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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Fonte de alimentação poderosa, 220/32 volts 1000 watts. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação Para reduzir o tamanho e o peso das fontes de alimentação da rede, nos últimos anos, a conversão de tensão a uma frequência de várias dezenas de quilohertz tem sido cada vez mais utilizada. Tal fonte contém um retificador de tensão de rede, um filtro de ondulação com o dobro da frequência da rede, um conversor de tensão, um transformador abaixador, um retificador e um filtro de ondulação com o dobro da frequência de conversão. O conversor geralmente é feito de acordo com o circuito de um inversor ponte ou meia ponte, no qual os transistores abrem e fecham alternadamente após meio período de chaveamento. A desvantagem de tal conversor é a presença de uma corrente de coletor quando os transistores estão desligados. Por causa disso, uma grande energia elétrica instantânea é liberada sobre eles, cujo valor permitido limita a potência de tais dispositivos. A potência instantânea permitida dos transistores de silício comumente usados em conversores de tensão, por exemplo, a série KT812, não excede várias centenas de watts. Esta limitação pode ser removida até certo ponto usando um inversor de ponte carregado com um circuito ressonante em série. Os transistores de tal dispositivo fecham na ausência de correntes de coletor; a tensão máxima no coletor (em relação ao emissor) e a corrente máxima do coletor atuam no transistor em momentos diferentes, de modo que a energia elétrica instantânea liberada nele acaba sendo seja pequeno. As capacidades de um inversor ponte com um circuito ressonante em série são ilustradas pela fonte de alimentação da rede descrita abaixo. Destina-se a ser utilizado como equivalente a um sistema elétrico de veículo de 27 volts (com carga resistiva ou indutivamente ativa). O diagrama esquemático do dispositivo é mostrado na figura. Seus principais componentes são o filtro C1L1C2, que evita a entrada de interferências do conversor de frequência na rede; retificador de tensão de rede usando diodos VD1-VD4 com filtro C3-C5L2C6-C8; inversor de ponte em transistores VT1 - VT4 com circuito ressonante L3C10C11, transformador abaixador 74, retificador de tensão de alta frequência em diodos VD13-VD18 com filtro C12-C15L4C16C17; uma unidade de controle inversora em microcircuitos DD1-DD4 e transistores VT5, VT6 e duas fontes de alimentação: não estabilizada (VD19) e estabilizada (VD20 DA1). O LED HL1 é um indicador de que a unidade está conectada à rede.
A unidade de controle do inversor de ponte consiste em um gerador de pulsos de clock feito em chips one-shot DD1, um distribuidor de pulsos no gatilho DD2.2 e elementos do chip DD4, dois amplificadores (DD3.3; VT5 e DD3.4, VT6) e um dispositivo de proteção contra sobrecarga da unidade (VD21, DD2.1) com sincronizador (DD3.1, DD3.2). O LED HL2 sinaliza que o dispositivo de proteção disparou. Quando a unidade é conectada à rede usando a chave seletora Q1, a tensão de alimentação é fornecida à unidade de controle, e pulsos positivos com duração de 1.2 μs com frequência de repetição constante de cerca de 17 kHz aparecem na saída inversa do um- tiro DD40. O gatilho DD2.2, usando sinais lógicos 1 que aparecem em suas saídas direta e inversa, “abre” alternadamente os elementos DD4.1, DD4.2. e os pulsos chegam à entrada de um amplificador (DD3.3, VT5) e depois de outro (DD3.4, VT6). Como resultado, pulsos de polaridade de abertura são fornecidos à junção do emissor dos transistores VT1, VT4 ou VT2, VT3. Algum tempo após o aparecimento dos pulsos do gerador de clock (o atraso é devido à constante de tempo bastante grande do filtro C3-C5L2C6-C8), uma tensão retificada aumentando suavemente aparece no capacitor C9 e o inversor a converte em uma tensão alternada com frequência de 20 kHz, aplicada ao enrolamento I do transformador T4. A tensão retirada de seu enrolamento I é retificada pelos diodos VD13-VD18 e fornecida à carga através do filtro C12-C15L4C16C17. O resistor R13 reduz a tensão de saída do retificador sem carga. A operação do inversor pode ser dividida em quatro fases. No primeiro, com duração de 17 μs, os transistores VT1, VT4 abrem e através deles são carregados os capacitores C10, C11, o enrolamento primário do transformador T4 e o indutor L3. A corrente neste circuito primeiro aumenta de zero até um valor máximo e depois, à medida que os capacitores carregam, diminui até zero. A forma atual se assemelha a um meio ciclo de uma sinusóide. Na segunda fase, com duração de 8 μs, uma tensão de polaridade de fechamento é aplicada às bases dos transistores VT1, VT4, e eles fecham. Na terceira fase (assim como na primeira, com duração de 17 μs), os transistores VT2, VT3 abrem, e quase toda a tensão retificada pelos diodos VD1-VD4 é aplicada a cada um dos transistores fechados VT1, VT4 (com uma carga com um resistência de 1 Ohm - cerca de 260 V). A corrente de recarga dos capacitores C10, C11 até a tensão máxima de polaridade oposta, assim como na primeira fase, flui pelo circuito em série formado pelos capacitores, indutor L3 e enrolamento primário do transformador T4. A tensão com que são recarregados depende da resistência da carga: quanto menor for, maior será a tensão (com carga com resistência de 1 Ohm - aproximadamente 200 V). No momento em que a corrente de coletor dos transistores VT2, VT3 diminui para zero, inicia-se a quarta fase de operação do inversor, com duração, como a segunda, de 8 μs: uma tensão de fechamento é aplicada às bases dos transistores a partir dos enrolamentos dos transformadores T2 e T5. Os transistores VT1, VT4 continuam fechados todo esse tempo. A pausa é necessária para garantir que os transistores VT2, VT3 estejam completamente fechados e que quando os transistores VT1, VT4 sejam abertos, não ocorra um pulso de corrente através dos transistores dos ombros adjacentes. Devido ao fato de que a tensão de comutação é fornecida às junções do emissor nos momentos em que não há corrente do coletor, a energia elétrica instantânea na junção do coletor, no pior caso, não excede vários watts. A unidade de proteção contra sobrecarga da unidade funciona da seguinte forma. Depois de fornecer a tensão de alimentação, o gatilho DD2.7 é colocado em um estado único (na saída inversa - a tensão lógica é 0) e uma tensão lógica 3.2 aparece na saída do elemento DD11 (pino 1), criando condições para a passagem dos pulsos do gerador de clock pelos elementos DD4.1 e DD4.2 O gatilho permanece neste estado o tempo todo enquanto a potência fornecida à carga for inferior a 1 kW. Ao atingir a potência máxima, a amplitude do primeiro pulso recebido na entrada de contagem do gatilho DD2.1 do enrolamento secundário do transformador de corrente T3 através da ponte VD21 é suficiente para transferir o gatilho para o estado zero (na saída inversa - tensão lógica 1). Alterar o nível lógico baixo para alto na entrada superior do elemento DD3.2 no circuito leva ao fato de que, com a chegada do próximo pulso de clock, uma tensão lógica de 0 é definida em sua saída, e a passagem de pulsos através dos elementos DD4.1, DD4.2 param. Graças ao trigger RS nos elementos DD3.1, DD3.2, o sinal de proibição aparece apenas no momento do início da pausa entre os pulsos, o que evita a falha dos transistores do inversor (fechar na presença de corrente de coletor levaria à sua falha devido a um aumento excessivo da potência elétrica instantânea). A unidade protege os transistores do inversor mesmo durante um curto-circuito na carga. Para retornar a fonte de alimentação ao seu estado original após o disparo da proteção, ela deve ser desligada e ligada novamente usando a chave seletora Q1. Quando a unidade é desligada, os capacitores de filtro C3 - C8 são descarregados através dos resistores R1 e R2. Isso é necessário para que durante o aumento da amplitude dos pulsos de corrente de base dos transistores VT1 - VT4 após serem religados, quando eles não abrem completamente (ou seja, não entram no modo de saturação), não há imediatamente uma grande tensão ligada seus coletores que podem levar ao fracasso. O circuito ressonante do conversor utiliza capacitores (C10, C11) K71-4 para tensão nominal de 250 V. Capacitores de filtro C12-C15 - K73-16 para tensão nominal de 63 V. Resistor R13 - PEV-10. Os demais resistores e capacitores são de qualquer tipo. Alternar Q1 - TV1-2. A fonte de alimentação da unidade de controle utiliza um transformador unificado TN13 127/220-50. Todos os demais transformadores e bobinas do aparelho são caseiros. Os dados do enrolamento são fornecidos na tabela. O indutor L3 e ambos os enrolamentos do transformador T4 são enrolados com fios torcidos em um feixe. Para reduzir a indutância de fuga deste transformador, o enrolamento II é enrolado em dois feixes dobrados juntos. A derivação é obtida conectando o terminal do início de um dos meios-enrolamentos ao terminal do final do outro. Os núcleos magnéticos de todas as bobinas são montados com uma folga não magnética de 0,5 mm. A unidade de controle do inversor e sua fonte de alimentação são montadas em uma placa de circuito impresso feita de folha laminada de fibra de vidro com 2 mm de espessura. A maior parte das partes restantes da unidade são montadas de forma articulada em três placas de 220x85 mm feitas de PCB de 3 mm de espessura: em uma delas estão montados os diodos VD1-VD4 e as peças de filtro C1L1C2 e C3-C5L2C6-C9, em o outro - transformadores T2, T3, T5 e peças do inversor, no terceiro - indutor L3 e peças do filtro C12-C15L4C16C17. Os transistores VT1 - VT4 são instalados em dissipadores de calor de duralumínio em forma de placas com dimensões de 70x60x8 mm (com lados de 60x8 mm são fixados na placa de circuito), diodos VD1-VD4 - em dissipadores de calor em forma de U dobrados em placas de alumínio com dimensões 100x25x1,5 mm, diodos VD13... VD18 e transformador T4 - em dissipador de calor nervurado de duralumínio com área de superfície de resfriamento de cerca de 1000 cm2, fixado na parte traseira da caixa do bloco. A instalação do dispositivo começa sem o fusível FU1. Ao ligar a unidade de controle, use um osciloscópio para verificar a presença de pulsos de polaridade positiva com duração de 1 μs e frequência de repetição de cerca de 4 kHz (o período de oscilação é de aproximadamente 17 μs) nas junções emissoras dos transistores VT20- VT50. Quando qualquer terminal do enrolamento secundário do transformador de corrente 73 for conectado ao terminal positivo da alimentação dos microcircuitos da unidade de controle, esses pulsos deverão desaparecer. Em seguida, a saída do indutor L3 é desconectada do enrolamento primário do transformador T4, o fusível FU1 é instalado no lugar e um miliamperímetro é ligado em vez dos contatos 7 e 8 da chave de rede Q1. A corrente consumida pelo inversor sem carga não deve ser superior a 15 mA. Convencido disso, conecte os terminais do indutor L3 e o enrolamento primário do transformador T4 com um resistor adicional com resistência de aproximadamente 0,5 Ohm, solde os terminais de rede da ponte retificadora VD1 - VD4 do indutor L1 e alimente-os com tensão alternada de 20.. de um autotransformador ajustável (por exemplo, LATR)..30 V. Uma carga equivalente é conectada à saída do bloco - um resistor com resistência de 1 Ohm com potência de dissipação de 700. ..800 W. Ao monitorar a forma da tensão através do resistor adicional com um osciloscópio, selecione a lacuna não magnética no circuito magnético do indutor L3 para que os pulsos (polaridade positiva e negativa) na tela se tornem tão semelhantes quanto possível à metade. ondas de uma onda senoidal. A seguir, observando o formato dos pulsos, aumente a tensão na entrada da ponte VD1 - VD4 para 220 V. A potência de saída na carga equivalente aumenta para 650...700 W, mas o formato dos pulsos deve permanecer quase inalterado. Se, com tal potência, ficarem agudos, isso indica saturação do circuito magnético do indutor L3 ou transformador T4 e deve ser substituído por um mais massivo (com seção transversal maior). Finalmente, eliminada a resistência adicional do circuito, a resistência R18 é selecionada de modo que a unidade de proteção contra sobrecarga opere com uma potência de saída de 1 kW (é obtida reduzindo a resistência equivalente da carga). Durante a configuração, devem ser observadas precauções de segurança, pois muitos circuitos de alimentação, principalmente aqueles a serem monitorados com um osciloscópio, estão sob alta tensão. Uma carga com potência de até 700 W pode ser conectada diretamente à saída da unidade e a alimentação pode ser comutada por meio de uma chave seletora. Com maior potência, é aconselhável fornecer uma chave adicional no circuito de carga e conectar primeiro a unidade à rede e depois a carga à sua saída Autor: S.Tsvetaev
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