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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Fonte de alimentação de comutação de rede, 50 watts. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação O principal objetivo do dispositivo descrito aqui é alimentar um computador pessoal. Mas não só. É adequado para alimentar muitos outros desenvolvimentos de rádio amador de alta potência, por exemplo, UMZCH.
O princípio de operação da fonte de alimentação proposta (Fig. 1) é o mesmo das fontes de alimentação de TV em cores de terceira geração. Ele também opera em um modo próximo ao das correntes descontínuas e, portanto, é um dispositivo auto-oscilante. Mas também há uma diferença fundamental: ele usa a "comutação do emissor" de um poderoso transistor de comutação, o que permite que ele seja usado em uma faixa de frequência mais ampla e, além disso, reduz a probabilidade de falha de um transistor de alta tensão. Os experimentos realizados confirmaram que o transistor KT839A com o transistor de comutação KT972A em seu circuito emissor funciona bem mesmo na frequência de 120 kHz. Outra vantagem da fonte de alimentação é a possibilidade de utilizá-la em uma ampla faixa de corrente de saída.
O dispositivo é um conversor de tensão de terminação única com comutação reversa do diodo retificador. A tensão de saída dos canais da unidade é estabilizada alterando a duração do estado aberto dos transistores da chave eletrônica. Os principais componentes da fonte de alimentação: um retificador de tensão de rede com um filtro, um conversor de terminação única com filtros de saída, um controlador de largura de pulso, um amplificador de descasamento e um regulador de comutação auxiliar. A tensão da rede passa pelo filtro de ruído formado pelas bobinas L1, L2 e capacitores C1, C2, é retificada pela ponte de diodos VD1 ... VD4 e através do resistor R1 a tensão retificada é fornecida ao capacitor de suavização C7. Os capacitores C3 ... C6 enfraquecem a penetração de interferência na rede e o resistor R1 limita a irrupção da corrente de entrada no momento em que a fonte de alimentação é ligada. O conversor inicia aproximadamente 0,1 s após conectar a unidade à rede, o que facilita um pouco o trabalho do retificador. Os principais componentes do conversor são um transformador de pulso T1, uma poderosa chave de alta tensão baseada nos transistores KT839A (VT1) e KT972A (VT2), retificadores e filtros de saída. O transistor KT839A (com uma alta tensão coletor-emissor máxima permitida) abre e fecha fechando e abrindo seu circuito emissor com um transistor KT972A de alta velocidade, que evita a quebra secundária e reduz a duração de comutação do transistor emissor. Isso é o que permite alterar a tensão de saída em uma ampla faixa sem alterar o transformador de pulso. Os resistores R11 e R12, cuja resistência total é de 0,5 ohms, servem como um sensor de corrente do conversor. Quando o transistor VT1 fecha, sua corrente de coletor através do diodo VD6, do diodo zener VD5 e do capacitor C8 é fechada para o terminal negativo da ponte retificadora VD1 - VD4. Diodos VD13-VD15 - retificadores de tensão de pulso dos enrolamentos secundários 3, 4 e 5 do transformador T1. A ondulação da tensão de saída dos retificadores é suavizada pelos capacitores C13-C18 e filtros LC L5C21, L6C22. O resistor R15, conectado à saída do canal de +5 V, evita aumento excessivo de tensão quando o canal de +12 V é carregado. Graças a esse resistor, a tensão na saída do canal de +5 V sem carga não excede 6 V, o que é seguro para chips de computador, na corrente de carga do canal +12 V a 2,5 A. A tensão do canal -12 V é estabilizada pelo estabilizador do microcircuito DA2. O amplificador de incompatibilidade está conectado à saída do canal de +12 V. A fonte de tensão de referência é a saída do estabilizador DA2. O transistor VT4 amplifica o sinal de erro. A carga do transistor é o LED do optoacoplador U1 e o diodo VD17 protege sua junção do emissor. Quando a tensão na saída do canal de +12 V é superior a 12 V, o LED do optoacoplador liga e, assim, aumenta a corrente que flui através do fototransistor do optoacoplador. O estado aberto do transistor VT1 do interruptor é determinado pela duração do carregamento do capacitor C11 (de cerca de 4 a +1 V) pela corrente do fototransistor do optoacoplador. Quanto maior o valor atual do fototransistor do optoron, mais rápido o capacitor carrega. De 11 e menos tempo o transistor VT1 está no estado aberto. Depois de conectar a fonte de alimentação à rede, o capacitor C8 também começa a carregar (através do resistor R2 e do diodo VD6). Quando a tensão atinge 4,5 V, a corrente flui através do resistor R6, diodo Zener VD12, junção do emissor do transistor VT2, resistores R11, R12 e também através dos resistores R6, R5, junção do emissor do transistor VT1, transistor VT2 e resistores R11 , R12, muda os transistores de comutação para o modo de operação ativo. O sinal de feedback positivo entre os enrolamentos I e II do transformador T1 através do diodo VD7, capacitor C10 e resistores R5, R7 abre rapidamente os transistores de comutação. Inicia-se o acúmulo de energia do campo magnético no circuito magnético do transformador T1. Após um certo período de tempo, o transistor VT3 abre e fecha o transistor VT2 e, portanto, o transistor VT1. Nesse caso, o transistor VT3 resume as tensões fornecidas à sua base pelo sensor de corrente R11, R12 e pelo capacitor C12. No momento da inicialização ou em caso de sobrecarga do conversor, quando a queda de tensão nos resistores R11, R12 excede 1 V, o transistor VT3 abre com uma corrente fluindo pelo resistor R10 e pelo diodo VD11, devido ao qual o dispositivo suporta sobrecargas de curto prazo. Quando qualquer um de seus canais está em curto com um condutor comum, a fonte de alimentação muda automaticamente para o modo de limitação de energia sem falha. No modo normal de operação do conversor, o momento de fechamento dos transistores de comutação é determinado pela duração do carregamento do capacitor C11. Depois de fechar os transistores poderosos, a polaridade da tensão nos enrolamentos do transformador de pulso é invertida e os diodos VD13 ... VD15 são ligados no sentido direto e carregam os capacitores dos filtros LC com uma corrente retificada. Quando o valor desta corrente está próximo de zero, ocorrem oscilações elétricas no circuito oscilatório formado pelo enrolamento/transformador T1, sua capacitância parasita e o capacitor C9. O primeiro deles abre os poderosos transistores do interruptor - e o processo descrito é repetido. Enquanto os transistores VT1 e VT2 estão fechados, a tensão no terminal inferior do enrolamento II do transformador em relação ao terminal negativo do capacitor C7 é negativa e, através do resistor R8 e do diodo VD8, segura de forma confiável o transistor VT2 em o estado fechado. A tensão mínima na base deste transistor é determinada pela tensão de estabilização do diodo zener VD12 e pela tensão no diodo VD10. O capacitor C8 A também é carregado através do circuito R9VD11. Como os cátodos dos diodos VD8 e VD9 são combinados, a tensão no capacitor C12 não pode ser menor do que na base do transistor VT2 (ou seja, cerca de -4 V). A tensão na saída do canal de +12 V é estabilizada pelo método de regulação por largura de pulso. Isso estabiliza simultaneamente a tensão do canal de +5 V. No entanto, como o transformador de pulso, diodos e alguns outros elementos do dispositivo não são ideais, a estabilidade de tensão na saída desse canal não é alta. Portanto, foi utilizado um regulador de comutação auxiliar, que executa duas funções: fornece ao canal de +5 V parte da corrente de carga para aumentar a estabilidade de tensão nele e carrega o canal de +12 V se não estiver carregado. O estabilizador auxiliar inclui um estabilizador de microcircuito DA1, bobinas L3, L4, capacitor C19, diodo VD16, resistor R14. Nele, o microcircuito DA1 serve como chave eletrônica, fonte de tensão de referência e amplificador de sinal de erro. O indutor L4 e o diodo VD16 são atributos necessários de um regulador de comutação. A excitação do microcircuito DA1 é fornecida pelo indutor L3 e pelo capacitor C19, e o resistor R14, que reduz o fator de qualidade do circuito L3C19, evita a ocorrência de oscilações de alta frequência. Todos os elementos da fonte de alimentação são montados em uma placa de circuito impresso com dimensões de 205x105 mm (Fig. 2) feita de fibra de vidro de folha unilateral com 1 mm de espessura.
Os principais parâmetros dos resistores e capacitores são indicados no diagrama de circuito do dispositivo. O transistor KT839A (VT1) pode ser substituído por KT838A, KT872A, KT846A, KT81148 e KT972A - por KT972B. Em vez dos transistores KT645B (VT3) e KT342BM (VT4), podem funcionar transistores semelhantes com um coeficiente de transferência de corrente base de pelo menos 50. Substituiremos o optoacoplador AOT101AC (U1) por AOT101BS, AOT127A ou AOT128A. Os diodos KD212A (U06, VD7) podem ser substituídos por KD226 ou KD411 com qualquer índice de letras e KD2999V (VD13, VD14) - por outros com características semelhantes, por exemplo, série KD2995, KD2997, KD2999, KD213. Em vez dos diodos VD1-VD4 da ponte retificadora, KD226G ou, em casos extremos, a série KD243 para uma tensão reversa de pelo menos 400 V são adequados. Uma corrente significativa flui através do diodo Zener D814B (VD5), que deve ser levado em consideração ao substituí-lo - a corrente permitida para ele deve ser de pelo menos 40 mA. Correntes significativas também fluem pelos capacitores C16-C18, portanto, é desejável que sejam das séries K50-29, K50-24. A tensão nominal dos capacitores C1-C6 (KD-2, K78-2, K73-16, etc.) deve ser de pelo menos 400 V, eles devem permitir a operação com um componente variável de pelo menos 350 V a uma frequência de 50 Hz . Capacitor C9 - K78-2 para uma tensão nominal de 1600 V. As peças restantes não são críticas para substituição. O transistor VT1 é instalado em um dissipador de calor com área de superfície de cerca de 200 cm2, os diodos VD13 e VD14 - em dissipadores de calor com área de 45 e 35 cm, respectivamente, e um estabilizador DA2 - em um dissipador de calor com uma área de 70 cm2. O transformador T1 é feito em um circuito magnético. W 12x15 de ferrite 2000NM, com folga não magnética de 0,5 mm. O enrolamento I contém 160 voltas de fio PEV-2 0,47, dobradas ao meio. Enrolamento II - 4 voltas do mesmo fio, mas dobradas três vezes. Para melhorar o acoplamento magnético, os enrolamentos III e IV são feitos com uma fita de cobre de 0,2 de espessura, 27 mm de largura e contém 3 voltas cada. A fita de cobre pode ser substituída por um fio PEV-1 0,8 dobrado em três. O enrolamento V contém 8 voltas de fio PEV-1 0,4, dobradas quatro vezes. Os indutores L1 e L2 são enrolados em um circuito magnético comum de tamanho K20x10x5 feito de ferrite 2000NM e contém 35 voltas de fio PEV-1 0,4 cada. Os circuitos magnéticos das bobinas L5 e L6 são pedaços de uma haste de ferrite M400NN com diâmetro de 8 e comprimento de 20 mm; cada um deles contém 15 voltas. O indutor L4, feito no circuito magnético blindado BZO feito de ferrita de 2000NM (com folga não magnética de 0,5 mm), contém 35 voltas de fio PEV-1 0,8. Uma fonte de alimentação montada sem erros, como regra, começa a funcionar sem ajuste prévio. Mas, como apólice de seguro, é desejável fazer a primeira conexão à rede por meio de uma lâmpada incandescente com potência de 15 ... 25 W, projetada para uma tensão de 220 V. Assim que o conversor é inicializado, um O resistor variável R18 deve ser ajustado na saída do canal de +12 V correspondente a ele. Se os requisitos para a tensão de alimentação do canal de +5 V forem mais rigorosos (ou for necessária uma corrente de saída maior), o amplificador de incompatibilidade deve ser conectado à saída do canal de +5 V. por exemplo, ao terminal positivo do capacitor C16, e também reduza a resistência do resistor R17 para 5 Ohms e o resistor R17 para 16 kOhm. O estabilizador DA300, as bobinas L17 e L1,5, o resistor R1, o capacitor C3 e o diodo VD4 são excluídos. Porém, após tal alteração, a tensão na saída do canal de +14 V também aumentará com o aumento da corrente do canal de +19 V, portanto a tensão deste canal terá que ser adicionalmente estabilizada (por exemplo, usando o microcircuito KR16EN12B ). Um aumento de tensão indesejável na saída do canal de +5 V pode ser evitado conectando o segundo LED do optoacoplador U17 em paralelo com o capacitor C1 através do diodo zener KS156A e um resistor com resistência de 180 ... 200 Ohms. Neste caso, as conclusões 6 e 7, bem como as conclusões 5 e 8 do optoacoplador, devem ser combinadas. Isso não apenas protegerá a fonte de alimentação de exceder a tensão de saída, mas também aumentará a confiabilidade de sua operação, pois nesse caso o circuito de realimentação será duplicado. O dispositivo descrito é aplicável para alimentar muitas outras estruturas de rádio amador, por exemplo, amplificadores de potência AF. É necessário apenas, levando em consideração os recursos de um determinado dispositivo de engenharia de rádio, reconstruir a parte secundária da fonte de alimentação, e uma mudança de 1,5 vezes na tensão de saída é obtida ajustando o nível do sinal de feedback do enrolamento do transformador T1. Exemplo específico. Para alimentar o amplificador de potência baseado no chip K174UN19, é necessária uma fonte de tensão bipolar de ±15 V. Neste caso, a parte secundária da fonte de alimentação descrita pode ser montada de acordo com o circuito mostrado na fig. 3.
Os enrolamentos III e IV do transformador T1 contêm 7 voltas de fita de cobre de 0,1 de espessura e 27 mm de largura ou fio PEV-1 de 0,8 dobrado três vezes. O enrolamento de ambos os enrolamentos é realizado simultaneamente. As conclusões 6 e 7, bem como 5 e 8 do optoacoplador U1 devem ser combinadas. Literatura
Autor: D. Bezik
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