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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Conversor de tensão para alimentar LDS com potência de 20-80 W. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Conversores de tensão, retificadores, inversores A maioria dos circuitos conversores de tensão (VC) são projetados para alimentar LDS com potência não superior a 30 W. Sabe-se que a capacidade da bateria não permite o funcionamento a longo prazo de poderosos consumidores de energia. É por isso que nos esforçamos para usar LDS de baixo consumo de energia. E isso não é lucrativo em termos de eficiência! Como comprovaram estudos experimentais, os LDS de pequeno porte não são emissores de luz altamente eficientes, se considerarmos a relação quantidade de luz / quantidade de energia consumida. Em condições estacionárias, é mais lucrativo instalar um LDS de grande porte do que um de pequeno porte. Desta forma, o aumento da emissão de luz é conseguido com a mesma energia consumida da bateria por estes LDS. Estamos, claro, falando de PN com brilho ajustável do LDS. Não me refiro a nenhum tipo ou fabricante específico de esquema LDS e PN. Aqui está apenas um exemplo. A PN, operada com LDS de 40 W no modo “luz noturna”, consumia uma corrente de 12 A de uma bateria de 0,10,3 V. Ao mesmo tempo, a sala estava tão iluminada que uma lanterna portátil consumia a mesma energia ( 12 V; 0,1 -0,3 A), estava no papel de “vaga-lume”. Assim, se estamos falando em economizar energia da bateria ao alimentar o LDS a partir da PN, devemos tomar os devidos cuidados tanto com o design da PN quanto com o tipo de LDS. Os LDS produzidos no exterior são melhores que os nacionais. Vamos supor que escolhemos uma lâmpada Philips LDS com potência de 40 W. Não são muito mais caros que os nacionais, mas são significativamente superiores a estes em termos de características. Primeiro, o brilho da Philips é maior que o do nosso LDS. A segunda coisa que é muito, muito importante ao alimentar o LDS a partir da fonte de tensão e da bateria é que a tensão para acender o gás dentro do cilindro é quase a metade disso. Temos aproximadamente 600-700 V (para Philips) versus 1000-1200 V e ainda mais para LDU-40. Aparentemente, não vale a pena mencionar confiabilidade e durabilidade ao comparar essas lâmpadas. O projeto do circuito de quase todas as PNs publicadas “se cruza em algum lugar”. Detenhamo-nos nos pontos principais (“armadilhas”) do PN para SUD. De forma alguma os requisitos para circuitos de pulso de potência podem ser ignorados. Por exemplo, você não pode instalar transformadores “aleatórios” ou transistores de baixa frequência se estivermos falando de frequências acima de 20 kHz. A instalação também é uma coisa complicada. Isto é especialmente verdadeiro para chips CMOS das séries 176, 561, etc. Acabei de ter a oportunidade de observar o trabalho dos iniciantes, quando tudo o que acabamos de listar acontecia no PN para SUD em vários exemplares! O surpreendente foi que o SUD ainda funcionava! Mas “aumentar” um LDS com potência de 40 W, muito menos 80 W, é quase impossível. O PN, cujo diagrama é mostrado na Fig. 1, leva em consideração muitos dos requisitos necessários para tal equipamento. O próprio gerador de pulso retangular é montado em um chip CMOS DD1 tipo K561LE5. O brilho é ajustado alterando o ciclo de trabalho dos pulsos com o resistor R2. A frequência do gerador (elementos DD1.1 e DD1.2) depende da capacitância do capacitor C1 e, claro, da capacitância da instalação e do tipo de microcircuito. Da saída do quarto elemento (pino 10) DD1, o sinal de controle através do resistor R5 é fornecido à porta do transistor de efeito de campo MOS VT2 (KP901A). Da fonte deste último, o sinal vai para a porta de um poderoso transistor de efeito de campo VT3 do tipo IR.Z34. Mas o diagrama da Fig. 1 não mostra nenhum detalhe. Este é o resistor R8 com resistência de 33051 Ohms, que está conectado ao gap da porta do transistor VT3.
Muitas pessoas se beneficiam de dispositivos de campo potentes, exceto pelas grandes capacitâncias internas entre os eletrodos. Neste caso estamos falando de capacitância porta-fonte, que ultrapassa 1000 pF. Para melhorar a eficiência do PN, ou seja, reduzir a potência dissipada inutilmente no transistor VT3, é necessário ligar e desligar rapidamente este transistor. Isso não pode ser feito sem carregar e descarregar rapidamente a capacitância de entrada do VT3. Muito se tem falado sobre isso na literatura profissional e muito pouco na literatura de rádio amador. Uma pessoa acredita que a instalação de um poderoso transistor de efeito de campo com baixa resistência dreno-fonte (estado ligado) já resolve o problema de comutação de perdas de energia. Mas isso não é verdade! Este projeto fornece medidas especiais para descarga acelerada da capacitância de entrada do transistor VT3. Para isso, elementos adicionais são instalados no circuito PN: transistor VT1, resistor R6 e capacitor de reforço C6. A essência deste sistema é bastante simples. Como sempre existem pulsos antifásicos nas saídas dos elementos DD1.3 e DD1.4, não é difícil entender o algoritmo de operação do circuito. O transistor VT1 descarrega à força a capacitância de entrada VT3 quando um log está presente na saída do elemento DD1.3. "1". Ao configurar o log. “0” na saída DD1.3, o transistor VT1 fecha rapidamente, para isso é instalado o “pós-combustão” na forma do capacitor C6. Podemos dizer que seria mais fácil reduzir a resistência do resistor R7, por exemplo, em 10 a 30 vezes. Mais simples, mas não é econômico nem eficaz, pois esse resistor irá dissipar (quase inutilmente) parte da energia da bateria. Sobre eficiência. O fato é que graças aos elementos do circuito VT1, R6 e C6, um circuito de autorregulação único é formado para quase o modo de operação mais lucrativo do PN. E isso, por sua vez, afeta a estabilidade da operação PN quando o brilho do LDS muda em uma faixa muito ampla. Sem esses elementos, o circuito funciona muito pior. O carregamento da capacitância de entrada VT3 é fornecido por um poderoso transistor de efeito de campo tipo KP901A, que possui uma capacitância de entrada S3I relativamente pequena (cerca de 100 pF de acordo com as especificações). O resistor R5 é antiparasitário, evita que o VT3 opere nas bandas HF e VHF, o que é bastante realista para transistores “rápidos” como o KP901A (fgr ~ 400 MHz). O microcircuito é alimentado através de um filtro RC, pois as pulsações de RF na fonte de alimentação podem atrapalhar o funcionamento normal do gerador. Sobre os detalhes. Em vez do K561LE5 você pode instalar o K561LA7, em vez do transistor KT645A - KT3142A. É possível que outros transistores possam ser usados como VT1; experimentos mostrarão qual é melhor e qual é pior. Se a potência da lâmpada não for superior a 30 W, em vez do KP901A você poderá usar o KP902A. O transistor terminal tipo IR.Z34 pode ser substituído por qualquer similar. Você pode até instalar domésticos como o KP922A, mas suas caixas esquentarão mais. Portanto, várias cópias são instaladas em paralelo. O problema está na seleção de corpos de prova com valores próximos de tensões limite Uthr. Dos que tenho, já tive 12 peças. KP922A Acima. tinha de 3,5 a 6,5 V! Portanto, a escolha é clara, e o preço do nosso KP922A é ainda maior que o de transistores como o IR.640 (e isso apesar dos parâmetros deste último serem duas vezes melhores que os nossos). IR.640 também não é muito adequado aqui, e apenas por causa do aumento da resistência da fonte de drenagem quando ligado. O leitor terá interesse em saber que inicialmente foi instalado o transistor VT3... tipo bipolar KT8101A! É verdade que, neste caso, um GT1E de germânio foi instalado como transistor VT311. Caso contrário, a alta tensão de saturação Uke.us não será capaz de descarregar a capacitância de entrada do transistor KT8101A. É provável que o KT827A também seja usado. Mas o problema de dissipação de portadoras não principais na base requer uma tensão negativa quando o transistor bipolar é desligado. Isso pode ser feito, mas o circuito PN está completamente modificado. O resistor R2-SP-1 (A-1 VT-II) é instalado (soldado) diretamente na placa de circuito impresso PN (Fig. 2). Só assim será possível resolver o problema da diminuição acentuada da capacidade de instalação.
Preste atenção na capacitância do capacitor C1, é de aproximadamente 15 pF. Sobre o transformador de pulso T1. Depende muito deste transformador. Anéis de ferrite não podem ser usados aqui. Portanto, para “não perder tempo com ninharias”, foi utilizado um núcleo de ferrite da TPI (a marca TPI não foi estabelecida, pois o núcleo foi adquirido separadamente, ou seja, sem bobinas e enrolamentos). Ferrite Ш16Х Х20 М2000 НМ1-14. O seguinte projeto do transformador de pulso T1 é suficiente (do ponto de vista da eficiência máxima deste projeto). Primeiro, enrolamos 300 voltas de fio PEV-2 D0,6. Enrolamos 12 voltas de fio PEV-2 D2,4 mm no topo. Entre os enrolamentos existe uma camada de fita isolante. Sobre fazer a moldura. Aparafusamos 17-21 camadas de papelão elétrico em um mandril de madeira com seção transversal de 1x2 mm (se não estiver disponível, qualquer papelão com resistência suficiente servirá). Deixamos uma reserva para as bochechas da moldura. Fazemos cortes e “encaixes” na haste de ferrite. A nova estrutura deve caber completamente livremente nas metades do núcleo de ferrite. Caso contrário, você pode esperar uma “surpresa” depois de enrolar os enrolamentos - ele não funcionará. Eu não recomendo o uso de ferrites usadas de forma alguma. E há pelo menos duas razões sérias para isso. A ferrita pode estar “encolhida”, ou seja, pode não ter o que está implícito nas especificações. Em segundo lugar, não aqueça demais os produtos de ferrite! Seus parâmetros desaparecem literalmente quando aquecidos a mais de 100-200°C (dependendo da marca da ferrita). Os rádios amadores permanecem teimosamente silenciosos sobre isso. Somente na literatura relevante é dito que os parâmetros das ferritas são mantidos até certas temperaturas. Mas é exatamente assim que os amadores (aquecedores!) separam as metades das “xícaras” e outros produtos de ferrite. Pessoalmente, tive a oportunidade de “tropeçar” nessas “coisas” de ferrite. A distância entre as duas metades do circuito magnético não deve ser grande. Seu valor ideal é de cerca de 0,1 mm. Agora sobre a instalação da estrutura como um todo. A placa PN está localizada próxima ao transistor VT3, este último em um dissipador de calor com superfície de resfriamento de 300 cm2. Um resistor de 33 ohms (R8) é soldado diretamente ao terminal de porta deste transistor. Isto é muito importante: tanto a presença deste resistor quanto sua localização. Ainda mais importante é o comprimento dos fios de conexão PN. O comprimento mais curto deve ser o fio que conecta o dreno do transistor VT3 e do transformador T1 (a derivação “quente” deste último). Requisitos semelhantes são válidos para a ligação do terminal “frio” I do enrolamento do transformador T1 ao capacitor C5 e à placa PN. A energia da bateria é fornecida primeiro aos terminais do capacitor C5 e só depois vai para a placa PN. Posteriormente, um capacitor não eletrolítico de 4,7 μF x 63 V (K73-17) foi localizado diretamente nos terminais do capacitor. Estruturalmente, o PN é colocado no alojamento de um estabilizador de rede de ferrorressonância desgastado do tipo SN-315. A fonte de alimentação principal (PSU) também está localizada aqui. Concorde que uma fonte de alimentação de rede é muito conveniente e necessária quando a bateria está fraca ou não há bateria alguma. Não é nenhum segredo que criar uma fonte de tensão a partir da rede, e mesmo com ajuste de brilho, é muito mais difícil do que esta fonte de tensão de baixa tensão. E nosso sistema agora pode operar tanto com bateria quanto com fonte de alimentação de rede. Sobre a fonte de alimentação da rede. Não se empolgue em aumentar a tensão de alimentação. Os estabilizadores contínuos reduzem a eficiência de todo o sistema como um todo. Os principais estabilizadores são uma questão completamente diferente. Mas, pessoalmente, não gosto de “sinos e assobios”. Fiquei satisfeito com a ponte de diodos KD213A colocada em fibra de vidro (os diodos precisam ser resfriados mesmo com uma lâmpada LDS de 40 W!). A tensão alternada do enrolamento II é de ~ 14 V. O capacitor do filtro retificador é K50-32A com capacidade de 22,000 μF x 40 V. Para uma lâmpada LDS de 80 W, .U1 é usado em 10 A. Um amperímetro em 1 A é conectado em série com .U10.E isso não é um luxo, mas um controle muito operacional sobre o trabalho do PN. Sobre o transformador de rede. Foi utilizado um núcleo magnético toroidal do mesmo CH-315 inutilizável. O enrolamento primário contém 946 voltas de fio PELSHO 0,64; secundário - 60 voltas de fio PEV-2 D1,8 mm. Dimensões do núcleo magnético toroidal: externo D92,5 mm, interno D55 mm, altura 32 mm. A corrente sem carga é de cerca de 10 mA (~220 V). A marca tornou-se desconhecida. Mas, a julgar pelos resultados, o aço é de alta qualidade. Configurando. Montado corretamente, sem erros, o circuito funciona imediatamente. Mas a primeira comutação é realizada a partir de uma fonte de alimentação de rede com limitação obrigatória do consumo de corrente. É melhor usar um limitador eletrônico de corrente. Em vez do capacitor C1, um trimmer é instalado temporariamente - um capacitor de sintonia (8...30 pF). O resistor R1 seleciona a faixa de alterações de brilho dentro dos limites desejados. O resistor R2 é colocado na posição correspondente ao brilho máximo do LDS. Ao selecionar a capacitância do capacitor, o brilho mais alto é alcançado. O capacitor C6 é selecionado a partir da condição de maior estabilidade da operação PN quando o brilho muda do máximo para o mínimo. Ao mesmo tempo, é necessário monitorar o aquecimento do dissipador de calor do transistor VT3. Quanto mais quente fica, mais energia da bateria é desperdiçada. Aqui você pode ter que mexer na seleção dos recipientes C1, C6. Se você decidir instalar um transistor bipolar VT3, então a frequência terá que ser reduzida e a área do radiador aumentada, pois o aquecimento aumentará significativamente. A qualidade dos MOSFETs utilizados desempenha um papel importante. Não deve haver nenhum vazamento ao longo da válvula. O transistor VT1 também não deve ser de baixa frequência. A propósito, em vez de ferritas Sh, ferritas de transformadores de linha também são adequadas. Mas aviso desde já sobre o que foi dito acima. O circuito funciona com quase todos os LDS (sem reatores). É necessário apenas garantir uma limitação de potência, caso contrário, afinal, o LDS também falha sob grandes sobrecargas (geralmente durante a inicialização). Para ligar a lâmpada em baixa potência, é fornecido um botão de pressão, cujos contatos fecham as derivações correspondentes do resistor R2 (não mostrado no diagrama) durante o período de inicialização. Autor: A. G. Zyzyuk
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