas usando a lei de Ohm para qualquer tensão de alimentação da unidade. Em geral R \uXNUMXd (U - Ust) / I, onde R é a resistência necessária; U é o valor efetivo da tensão aplicada; Tensão de estabilização Ust do diodo zener; I é a corrente necessária para o circuito alimentado e que flui através deste resistor. Para U grande e Ust pequeno, o valor de Ust pode ser desprezado. Ao fazer cálculos, não se esqueça da potência dissipada pelo resistor, P = UI, onde P é potência, W; U é o valor efetivo da tensão aplicada, V; I é a corrente que flui através do resistor, A. Deixe-me lembrá-lo de que, para uma operação confiável do resistor, a potência máxima dissipada nele deve ser aproximadamente vinte por cento abaixo do valor nominal. Um único vibrador é montado em C2 e A1, gerando um pulso com duração de pelo menos 100 ms, que, através do transistor buffer VT2, acende o LED do optotiristor, abrindo-o. O esquema do nó A1 pode ser realizado de acordo com a Fig. 3 ou 4.
Deve-se notar que o circuito da Fig. 3 opera de forma mais estável do que um transistor unijunção. A duração do pulso deve ser aproximadamente 10 vezes maior que a duração nominal mínima do pulso que abre o tiristor. O diodo VD3 garante a sincronização do monovibrador com meias ondas da tensão de alimentação, descarregando C2 no momento da tensão de alimentação zero. Nó R3, VT1 é uma fonte controlada de corrente de carga C2, que permite regular suavemente o tempo de carga. O resistor R6 determina a largura de pulso do monoestável. Deve-se observar que sua resistência deve ser menor que as resistências R9, R10 do divisor de referência. Ao usar a versão do bloco A1 de acordo com a Fig. 3, a resistência R9, R10 pode ser de 10 kOhm sem deterioração perceptível no desempenho. Ao utilizar a versão do bloco A1 conforme Fig. 4, instale os terminais do transistor unijunção nos furos correspondentes da placa de circuito impresso sem correção da fiação, pois a placa é universal. Nó R4, VD4, C3 - circuito de alimentação do LED optotiristor. O excesso de tensão é “despejado” através do diodo VD5. O LED do optotiristor teve que ser equipado com uma fonte de alimentação separada devido à grande corrente nominal de alimentação que fornece vodka aos demais circuitos. A inadequação de uma fonte de alimentação interna com baixa impedância de saída foi discutida acima. O resistor R8 determina a corrente do LED do optotiristor. Não vou arriscar oferecer uma metodologia clara para o cálculo deste resistor porque me deparei com optotiristores com uma grande variedade de parâmetros de LED. Basta selecionar este elemento. O valor máximo do passaporte do LED de corrente contínua do optotiristor TO125 é 80 mA. O nó VD7, C4 fornece ao integrador de sinal de feedback alimentação estável. O resistor R11 endireita a característica de regulação da tensão de saída. Sem ele, o ajuste da tensão de saída na faixa de baixa tensão será mais suave, mas mais nítido na faixa de alta frequência. O nó VT3, R12 é outra chave controlada. Sua função é travar o VT1 na presença de sobrecarga. O grau de influência dos sinais de feedback no integrador é determinado pela resistência do resistor R12. O nó C5, R14 é na verdade um integrador. A tensão na carga é integrada, cujo valor é determinado pelo resistor R15. Deve-se observar que ao alimentar a unidade com altas tensões, como tensão de rede 220 V, é necessário utilizar o fio R15 ou aumentar sua resistência em cerca de 10 vezes. Isso é fácil de verificar calculando a potência alocada a este resistor usando a fórmula fornecida acima para calcular a potência dos resistores de extinção em circuitos de potência. O resistor R13 melhora os parâmetros do integrador para corrente de fuga C5. Você pode experimentar esse resistor ou eliminá-lo completamente, mas isso não melhorará os parâmetros do circuito. Recomenda-se a instalação de um diodo zener VD8 quando a unidade operar na faixa de alta tensão, mas este é um elemento de segurança não obrigatório. Portanto, não há espaço para instalação na placa. Nó VT4, VT5 - amplificador de sinal do sensor de corrente. Os transistores abrem se a tensão na base do VT5 for aproximadamente 1,2 V maior que no emissor do VT4. Ao experimentar, não recomendo confundir as cargas do coletor. Quando ligado, conforme mostrado no diagrama, a corrente do emissor base do VT5 é quase constante, enquanto a do VT4 apresenta ondulações significativas. Agora imagine o que acontecerá se você trocar as cargas do coletor desses transistores. Nó R19, C7 - integrador de sinal do sensor de corrente. Se, ao usar o bloco A2 e pequenas correntes de carga, você ainda pode prescindir dele, então na ausência de A2, todo o condicionador de sinal do sensor de corrente passa a operar em modo pulsado. Portanto, a operação de todo o sistema é interrompida. O resistor R20 é um sensor de corrente (resistor de fio). Selecione-o a seu critério, mas tenha em mente que se o sistema de proteção contra sobrecorrente operar com uma corrente média superior às correntes médias permitidas da ponte de diodos ou tiristor, então não faz sentido. A tensão de resposta da proteção é de 1,2 V e, com base nisso, calcule a resistência R20 de acordo com a lei de Ohm: R = 1/Imax, onde R é a resistência do resistor, Ohm, Imax é o valor necessário da corrente média no carregar. O transistor VT6 controla o LED VD9, indicando modo de sobrecorrente. O capacitor C6 elimina a cintilação do VD9 e suaviza o modo de operação do amplificador de sinal do sensor de corrente. Nó R1, VD1, C1, VD6 - circuito de alimentação do LED VD9. Caso não pretenda indicar uma condição de sobrecarga, você pode excluir os elementos R1, VD1, C1, C6, R16, VT6, R18, VD9, VT4. Neste caso, conecte o emissor VT5 diretamente ao fio comum. Neste caso, a tensão de resposta da proteção retirada de R20 será de aproximadamente 0,6 V, o que deve ser levado em consideração no cálculo da resistência do resistor R20. O diagrama do bloco A2 é mostrado na Fig. Ele fornece o nível do componente DC na carga. O acelerador L5 é usado como lastro. Quando o tiristor abre, os diodos da ponte retificadora operam em modo de corrente de curto-circuito, recarregando os capacitores do filtro. Neste momento, L1 cria reatância no circuito, o que salva os diodos da ponte e o tiristor de picos de corrente que excedem o limite permitido, além de livrá-los de superaquecimento e aumentar a durabilidade do sistema.
O diodo elimina surtos de tensão de autoindução, evitando assim falhas no sistema de controle. O Choke L2 atua como um resistor de lastro para o componente variável. Características de design Você pode substituir o R18 por um diodo zener KS133 ou outro LED. Faz sentido fazer isso para uma operação mais estável do optotiristor e se houver necessidade de um segundo LED, por exemplo, para indicação adicional. O VD6 também pode ser substituído por uma cadeia de dois ou três LEDs conectados em série. Você também pode substituir o diodo zener KS133 conectado em série por um LED. Eles indicarão a presença de energia nos circuitos da unidade. Em vez de VD5, você pode instalar um diodo zener com uma tensão de estabilização de 4...4,7 V entre o cátodo VD6,2 e o fio comum. Você pode variar esses circuitos como quiser, mas não viole as condições sob as quais todos os circuitos de o bloco é alimentado com uma tensão entre 4,7..6,2 V. Em vez do sensor de corrente R20, você pode instalar um resistor variável ou de corte, de preferência um resistor de fio. Isso lhe dará a oportunidade de ajustar suavemente o nível de proteção atual. Sobre as características da placa O layout da placa de circuito impresso do lado dos trilhos é mostrado na Fig.6.
Está desenhado de forma que, caso não haja necessidade do bloco A2, pode simplesmente ser encurtado. A linha ao longo da qual encurtar é indicada por uma linha tracejada. É possível instalar elementos do circuito de alimentação para um LED adicional, por exemplo, para indicar a tensão da rede ou qualquer outra tensão alternada elevada. O diagrama esquemático deste circuito é mostrado na Fig.
Os furos de grande diâmetro são indicados por um ponto rodeado por um círculo. Todos os furos cujo diâmetro não está indicado na figura têm diâmetro de 2 mm. Eu recomendo fortemente pistãoar esses furos. Isso evitará muitos pequenos problemas durante a instalação e operação da unidade. A placa é conectada a circuitos externos usando o conector RP10-15. Este conector é bastante comum, permite correntes de até 10 A por contato e, compensando o pequeno incômodo de conectar seus contatos ao circuito, permite retirar facilmente qualquer elemento necessário da placa. Por exemplo, instale o VS1 no radiador e retire o R20 da placa, tornando-o variável. O conector é fixado à placa por meio de dois cantos, para os quais são feitos dois furos na placa. É mais seguro e conveniente instalar a parte do soquete do conector na placa. Os detritos entram nele com mais frequência e é, obviamente, mais conveniente limpá-lo em uma placa removida do que em um chassi de acesso menos conveniente. A placa fornece locais de montagem para ajustar resistores do tipo SP3-38b (reclinados). Se você planeja operar a unidade ao ar livre ou em uma atmosfera agressiva saturada com vapores de ácidos, álcalis, alta umidade ou poeira, instale resistores hermeticamente selados. De acordo com a localização de seus pinos, ajuste a posição dos furos e dos suportes de montagem dos mesmos. Cubra o próprio bloco com verniz como UR, Sherlac ou, em casos extremos, colofónia diluída em álcool. Não tenha preguiça de fixar os capacitores de filtro do bloco A2 na placa com uma braçadeira de arame. Para este propósito, os furos correspondentes são deixados especialmente. Para melhorar a dissipação de calor dos elementos R1, R2, R4, R20 durante a instalação, deixe-os elevados cerca de 5 mm acima da placa. Os núcleos das bobinas do filtro A2 são fixados à placa com parafusos M4x25 através dos orifícios correspondentes. Para evitar que o núcleo rache, coloque uma arruela macia, possivelmente textolite, entre ele e o parafuso. O retificador de potência utiliza diodos KD213 (ao trabalhar com tensões abaixo de 200 V) ou quaisquer outros suficientemente potentes. Radiadores simples de fabricar e bastante eficientes são mostrados na Fig. 8.
O design consiste em um suporte em forma de U de alumínio macio com espessura de 2...3 mm e uma placa de pressão de duralumínio da mesma espessura com furos roscados. A placa de pressão pode ser feita de outro material, mas isso prejudicará a dissipação de calor. Este projeto de radiador foi projetado para diodos KD213, KD212 ou similares. Ao usar outros diodos, pode ser necessário ajustar a posição e o tamanho dos orifícios de montagem. O optotiristor TO125 é fixado à placa com dois parafusos M3 através dos furos correspondentes. Esses mesmos parafusos fornecem contato elétrico entre o ânodo e o circuito. O LED optotiristor é conectado aos contatos correspondentes na placa através de um fio e resistor R8, como elemento suspenso. Detalhes Todos os resistores dos tipos MLT, MT, BC, S2-XX com potências correspondentes às indicadas no diagrama. Capacitores eletrolíticos tipo K53-1, K53-4. Eles têm design para todos os climas. Você pode, claro, levar o K50-XX, mas eu realmente não recomendo. O custo da carga e da confiabilidade pode ser muito maior. Diodos Zener - para tensão 4,7...6,2 V com quaisquer índices de letras e de preferência todos do mesmo tipo (KS147, KS447, KS156, KS456, KS162). Você pode substituir: KT502 por KT203, KT209, KT3107, KT501 por qualquer letra, KT503 por KT3102 por qualquer letra, KT3102 por KT342, pior se KT503. Todos com qualquer índice de letras. KD522 em KD521 ou qualquer outro com corrente direta constante de até 50 mA e tensão reversa de pelo menos 15 V. As bobinas do bloco A2 são enroladas em núcleos blindados B30...B36. L1 contém 10...30 voltas de fio PEL 0,8...PEL 1,2, L2 contém 50...100 voltas de fio PEL 0,6...PEL 1,0. Nestas bobinas é aconselhável prever uma folga não magnética de 0,1...0,5 mm. Para fazer isso, lixe levemente a extremidade do copo e cubra-o com qualquer cola à prova d'água. Depois disso, cole o copo em uma folha de papel condensador comum, ou melhor ainda. Depois que a cola secar, retire o excesso de papel para que o carretel caiba livremente no copo. Esta operação pode ser feita com ambos os copos. Tudo depende da espessura do papel disponível. Para evitar o zumbido desagradável das bobinas ou copos do indutor em altas correntes de carga, mergulhe o indutor montado e apertado em cera derretida, parafina e estearina por 3...5 s. Deixe o excesso de enchimento escorrer livremente. Fixação Uma unidade corretamente calculada e montada requer a instalação adequada de resistores de ajuste. Primeiro, coloque os controles deslizantes dos resistores R3, R12, R15 na posição intermediária. Se a unidade não funcionar, verifique a tensão de alimentação. Se necessário, selecione a resistência dos resistores de extinção nos circuitos de potência. A corrente do LED do optotiristor pode estar muito baixa. Então pegue R8. Em vez disso, você pode soldar um circuito de resistores constantes de 10 Ohm e variáveis de 100 Ohm conectados em série. Não selecione valores extremos de corrente do LED. É melhor controlar todo esse processo com um osciloscópio. Deixe-me lembrá-lo de que o valor nominal máximo da corrente constante do LED para TO125 está dentro de 80 mA. Por último, gostaria de expressar a esperança de que os fabricantes de IC prestem atenção a este esquema. Então você pode pensar seriamente em um circuito de fonte de alimentação mais complexo, porém mais potente, com um único elemento de amortecimento e dois ou três capacitores externos para todo o circuito. Para nós, desenvolvedores e operadores, trabalhar com um IC barato em tal bloco será muito mais simples. E o mercado para esse estabilizador pode ser muito grande. Autor: V.B.Efimenko
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