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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Três fontes de alimentação com reguladores de comutação. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação Antigamente, fontes de alimentação caseiras com estabilizadores de tensão chaveados eram muito difíceis de fabricar e configurar, pois tinham que ser feitas inteiramente de elementos discretos. Portanto, no ambiente de rádio amador, as fontes de alimentação com estabilizadores lineares eram muito mais populares. As principais desvantagens dos estabilizadores lineares são a baixa eficiência com grande diferença entre as tensões de entrada e saída, a necessidade de utilização de dissipador de calor de tamanho significativo, o que acarreta aumento no peso e nas dimensões da estrutura. Dispositivos com regulador de comutação fornecem maior eficiência, pesam menos e geralmente são menores em tamanho em comparação com projetos que usam reguladores de tensão linear. Ao usar circuitos integrados especializados para comutação de estabilizadores, é possível simplificar significativamente os circuitos de comutação de estabilizadores, ao mesmo tempo que aumenta sua confiabilidade e características de desempenho. Um diagrama esquemático de uma fonte de alimentação de baixa potência com um estabilizador de tensão de comutação é mostrado na Fig. 1. Esta fonte de alimentação fornece uma tensão de saída de 3,3 V a 9 V em uma corrente de carga de até 0,5 A. O regulador de comutação neste projeto é implementado em um circuito integrado popular e barato, como o MC34063AP da Motorola. Este microcircuito permanece operacional em uma tensão de entrada de 3...40 V e permite criar conversores de tensão elevadores, abaixadores e inversores. O chip está incluído como um conversor buck de comutação. usá-lo neste modo será mais racional se a tensão de entrada exceder a tensão estabilizada em pelo menos 1,5 vezes. Com uma diferença menor entre as tensões de entrada e saída, a eficiência do estabilizador diminui, aproximando-se da eficiência dos estabilizadores lineares. A diferença mínima entre a tensão de entrada e saída necessária para a operação normal do conversor Buck é de 3 V.
A tensão de rede de 220 V CA é fornecida ao enrolamento primário do transformador abaixador T1 através do fusível FU1 e do resistor de proteção não inflamável R1. A tensão do enrolamento secundário do transformador é fornecida através de um fusível auto-restaurador FU2 a uma ponte retificadora feita com diodos Schottky VD1...VD4. O capacitor C1 suaviza as ondulações da tensão retificada. O varistor RU1 protege o transformador de rede e os diodos retificadores de ponte contra danos durante picos de tensão da rede e ruído de pulso. O resistor R2 de baixa resistência é necessário para proteger o microcircuito DA1 de sobrecarga, quanto maior sua resistência, menor a corrente acionada a proteção embutida do microcircuito. A frequência do gerador do microcircuito é definida pelo capacitor C4. O diodo Schottky VD5 e o indutor de armazenamento L1 estão envolvidos na conversão da alta tensão de entrada em uma baixa tensão de saída estabilizada, cujo valor depende da resistência do resistor R5 e da resistência total do resistor constante conectado em série R3 e variável R4. Como o comparador do microcircuito se esforça para manter uma tensão de cerca de 5 V no pino 1,25, quanto maior a resistência total dos resistores R3 e R4, menor será a tensão de saída do estabilizador. As bobinas L2 e L3 fazem parte dos filtros LC que suavizam as ondulações da tensão de saída estabilizada. O poderoso diodo zener VD7 protege a carga contra danos se o estabilizador funcionar mal e o fusível de reinicialização automática FU2 desarmará. O diodo VD6 reduz a probabilidade de danos ao microcircuito. O LED HL1 acende quando há estabilizador de tensão na saída. Produzido sem falhas de acordo com o esquema da fig. 1 das peças reparáveis é uma fonte de alimentação que não requer a configuração de uma fonte de alimentação com um estabilizador de tensão CC de comutação feito no popular circuito integrado da série LM2575; estabilizadores de tensão de comutação feitos em microcircuitos desta série são capazes de fornecer corrente para cima para a carga de 1 A. A tensão de entrada dos estabilizadores integrados da série LM2575T pode ser de até 40 V. Este projeto utiliza um microcircuito do tipo LM2575T-5.0, projetado para uma tensão estabilizada de saída fixa de +5 V. Para expandir No âmbito de aplicação de um dispositivo com tal estabilizador, foi utilizada uma solução de circuito que permite obter outras tensões na saída da fonte de alimentação. O nó no transformador abaixador T1 opera da mesma maneira que um nó semelhante no primeiro dispositivo. Os capacitores C1, C2, C3 são o filtro de potência do chip DA1. O acelerador L1 é cumulativo. As ondulações na tensão de saída do estabilizador são suavizadas por um filtro passa-baixa de dois estágios C4C9L2C10C11L3 C12C13. Usando a chave SB1, você pode selecionar a tensão de saída de 5 ou 9 V. Quando os contatos desta chave estão abertos, a tensão é fornecida ao pino 4 do DA1 através do resistor R2, cuja resistência determina a tensão de saída do estabilizador. Quanto maior for a resistência deste resistor, maior será a tensão de saída. Quando os contatos SB1 estão fechados, a tensão na saída do estabilizador será igual à tensão de saída operacional aplicada. Deve-se notar que os estabilizadores de tensão de comutação redutores consomem menos corrente do retificador do que a corrente que fornecem à carga. Além disso, quanto maior a diferença entre a tensão de entrada e saída do estabilizador, menor será essa corrente com corrente de carga constante. Para operação estável do dispositivo, os capacitores C2, C3 devem ser instalados o mais próximo possível dos pinos de alimentação do chip DA1. Também é desejável cumprir esta condição para o capacitor C1. Na Fig. 2. mostra um diagrama de um microcircuito mais potente, neste caso, 5,0...5,2 V.
O resistor R3 e o diodo VD6 reduzem a probabilidade de danos ao microcircuito. Quando a tensão de saída é de 5 V, o LED verde HL1 acende. Com uma tensão de saída de 9 V, o LED “vermelho” HL2 também acenderá, pois a tensão na saída do estabilizador será maior que a tensão total de operação do LED HL2 e do diodo zener VD8. Um poderoso diodo zener VD7 instalado na saída do estabilizador de tensão reduz a probabilidade de danos à carga em caso de mau funcionamento do estabilizador. Inequivocamente fabricado a partir de peças reparáveis de acordo com o diagrama da Fig. 2 a fonte de alimentação começa a funcionar imediatamente após ser conectada à rede. Se necessário, selecionando a resistência do resistor R2, você pode definir com mais precisão a tensão de saída de 9 V ou algo próximo ao que você precisa. Um resistor variável também pode ser instalado no lugar de R2, então será possível regular suavemente a tensão de saída, por exemplo, de 5 a 12 V. A blindagem metálica do resistor variável deve ser conectada a um fio comum. Com tensão de saída do estabilizador de 9 V, corrente de carga de 1 A, tensão de entrada de 16 V, a corrente consumida pelo estabilizador será de cerca de 0,6 A, o que corresponde à sua eficiência de cerca de 93% sem levar em conta perdas na etapa transformador de descida e ponte retificadora. Para efeito de comparação, a eficiência de um estabilizador linear nas mesmas condições não seria superior a 56%. Com uma tensão de entrada de 19 V, uma tensão de saída de 5 V, uma corrente de carga de 1 A, a corrente consumida pelo estabilizador da ponte retificadora será de cerca de 0,31 A, o que corresponde a uma eficiência de cerca de 84%, a amplitude da tensão de ondulação na saída do estabilizador na corrente de carga máxima não excede 20 mV na operação de frequência do conversor de pulso DA1. Na Fig. A Figura 3 mostra um diagrama esquemático de uma fonte de alimentação ainda mais potente, que é um carregador e dispositivo de alimentação com estabilizador de tensão de pulso. Este dispositivo permite conectar dois dispositivos simultaneamente, por exemplo, um Flash player de bolso, uma câmera, um celular para recarregar suas baterias embutidas através de um cabo de interface USB ou diretamente para alimentar esses dispositivos, a fim de economizar recursos da bateria. Além disso, este projeto pode ser usado como uma poderosa fonte de alimentação de laboratório com proteção contra sobrecarga. O dispositivo é montado usando um circuito integrado da SGS-Thomson Microelectronics tipo L4960, que é um estabilizador de tensão de comutação redutor ajustável. Este microcircuito é capaz de fornecer corrente de carga de até 2,5 A, sua tensão de saída é de +5.40 V e sua eficiência é de até 90%. A tensão máxima de alimentação do microcircuito L4960 é +46 V. O microcircuito possui proteção integrada contra sobrecarga e superaquecimento. O nó no transformador abaixador T1 funciona da mesma maneira que um nó semelhante nos dispositivos discutidos anteriormente. As ondulações de tensão retificada são suavizadas por um capacitor de óxido C4 de alta capacidade. A tensão CC é fornecida ao regulador de comutação integrado DA1. Na Fig. A Figura 3 mostra um diagrama esquemático de uma fonte de energia ainda mais poderosa.
A frequência de conversão do DA1 é de cerca de 83 kHz a uma corrente de carga de 1 A. O indutor L1 é o armazenamento. A tensão de saída depende das relações das resistências dos resistores R5, R6 e R3. Com resistência total zero do resistor variável R5 e do resistor R6, a tensão de saída do estabilizador de pulso será de 5,0...5,2 V. As ondulações da tensão de saída são suavizadas por um filtro LC P de dois links C12C13 L2C15C16L3C17C18. A ondulação da tensão de saída não excede 20 mV na frequência de operação do conversor com uma corrente de carga de 1 A. O resistor R7 e o diodo VD1 protegem DA1 de possíveis danos. Esta fonte de alimentação pode operar em dois modos, selecionados pelo botão SB1. Na posição mostrada no diagrama de circuito, o dispositivo opera como um carregador USB com tensão de saída de +5 V, que não depende da posição da variável controle deslizante do resistor R5. Se SB1 for movido para a segunda posição, o dispositivo funcionará como uma fonte de alimentação com tensão de saída ajustável. O modo de operação é indicado pelo LED HL3. Quando o projeto está operando no modo “Carregador”, este LED acende em verde ou amarelo quando o dispositivo opera como fonte de alimentação de laboratório. Os nós nos transistores VT1, VT2 são projetados para indicar a presença de corrente de carga. Com a resistência dos resistores R9, R12 indicada no diagrama de circuito, os LEDs HL1, HL2 acendem quando uma corrente flui através da carga correspondente de mais de 150 mA. Se você precisar que os LEDs brilhem com uma corrente de carga mais baixa, os transistores de silício 2SA105 podem ser substituídos por transistores de germânio, por exemplo, MP39B. MP25A, MP26, que é preferível, ou defina os resistores R9, R12 para uma resistência mais alta. Os fusíveis auto-restauradores FU3, FU4 disparam em caso de curto-circuito ou sobrecarga. Um poderoso diodo zener VD7 e um capacitor C14 protegem os dispositivos conectados aos soquetes USB contra picos de tensão de saída que podem ocorrer ao alternar o SB1. Observe que a alimentação é fornecida ao soquete XS1 através de um fusível de auto-reinicialização de corrente mais alta FU3. Além disso, a presença do botão SB2 permite conectar dispositivos com um consumo de corrente relativamente alto a esta tomada. Para isso, os contatos SB2 devem estar fechados, o que evitará uma queda na tensão de saída no resistor R9. O poderoso diodo zener VD8 reduz a probabilidade de danos à carga se o estabilizador de tensão funcionar mal. Se, por algum motivo, a tensão na saída do estabilizador for superior a 15 V, a proteção integrada do microcircuito ou o fusível auto-restaurador FU2 irão desarmar. Se a fonte de alimentação não for desligada o mais rápido possível, o diodo zener VD8 será quebrado. Para eliminar a quebra do diodo zener de proteção neste e em projetos anteriores, a proteção contra sobretensão pode ser complementada com uma unidade de tiristor padrão que consiste em um tiristor de média potência, um diodo zener e um resistor. Em vez de um transformador abaixador. O TP112-8 é adequado para qualquer pessoa com uma potência total de 7 W e uma tensão no enrolamento secundário de 14...18 V. Em vez de um tipo de transformador. TP114-7 é adequado para qualquer um com potência total de pelo menos 13 W e tensão no enrolamento secundário de 15.20 V. Tipo de transformador. TP-30-2 pode ser substituído por. TTP40 ou outros similares com potência total de pelo menos 30 W. Quanto maior a tensão na saída da ponte retificadora, menos corrente o estabilizador consome com corrente de carga constante. O varistor TNR10G471K pode ser substituído por qualquer 430 V, 470 V, por exemplo, FNR-07K471, FNR-14K471 MLT, S1-4, S2-23, S1-14. Em todos os circuitos é aconselhável utilizar resistor R1 que não seja inflamável, por exemplo. P1-7 ou fio de pequeno porte com potência de 1 ou 2 W em caixa de cerâmica. Resistor variável - SPZ-4 ou similar com característica linear. Uma alça feita de material isolante deve ser colocada no eixo do resistor variável. Os capacitores de óxido são análogos importados de K50-35, K50-68, K53-19. Capacitores não polares - cerâmicos, análogos importados de K10-17, KM-5, KM-6 ou não lucrativos na versão SMD. Os capacitores cerâmicos instalados em paralelo com os diodos retificadores da ponte e na entrada dos estabilizadores de tensão devem ter uma tensão de operação de pelo menos 30 V. Os demais capacitores cerâmicos podem ser instalados para uma tensão de operação de 16 V. Em vez dos diodos Schottky SR360, você pode usar os diodos MBR350, 1N5825, MBR360, DQ06, MBRD660CT, MBR1060, 50WR06. Esses mesmos diodos podem substituir os diodos Schottky 1N5822 e os diodos Schottky de baixa potência - 1N5819. Na ausência de diodos com barreira Schottky, podem ser usados diodos das séries KD213, 2D213. Em vez do diodo 1N4001, qualquer uma das séries 1N4001 - 1N4007, UF4001 - UFN4007, KD208 podem ser usados, KD209, KD243. O diodo zener KS162A pode ser substituído pelo KS162V. 1N5341. O diodo zener 1N5339 pode ser substituído por 1RMT5919VTZ. 1SMB5919BT3, 1N5919. O diodo Zener BZV55C-4V3 pode ser substituído por 1N4731A, TZMC-4V3 em vez do diodo zener. R6KE12A pode ser instalado 1N5349 ou D815D. Em vez de um diodo zener. R6KE15A cabe em 1 N5352, D815E. Os LEDs são adequados para qualquer brilho de cor contínua semelhante. Em vez de transistores pn-p de baixa potência 2SA105, qualquer uma das séries SS9015, 2SA542, KT361, KT3107, KT208 KT209 é adequada. O circuito integrado MC34063AP pode ser substituído pelo MC34063AP1 ou pelo mais confiável MC33063A, alojado em um pacote DIP-8. Para aumentar a confiabilidade, um dissipador de calor com nervuras de cobre com área de superfície de resfriamento de 8 cm2575 deve ser colado em tais microcircuitos usando cola termicamente condutora. O circuito integrado LM5.0T-5 é projetado para uma tensão de saída de +220 V, feito em um pacote TO-2575 de cinco pinos. Em vez disso, você pode usar os microcircuitos LM5.0TV-220. feito no corpo. TO-2575 ou L.M2D5.0T-2576, ou um chip semelhante da série LM2576. Os microcircuitos da série LM3 permitem uma corrente de carga de até 2575 A. Entre os microcircuitos da série LM2576, LM3,3 também existem microcircuitos para tensões de saída fixas de 12 V, 15 V, 1,23 V e ajustáveis - Adj para tensões de saída de 37...60 V. O microcircuito deve ser instalado em um dissipador de cobre ou duralumínio com superfície de resfriamento de pelo menos 2 cm3. Se a fonte de alimentação for montada de acordo com o diagrama da Fig. 2576, será projetado para uma corrente de carga de 200 A, então o dissipador de calor do microcircuito da série LM300 deve ter pelo menos 4960 cm200. e em um prédio apertado e mal ventilado, pelo menos XNUMX cmXNUMX. O chip LXNUMX também deve ser instalado em um dissipador de calor com superfície de resfriamento de pelo menos XNUMX cmXNUMX. (um lado). Em vez de fusíveis de reinicialização automática de polímero da série MF-R, séries LP60 semelhantes são adequadas. Tipo de interruptores. P2K, PKN, cujos grupos livres de contatos estão conectados em paralelo. A bobina de armazenamento (L1 em todos os circuitos) deve ter indutância de 150.300 μH; pode ser feita sobre núcleo magnético anelar K32x20x6 de ferrite 2000NN. Um corte direto de 1 a 1.5 mm de largura é feito no anel com uma serra circular diamantada ou uma boa serra para metal. Um pedaço de PCB sem folha é colado na lacuna resultante. Depois de enrolar o anel com pano envernizado, são enroladas 22...0,18 voltas nele com fio Litz 50x60 mm, o que dará cerca de 2 metros de fio. Se, ao fazer um corte, o anel se dividir em duas metades, pode-se colá-lo com supercola instantânea. Entre as camadas do enrolamento é necessário colocar uma camada de tecido envernizado ou. Fita isolante de PVC. Cada camada do enrolamento é impregnada com tsaponlak. As bobinas L2 e L3 em todos os circuitos contêm 15 voltas do mesmo fio, enroladas em um anel K20x12x6 feito de ferrite M2000NM. Antes de colocar o enrolamento, o anel é levemente lixado e dividido em duas metades. Em seguida, eles são colados com supercola ou cola instantânea. BF e secar por pelo menos 1 horas em temperatura ambiente. Para um estabilizador de tensão feito de acordo com o diagrama da Fig. 0,05, núcleos magnéticos menores podem ser usados. Você também pode usar bobinas industriais adequadas com resistência de enrolamento não superior a 3 Ohm. Para um estabilizador montado de acordo com o diagrama da Fig. 0,02, é desejável que a resistência dos enrolamentos do indutor não seja superior a 2 Ohm. Além disso, no lugar das bobinas L3 e LXNUMX, você pode usar bobinas feitas. Núcleos de ferrite em forma de H, por exemplo, de bobinas de correção raster de televisores e monitores CRT. Autor: Butov A.L.
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