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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Fonte de corrente do inversor. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Conversores de tensão, retificadores, inversores A fonte de corrente inversora proposta pode ser usada para alimentar dispositivos eletrônicos e carregar baterias de automóveis. Os conversores de corrente flyback (FCCs) - inversores - consistem em um poderoso comutador de pulso. Ao contrário de um conversor push-pull, eles possuem menos componentes de rádio; o modo de operação é estabilizado por feedback através de interruptores optoeletrônicos dos estágios de saída para a entrada de controle do gerador de sinal de controle de largura de pulso. A desvantagem de tais conversores é a necessidade de utilizar transistores de potência com alta tensão de operação. A fonte de alimentação do inversor possui vários graus de proteção contra danos:
O circuito conversor flyback com chave de corrente de pulso (Fig. 1) consiste em um gerador PWM em um chip temporizador analógico, um transistor chave, circuitos de estabilização de tensão de saída e circuitos eletrônicos de corrente e proteção térmica.
A fonte de alimentação não tem transformador com limitação de corrente de partida. Os circuitos primário e secundário do circuito eletrônico são separados galvanicamente. O transformador de alta frequência do conversor é feito em núcleo de ferrite. A potência do conversor depende da tensão de alimentação; frequência de conversão e propriedades magnéticas do transformador. Usar um transistor de efeito de campo como chave permite reduzir as perdas de sinal em circuitos de controle. A corrente de saída é regulada alterando a duração dos pulsos do gerador em uma frequência constante. O inversor sofre conversão tripla de tensão. A tensão alternada da rede é retificada por uma poderosa ponte de diodos e convertida em tensão contínua de alta tensão. Ele é então convertido por um inversor em um pulso de alta frequência, que é reduzido por um transformador de pulso. Depois de retificado e suavizado, uma tensão constante de baixa tensão do valor necessário é fornecida à carga. O gerador de pulsos é baseado em um temporizador analógico DA1. O chip inclui dois comparadores, um gatilho interno, um amplificador de saída para aumentar a capacidade de carga e um transistor de descarga de comutação de coletor aberto. A frequência de geração é definida por um circuito RC externo. Os comparadores comutam o gatilho interno quando a tensão limite é atingida na alimentação do capacitor C1 1/3 e 2/3 U. A entrada de controle (pino 5) DA1 é utilizada para alterar o modo de geração de pulsos, o que garante a estabilização da tensão de saída. A corrente de saída do dispositivo depende do ciclo de trabalho dos pulsos do gerador, que é definido ajustando o resistor R2. Na posição esquerda do controle deslizante do resistor de acordo com o diagrama, o tempo de carregamento do capacitor C1 é mínimo, ou seja, o pulso que chega ao transistor chave VT1 da saída DA1 é muito curto e a corrente média na carga é mínima. Na posição direita do controle deslizante R2, a duração do pulso é máxima, assim como a corrente de saída. O inversor de tensão consiste em um poderoso transistor de efeito de campo VT1 e um transformador de alta frequência T1. Para proteger o transistor contra quebra por tensões de pulso que surgem durante a conversão, o transistor e o transformador são “amarrados” com circuitos de amortecimento C4-C5-R12-VD4 e C6-R13 [2]. O transistor VT1 é protegido contra sobrecorrente por um estabilizador paralelo (“diodo zener controlado”) DA2. Um aumento na tensão através do resistor R11 no circuito fonte do VT1 com um aumento na corrente através dele leva à abertura do DA2 e ao desvio da porta do VT1. Como resultado, o VT1 fecha e a corrente através dele cai. Os circuitos da fonte secundária incluem um retificador baseado em um conjunto de diodos de alta frequência VD5 e um filtro de suavização C8-L1. A corrente de carga é monitorada por um amperímetro PA1 com shunt interno de 10 A. Os circuitos de alimentação do inversor são feitos utilizando uma ponte de diodos de pulso VD6 e um capacitor de filtro C7. A carga do capacitor do filtro é inicialmente limitada pelo termistor Rt2, que protege a ponte de diodos contra danos por correntes críticas. A corrente de pulso através do transformador e do transistor de efeito de campo é limitada pelo resistor R16, cuja resistência compensa a dispersão nos parâmetros dos transformadores. A frequência de conversão do inversor desempenha um papel importante na obtenção da potência máxima do dispositivo. Quando aumenta 10 vezes, a potência permitida do transformador (sem alterar a ferrite e os enrolamentos) aumenta quase 4 vezes. Fontes de inversores caseiros geralmente utilizam ferritas, que fornecem frequências de operação de inversores de 25 a 100 kHz. Neste caso, na fabricação do dispositivo, deve-se respeitar a frequência de operação do transformador utilizado, levando em consideração as características da chave do transistor. Para estabilizar a tensão, é usada a conversão de frequência de pulso do sinal de erro. A tensão de saída através do divisor R14-R15 é fornecida ao LED do optoacoplador VU1. O fototransistor do optoacoplador é conectado à entrada de controle (pino 5) do DA1. Quando a tensão de saída aumenta, por exemplo, devido a um aumento na resistência da carga, o fototransistor do optoacoplador abre com mais força e desvia a entrada de controle DA1. A duração dos pulsos de saída do gerador é reduzida e, consequentemente, o tempo que o transistor chave permanece no estado aberto diminui. Como resultado, a tensão no enrolamento secundário do transformador também diminui, ou seja, A tensão de saída se estabiliza. À medida que a tensão de saída aumenta, o processo descrito ocorre ao contrário. O superaquecimento do transistor chave VT1 com resfriamento insuficiente pode levar à sua falha. A temperatura do transistor é limitada por meio do termistor Rt1, fixado através de uma junta isolante no radiador VT1. Quando VT1 aquece, a resistência Rt1 diminui, o que provoca uma maior abertura do fototransistor VU1 e, à semelhança do que foi descrito acima, uma diminuição da tensão (e, consequentemente, da corrente) da carga. O transformador de pulso T1 utilizado no inversor é industrial, proveniente de monitores desatualizados com tubos de imagem de feixe catódico. O projeto de fábrica dos transformadores possui uma distribuição ideal dos enrolamentos primários e secundários em camadas para garantir o máximo acoplamento magnético e reduzir as indutâncias de vazamento dos enrolamentos. Além disso, telas eletrostáticas feitas de folha de cobre são colocadas entre as seções do enrolamento, e os enrolamentos são feitos de fio trançado para reduzir o efeito pelicular. O transformador é selecionado com base na potência total necessária, que é igual à soma das potências consumidas por todas as cargas. Ao fazer você mesmo um transformador, as fórmulas para calculá-lo podem ser obtidas em [3]. Mas a principal dificuldade na fabricação não está nos cálculos, mas em encontrar a ferrita adequada e a necessidade de uma distribuição específica das camadas do enrolamento. Enquanto isso, os transformadores do monitor são bastante consistentes com os dados calculados. Com corrente de carga de 10 A e tensão do enrolamento secundário sem carga de aproximadamente 18 V, transformadores com potência de 200...250 W com área de janela de 15 cm2 e núcleo com seção transversal de cerca de 10 cm2 são adequados. O enrolamento primário contém 146.162 voltas de fio de 0,6 mm. secundário - 2x23 voltas 4x00,31 mm. O Choke L1 é um enrolamento de 10 voltas de fio de cobre PEV 0,81 mm, feito sobre uma haste de ferrite de 4 mm ou sobre um anel de ferrite de tamanho padrão K12x8x4 mm. O inversor é feito em uma placa de circuito impresso, cujo desenho é mostrado na Fig. O transistor VT2 é removido da placa para um radiador separado com dimensões de 1x50x50 mm (designação dos pinos na placa: B - porta VT10, K - dreno, E - fonte). Possíveis opções para substituir o transistor chave são fornecidas na Tabela 1, e a Tabela 2 mostra substituições aceitáveis para outros elementos.
O conjunto da placa do inversor é montado em uma caixa de tamanho adequado, em cujo painel frontal há um amperímetro, interruptor de rede, fusível e terminais de saída. Devido à presença de tensão de rede, o ajuste do circuito deve ser realizado respeitando as normas de segurança. Os primeiros testes deverão ser realizados com uma lâmpada de 220 V/100 W conectada temporariamente ao rompimento do cabo de alimentação. Quando o dispositivo está conectado à rede, o início do circuito e o impacto da carga no conversor são bem monitorados pelo brilho da lâmpada, mas não é criada uma situação de emergência no caso de ocorrer um curto-circuito acidental no circuito durante a instalação ou ao usar elementos defeituosos.
A configuração começa verificando as tensões de alimentação do microcircuito gerador e do transistor inversor. A presença de pulsos na saída 3 DA1 é indicada pelo indicador LED HL1. Em vez de carga, deve-se conectar uma lâmpada de carro (12 V). A tensão de saída é definida ajustando o resistor R14 com o controle deslizante do resistor R2 na posição intermediária. Pouco tempo após a ligação, o aparelho deve ser desligado e as condições térmicas dos componentes do rádio verificadas. Os parâmetros necessários do dispositivo podem ser definidos alterando a frequência do gerador (selecionando a capacitância C1), o ciclo de trabalho dos pulsos (pelo resistor R2) e alterando a conexão dos terminais do enrolamento secundário do transformador T1 (se qualquer). A proteção térmica é verificada aquecendo (ferro de solda) o termistor Rt1. A tensão de saída deve diminuir. Tecnologias para carregar e restaurar baterias são descritas detalhadamente em [4, 5]. Literatura 1. V. Kosenko e outros IP de pulso reverso. - Rádio, 2000, nº 1, S. 42.
Autores: V. Konovalov, E. Tsurkan, A. Vanteev, Laboratório criativo "Automação e telemecânica", Irkutsk
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Comentários sobre o artigo: júri Fiz um esquema e não funciona! O resistor R9 fica muito quente, tensão de alimentação DA1 4 V?
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