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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Fonte de alimentação chaveada em um transistor unijunção. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação As fontes de alimentação de baixa frequência em transformadores de potência, devido às suas grandes dimensões e peso, bem como à baixa eficiência, estão sendo substituídas em todos os lugares por pulsadas. O desenvolvimento de poderosos transistores de alta frequência e transformadores de pulso em núcleos de ferrite torna possível transferir energia para a carga em frequências proporcionais ao comprimento das ondas de rádio e trazer os parâmetros de peso e tamanho de tais fontes para valores mínimos. A fonte proposta foi projetada para alimentar equipamentos potentes e carregar baterias de automóveis. A fonte é construída com base em um conversor de ciclo único, que inclui um oscilador mestre baseado em um transistor unijunção e um oscilador de bloqueio baseado em um poderoso transistor bipolar. O princípio operacional da fonte é baseado na conversão de tensão tripla. A tensão alternada da rede elétrica é retificada (convertida em tensão contínua de alta tensão) e fornecida ao conversor de chave. Uma chave de alta frequência com transformador converte tensão contínua em tensão pulsada de baixa tensão. Este último é endireitado e fornecido à carga. Nos conversores flyback (inversores), durante o período de estado fechado da chave do transistor, a energia é acumulada no transformador e transferida para a carga quando a chave está aberta. Nesses inversores, a magnetização unipolar do transformador leva à magnetização residual do núcleo de ferrite e, para reduzi-la, é necessária uma lacuna não magnética no núcleo magnético. A energia armazenada no transformador durante o pulso de comutação nem sempre tem tempo de se dissipar durante a pausa, o que pode levar à saturação do transformador e à perda das propriedades magnéticas do núcleo. Para eliminar este efeito, o circuito primário do transformador é desviado com um diodo de alta velocidade com carga resistiva. O diagrama de fonte é mostrado na Fig.1.
O ruído de comutação na comutação de fontes de alimentação surge devido ao modo de operação de comutação de elementos de controle poderosos. Para proteger a rede e o conversor do ruído de impulso, um filtro de linha é instalado em um indutor T2 de dois enrolamentos com capacitores C7, C8, C10 para suprimir ruído assimétrico. A corrente de carga do capacitor de filtro C4 é limitada pelo posistor Rt1, cuja resistência diminui com o aumento da temperatura. O ruído de impulso do conversor que ocorre quando o transistor VT2 e o transformador T1 são comutados é eliminado pelos circuitos paralelos VD2-C5-R11 e C6-R13, o ruído no circuito de carga é suprimido pelo indutor L1. A duração das pausas entre os pulsos de corrente de saída aumenta ligeiramente, mas não piora a conversão. O gerador de pulsos de inicialização do inversor é feito em um transistor unijunção VT1. A tensão de alimentação VT1 é estabilizada pelo diodo VD1. A tensão de carga no capacitor C1 abre periodicamente o VT1 e cria uma sequência de pulsos no resistor R4 com uma frequência determinada pelas classificações de R1, R2 e C1. O capacitor C2 acelera o processo de comutação transitória do transistor VT1. Quando a energia é aplicada, a tensão contínua (retificada pela ponte de diodos VD4) do capacitor de filtro C4 através do enrolamento 1 do transformador T1 é fornecida ao coletor do transistor VT2, no qual o gerador de bloqueio é montado. O fluxo da corrente do coletor através do enrolamento 1 T1 é acompanhado pelo acúmulo de energia no campo magnético do núcleo. A tensão de pulso do resistor R4 abre o transistor VT2 por alguns microssegundos, a corrente do coletor VT2 neste momento aumenta para 3...4 A. Após o término do pulso positivo, a corrente do coletor para. A cessação da corrente provoca o aparecimento de um EMF de autoindução nas bobinas do transformador, o que cria uma tensão de pulso no enrolamento 3. O diodo VD5 com capacitor C9 retifica e filtra essa tensão, que é fornecida à carga através do indutor L1. A tensão de pulso do enrolamento 2 T1 através dos resistores R5, R9, R14 é aplicada à base do transistor VT2 e o circuito entra no modo de autooscilação. O capacitor C3 mantém a estabilidade do gerador de bloqueio. A estabilização da tensão de saída é realizada pelo optoacoplador VU1, que fornece isolamento galvânico de circuitos de saída de alta e baixa tensão. Um aumento na tensão de carga, por exemplo, devido ao aumento de sua resistência, leva ao acendimento do LED do optoacoplador VU1, cujo fotodiodo abre e desvia o sinal do enrolamento 2 T2. A tensão de pulso na base do VT2 diminui e, conseqüentemente, o tempo de seu estado aberto diminui. A duração dos pulsos positivos no enrolamento 3 T1 também diminui, o que provoca uma diminuição na tensão de saída (e na corrente de carga da bateria GB1). Quando a tensão de carga diminui, o processo descrito ocorre ao contrário. No caso de uma sobrecarga de corrente do transistor VT2, a tensão de pulso através do resistor R12 em seu circuito emissor aumenta. Em seguida, o regulador de tensão paralelo DA1 abre e desvia a tensão base VT2. Isso também reduz a duração do seu estado aberto (até a quebra das auto-oscilações). O valor da corrente de corte do transistor VT2 é ajustado pelo resistor R10. Após eliminar a sobrecarga, o gerador de bloqueio é reiniciado a partir do modelador de pulso no VT1. A escolha do transformador de alta frequência depende da potência da carga. A potência do transformador depende diretamente da frequência do autooscilador e do grau de ferrita. Quando a frequência aumenta 10 vezes, a potência do transformador aumenta quase 4 vezes. Devido à dificuldade de fazer você mesmo um transformador de pulso, o aparelho utiliza um transformador de um monitor desatualizado. Transformadores de TV também são adequados. Para orientação, fornecemos dados aproximados para o transformador T1. O núcleo é B26M1000 com folga na haste central. O enrolamento 1 contém 56 voltas de fio PEV-2 0,51 mm, enrolamento 2-4 voltas 0,18 mm, enrolamento 3-14 voltas com um feixe de 3 fios 0,31 mm. O dispositivo é montado sobre uma placa de circuito impresso medindo 115x65 mm (Fig. 2).
Os jumpers estão localizados na lateral dos componentes do rádio. O dissipador de calor do transistor chave VT2 é usado no processador do computador. Para melhor resfriamento, pode-se utilizar uma ventoinha da fonte de alimentação do computador, conectando-a à saída da fonte através de um resistor com resistência de 33...56 Ohms. Os tipos de elementos utilizados são apresentados na Tabela 1, a possível substituição de transistores conversores está na Tabela 2.
A configuração do circuito montado começa com uma verificação minuciosa da placa. Uma lâmpada de 220 V de qualquer potência é conectada ao rompimento do fio da rede e, em vez de uma carga - uma lâmpada de carro (12 V, 20 velas). Se houver peças defeituosas ou erros de instalação, a luz de energia acenderá intensamente, mas a luz do carro não acenderá. Se o circuito estiver funcionando corretamente, a luz de alimentação não acende ou acende com baixa intensidade, enquanto a lâmpada do carro acende intensamente. O brilho da lâmpada na carga (tensão de saída) pode ser ajustado pelo resistor R1. O limite para proteção de sobrecorrente é definido pelo resistor R10, a estabilização da tensão (em carga máxima) é regulada pelo resistor R5. Ao selecionar R15 (se necessário), a corrente do LED do optoacoplador VU1 é ajustada dentro de 5...6 mA. Se você tiver um osciloscópio, é conveniente primeiro verificar o funcionamento do gerador no transistor VT1 aplicando uma tensão de alimentação de 30...50 V ao inversor a partir de uma fonte de laboratório. A frequência do gerador pode ser alterada pelo resistor R1 ou pelo capacitor C1. Se o feedback for fraco (a resistência R5 é alta) ou o enrolamento 2 T1 estiver conectado incorretamente, o gerador de bloqueio no VT2 pode ser desligado devido a uma sobrecarga de curto prazo e não reiniciar. Autores: V.Konovalov, A.Vanteev, laboratório criativo "Automação e telemecânica", Irkutsk
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