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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Fonte de alimentação quase ressonante de meia ponte. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação Para melhorar as características das fontes chaveadas montadas com base em conversores de ponte e meia ponte, em particular, para reduzir a probabilidade de uma corrente passante e aumentar a eficiência, os autores propõem transferir tais fontes para um modo quase ressonante de Operação. O artigo descrito fornece um exemplo prático de tal fonte de alimentação. Muitas vezes, para reduzir o tamanho e o peso, as fontes de alimentação (PS) com transformador de rede são substituídas por conversores de tensão de pulso. O benefício disso é óbvio: peso e dimensões menores, consumo de cobre significativamente menor para produtos de enrolamento, alta eficiência do IP. No entanto, as fontes de alimentação pulsadas também apresentam desvantagens: baixa compatibilidade eletromagnética, possibilidade de passagem de corrente através de transistores em conversores push-pull, necessidade de introdução de circuitos de proteção contra sobrecorrente, dificuldade de partida em carga capacitiva sem tomar medidas especiais para limitar o carregamento atual. Consideremos, usando o exemplo de um conversor de tensão de autogerador de meia ponte push-pull [1], como até certo ponto é possível eliminar ou reduzir essas deficiências alterando seu modo de operação. Vamos traduzir o conversor para um modo de operação quase ressonante, introduzindo um circuito ressonante [2]. A forma da corrente através do enrolamento primário do transformador de pulso, neste caso, é mostrada na fig. 1.
Na fig. 2 mostra as formas de onda de tensão e corrente para um dos transistores chaveadores. Pode-se observar pelas figuras que o conversor opera em modo quase ressonante - neste caso não há corrente de passagem.
A tensão na base do transistor chaveador diminui e no final do pulso torna-se igual a zero. Assim, a transição para um modo de operação quase ressonante elimina completamente as perdas dinâmicas nos transistores chaveadores e os problemas associados à compatibilidade eletromagnética de dispositivos sensíveis com um MT pulsado, uma vez que o espectro de oscilações geradas é drasticamente estreitado. Um conversor de meia ponte difere de uma ponte push-pull pelo menor número de transistores usados; de um push-pull com saída média - metade da tensão nos transistores. Um conversor autooscilante difere dos conversores com oscilador mestre, em primeiro lugar, pelo número mínimo de elementos, pela máxima eficiência possível, e a utilização de um transformador auxiliar saturável garante a exclusão da possibilidade de passagem de corrente. O esquema de um IP quase ressonante de meia ponte, desprovido das desvantagens acima, é mostrado na Fig. 3.
Principais características técnicas
A fonte de alimentação contém os seguintes nós: Filtro de supressão de ruído S1C2L1, que evita que ondulações de alta frequência geradas pelo conversor penetrem na rede de alimentação; retificador de rede VD1 com capacitor de filtro C3; circuitos de proteção contra sobrecarga e curto-circuitos na carga R1R2VD2K1U1VD3VD4R6R7C7. O circuito de proteção consome uma pequena corrente, por isso tem pouco efeito na eficiência geral da fonte, mas se necessário, a eficiência pode ser ligeiramente aumentada substituindo o diodo zener VD2 por um de tensão mais alta. Os resistores R6 e R7 formam o divisor de tensão necessário para ligar o diodo emissor do optoacoplador tiristor. Se estes resistores fixos forem substituídos por um único variável, é possível ajustar o limite de resposta da proteção em uma faixa muito ampla. Caso se pretenda alimentar uma carga com grande capacitância (mais de 5000 microfarads), para evitar falsos alarmes da proteção, a capacitância do capacitor C7 deverá ser aumentada, mas o tempo de espera antes da fonte ser ligada será aumentar neste caso. Os elementos R3, R4, C4, C5 formam um divisor de tensão. Os resistores R3, R4 são necessários para descarregar os capacitores do filtro C3 e o divisor C4C5 após o desligamento da fonte de alimentação. Capacitor C6 e indutor L2 - circuito ressonante. O circuito de disparo é exatamente o mesmo do dispositivo descrito no artigo [1]. Consiste em um transistor VT3, resistores R10-R12 e um capacitor C10. O transistor VT3 opera em modo avalanche. O pulso de disparo abre o transistor VT2, proporcionando a assimetria inicial. Diodos VD5-VD8 - retificador de saída com capacitores de filtro C8, C9. O LED HL1 indica a presença de tensão na saída do IP. A autogeração de oscilações ocorre como resultado da ação da realimentação positiva do enrolamento III do transformador T1 para o enrolamento III do transformador T2 através do resistor limitador de corrente R9. Com a diminuição de sua resistência, a frequência de conversão diminui, o que leva a um deslocamento da eficiência máxima da fonte para uma potência de carga maior. O dispositivo usa capacitores K73-17 (C1, C2, C6, C9, C10), K73-11 (C4, C5), K50-32 (C3), K50-24 (C7, C8). Todos os resistores são C2-23. Ao invés dos capacitores e resistores indicados, é possível utilizar outros componentes, porém, devem ser selecionados capacitores com tangente de perda dielétrica mínima na faixa de frequência de operação da conversão IP. Ponte de diodo VD1 - qualquer uma com corrente direta permitida superior a 1 A e tensão reversa permitida de pelo menos 400 V, por exemplo BR310. Também é possível usar diodos discretos, por exemplo KD202R, conectados em um circuito em ponte. É melhor usar o transistor KT315G (VT3) no dispositivo - o circuito de disparo funcionará com ele imediatamente, o transistor KT315B terá que ser selecionado e é melhor não usar os transistores KT315A, KT315V. Os transistores KT826V (VT1, VT2) são substituíveis por qualquer uma das séries KT826 ou KT812A, KT812B. Devido às baixas perdas, os transistores não podem ser instalados em dissipadores de calor. Os diodos do retificador de saída KD213A (VD5-VD8) podem ser substituídos pelas séries KD213B, KD213V ou KD2997, KD2999. Devem ser instalados sobre um dissipador de calor com superfície de resfriamento de pelo menos 10 cm2. O IP utiliza um relé eletromagnético DC GBR10.1-11.24 com tensão de operação de 24 V, capaz de comutar corrente alternada de 8 A em circuitos com tensão de até 250 V. Pode ser substituído por qualquer outro com valor permitido corrente alternada comutada de pelo menos 1 A em circuitos com tensão de 250 V. Porém, é desejável utilizar um relé com corrente de comutação mínima para aumentar a eficiência da fonte de alimentação, pois quanto menor a corrente de operação, maior deve ser a resistência possuem resistores R1, R2 e menos energia será dissipada neles. Os indutores L1, L2 e o transformador T1 são usados prontos - de um computador antigo EC1060: L1 - I5, L2 - 4777026 ou 009-01, T1 - 052-02. Você também pode fazê-los sozinho. O indutor L1 é enrolado (dois enrolamentos ao mesmo tempo) em um circuito magnético anular K28x16x9 feito de ferrite (por exemplo, graus M2000NM-A ou M2000NM1-17) ou alsifer. Seus enrolamentos contêm 315 voltas de fio PEV-2 0,3. O indutor ressonante L2 é enrolado em um circuito magnético de anel K20x10x5 feito de ferrite M2000NM-A. Seu enrolamento contém 13 voltas de fio PEV-2 0,6. O transformador T1 é enrolado em um circuito magnético de anel K45x28x8 feito de ferrite M2000NM1-17. O enrolamento I contém 200 voltas de fio PEV-2 0,6, enrolamento II - 35 voltas de fio PEV-2 1, enrolamento III - 5 voltas de fio PEV-2 0,6. A ordem de enrolamento dos enrolamentos do circuito magnético é arbitrária. Entre os enrolamentos é necessário colocar uma camada de isolamento, por exemplo, fita fluoroplástica. Além disso, o transformador deve ser impregnado, por exemplo, com parafina de vela ou ceresina. Isto não só aumentará a rigidez dielétrica do isolamento, mas também reduzirá o zumbido gerado pela fonte em marcha lenta. O transformador T2 é enrolado em um circuito magnético de anel K20x10x5 feito de ferrite M2000NM-A. Os enrolamentos I e II contêm sete voltas de fio PEV-2 0,3 cada (eles são enrolados simultaneamente em dois fios), e o enrolamento III contém nove voltas de fio PEV-2 0,3. O desenho do IP pode ser arbitrário, a posição relativa dos elementos na placa não é crítica. É importante apenas garantir um bom fluxo de ar para os dispositivos semicondutores por convecção natural ou instalar a fonte de alimentação dentro do dispositivo alimentado próximo ao ventilador. O IP descrito praticamente não precisa ser ajustado, embora valha a pena garantir que o conversor opere em modo quase ressonante. Para isso, uma carga equivalente é conectada à saída da fonte de alimentação - um resistor com potência de 100 W e resistência de 36 ohms. Em série com o capacitor C6, está incluído um resistor adicional com resistência de 0,1 ... 1 Ohm e potência de 1 ... 2 W. As pontas de prova do osciloscópio são conectadas a um resistor adicional: comum - ao ponto médio do divisor de tensão R3R4C4C5, sinal - ao capacitor C6. Você deve certificar-se de que o osciloscópio não esteja conectado galvanicamente à rede. Se conectado, deverá ser conectado à rede através de um transformador isolante com relação de transformação de 1:1. Em qualquer caso, as normas de segurança devem ser observadas. Depois de aplicar energia ao IP, eles estão convencidos da presença de pulsos de corrente em forma de sino com pausa em zero. Se a forma do pulso for diferente daquela mostrada na Fig. 1, é necessário selecionar o número de voltas do indutor L2 até que a ressonância seja obtida. Em um resistor adicional com resistência de 0,1 Ohm, a amplitude dos pulsos deve ser de cerca de 0,1 V. Agora você deve comparar a forma da corrente e da tensão no transistor chaveador VT2 com aquelas mostradas na fig. 2 gráficos. Se eles tiverem formato próximo, o IP operará em modo quase ressonante. O limite de proteção pode ser alterado. Para isso, selecione a resistência do resistor R7 para que a proteção opere na corrente de carga necessária. Caso seja necessário desligar a fonte de alimentação quando a potência da carga for inferior a 70 W, a resistência do resistor R7 deverá ser reduzida. Para limitar a corrente de carga do capacitor C3 no momento de ligar, recomendamos conectar um resistor com resistência de 5,6 ... 10 Ohm com potência de 2W ao rompimento de qualquer fio da rede. Literatura
Autores: E. Gaino, E. Maskatov, Taganrog, região de Rostov.
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Comentários sobre o artigo: Vladimir O esquema é muito atraente. Mas há algumas questões: a frequência de operação muda de 12 kHz para 57 kHz quando a carga muda. Portanto, a eficiência também está sujeita a alterações. Em que carga está a frequência máxima e em que mínima? É possível usar "nossos" componentes de rádio chineses no circuito? Transistores, capacitores e ferritas. A indutância da bobina ressonante não é especificada, mas seria bom. Caso contrário, tudo está claro e corresponde a circuitos de trabalho com carga ressonante. Uma última pergunta: o circuito do reator de luz fluorescente é ressonante ou quase ressonante? Estou um pouco confuso nas definições. [oops] [para cima]
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