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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Estabilizador de corrente SHI
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Designer de rádio amador O dispositivo discutido neste artigo fornece uma corrente estável à carga (valor médio). Sua corrente de saída são pulsos com amplitude constante e ciclo de trabalho variável. Tais dispositivos, segundo os autores, podem ser utilizados, por exemplo, para carregamento de baterias e em eletroquímica. Atualmente, os estabilizadores de pulso, devido à sua alta eficiência e ótimas características de peso e tamanho, estão substituindo os dispositivos de controle linear. Uma das formas eficazes de regular a tensão e a potência na carga é o controle da largura de pulso (PW), quando a frequência dos pulsos permanece inalterada, mas seu ciclo de trabalho varia. É assim que a tensão de saída é regulada na maioria das fontes de alimentação chaveadas, incluindo os mais modernos receptores de televisão e outros equipamentos. No entanto, existem dispositivos onde é necessário estabilizar não a tensão, mas a corrente na carga - filamentos incandescentes (aquecedores) em tubos de imagem e dispositivos de iluminação, no controle dos processos de galvanização e eletrólise, e no carregamento de baterias de automóveis. O estabilizador de corrente SHI descrito pode ser usado para resolver os problemas listados.
Parâmetros técnicos principais
O princípio de funcionamento de tal estabilizador, cujo diagrama funcional é mostrado na Fig. 1, extremamente simples. O gerador DC G1 é conectado à carga Rн através do elemento de medição E1 e da chave S1. A chave é controlada pelo driver de duração de pulso E2. O sinal para ligar o modelador (e, portanto, a chave) é gerado pelo gerador de pulsos G2. Quando o valor da corrente de saída necessária é atingido, o sinal do elemento de medição E1 através do amplificador A1 atua no driver E2, que desliga a chave. O gerador G2 controla a frequência do pulso e o modelador E2 controla seu ciclo de trabalho. Assim, alterando o ciclo de trabalho dos pulsos de comutação, é possível regular o valor médio da corrente de saída no circuito de carga. Como pode ser visto a partir da fig. 1, o estabilizador de corrente SHI consiste em apenas cinco elementos. Mas a necessidade de algumas funções de serviço (proteção contra curtos-circuitos no circuito de carga, indicação dos modos de operação e emergência) complica um pouco o dispositivo (Fig. 2).
O ruído de pulso da tensão de entrada é suavizado pelo capacitor de filtro C1. Como a tensão de entrada excede a tensão permitida para alimentar o microcircuito DD1, o resistor R22 e o diodo zener VD1 geram a tensão necessária, que é adicionalmente filtrada pelos capacitores C2 e C3. Um gerador baseado em um transistor unijunção VT1 produz pulsos de formato exponencial com frequência de repetição de cerca de 200 Hz (Fig. 3, diagrama 1). A frequência do pulso pode ser ajustada selecionando o resistor R1, capacitor C4, bem como alterando a resistência do resistor R2. Os transistores VT2, VT3 formam subidas e descidas mais acentuadas desses pulsos e trazem sua amplitude para a tensão de alimentação do microcircuito (Fig. 3, diagrama 2) para controlar o disparo (entradas S1 e R1 do microcircuito DD1). Como quando a tensão de alimentação é ligada, o pulso atrasado por um curto período pelo circuito C5L1, fornecido às entradas dos gatilhos S1, S3, S4, coloca suas saídas 1, 3, 4 em nível alto, o transistor VT7 é fechado , e o transistor aberto VT8 é conectado através do resistor R20 ao negativo da base da fonte de alimentação secundária do transistor VT9. A corrente da fonte de alimentação começa a fluir através do circuito: resistor de medição R11, transistor VT9, carga. Após carregar o capacitor C4, o primeiro pulso do gerador na entrada S1 não alterará o estado do gatilho (S1-R1), a saída 1 do microcircuito permanecerá alta. A corrente de carga cria uma queda de tensão no resistor de medição R11, que é aplicada através dos resistores R12, R13 à junção do emissor do transistor VT6, desviada pelo capacitor C5. A forma de onda da tensão em sua base é mostrada na Fig. 3, diagrama 3. No momento inicial, o capacitor está descarregado e o transistor VT5 está fechado. Algum tempo após o início do carregamento, a tensão na junção do emissor do transistor VT5 atinge seu nível de abertura. O capacitor C6 está descarregado. Um pulso de tensão é formado no resistor R9 e, portanto, na entrada R1 do microcircuito DD1 (Fig. 3, diagrama 4). A saída 1 está definida como baixa, o transistor VT7 abre e fecha a junção do emissor do transistor VT9. A corrente através da carga para. Com a chegada do próximo pulso do gerador ao transistor VT1, o processo se repete. O resistor de corte R13 altera o momento de abertura do transistor VT5 e, portanto, regula o valor médio da corrente de carga, cujo formato de pulso é mostrado na Fig. 3, diagrama 5. Como o valor de amplitude selecionado da corrente de saída é 6 A, para uma corrente de pulso com ciclo de trabalho de 2, seu valor médio deve ser ajustado para 3 A. A estabilização atual é realizada da seguinte forma. À medida que a resistência da carga diminui, a corrente de saída aumenta. Isso causará um aumento na queda de tensão no resistor de medição R11, o que levará a uma abertura mais precoce do transistor VT5 e a uma diminuição na duração dos pulsos de corrente de saída. Com isso, o valor médio da corrente de carga permanecerá constante, igual a 3 A. Da mesma forma, a estabilização ocorre com o aumento da corrente de saída causado pelo aumento da tensão de alimentação na entrada do dispositivo. Com a diminuição do valor da amplitude da corrente de carga, devido à diminuição da tensão de alimentação ou ao aumento da resistência da carga, o ciclo de trabalho dos pulsos de corrente diminui e seu valor médio permanece o mesmo. A função de proteger o estabilizador contra curtos-circuitos na carga é desempenhada por uma unidade no transistor VT4. Se a corrente de saída aumentar para 20 A, a queda de tensão no resistor R11 torna-se suficiente para ligar o diodo zener VD2. O transistor aberto VT4 forma um pulso de tensão no resistor R14, fornecido às entradas R3, R4 do microcircuito DD1. O capacitor C7, resistor shunt R14, enfraquece o ruído de impulso no circuito de proteção. Um nível baixo aparece na saída 3 do microcircuito. O transistor VT8 anteriormente aberto fecha, eliminando a passagem da corrente de base do transistor VT9. Os pulsos subsequentes na entrada S1 do microcircuito fixam o nível alto em sua saída 1 e o estado fechado do transistor VT7, de modo que o transistor VT9 permanece fechado. A corrente na carga para e só se torna possível depois que o estabilizador é desligado e ligado novamente. Como as entradas do microcircuito S3, S4 e R3, R4 são combinadas aos pares, nas suas saídas 3 e 4 os sinais um e zero aparecem de forma síncrona. O estado aberto do transistor VT8 corresponde a um nível alto na saída 4; O LED HL1 está apagado. Quando a proteção é acionada, a corrente flui pelo circuito HL1, R18 e o LED sinaliza o modo de emergência. Para indicar o modo de operação, o transistor VT6 é usado: a corrente flui através de seu circuito coletor - um resistor limitador de corrente R21 conectado em série e um LED HL2, cujo brilho indica o fluxo da corrente de carga. O estabilizador de corrente usa resistores MLT constantes; resistores de sintonia R2 e R13 - SP3-38b. O resistor R11 pode ser um fio enrolado caseiro ou feito de fábrica com potência de pelo menos 4 W. O capacitor C2 é K50-35, os demais são cerâmicos K10-17-1b, podem ser substituídos por KM, KLS, etc. O indutor L1 é de alta frequência - DM-0,2 com indutância de 60 a 200 μH. Diodo Zener VD1 - qualquer um com tensão de estabilização de 12...14 V. É aconselhável escolher o LED HL1 com cor de brilho vermelho: série AL307A, AL307AM, AL307B, AL307BM ou AL102, e o LED HL2 - verde ou amarelo : AL307V-AL307E. Em vez do microcircuito K561TP2, você pode instalar o K564TP2 se pré-formar seus terminais com uma pinça. Transistor unijunção - KT117 com índice de qualquer letra; em casos extremos, pode ser substituído por um análogo bem conhecido de dois transistores de silício de baixa potência de estruturas diferentes. Os transistores KT208A e KT312V são intercambiáveis com dispositivos das séries KT361, KT3107 e KT315, KT3102, respectivamente, com qualquer índice de letras. Nenhuma seleção de transistores é necessária com base no ganho. O poderoso transistor composto KT825 também pode ter qualquer índice, mas se houver vários deles, é aconselhável após as medições selecionar o coletor-emissor com a menor tensão de saturação em uma corrente de coletor de 3...6 A. Todos os elementos, com exceção do transistor KT825, são montados em uma placa de circuito impresso feita de laminado de fibra de vidro de um lado com espessura de 1...1,5 mm e dimensões de 80x45 mm. O transistor KT825 é instalado em um dissipador de calor com superfície de resfriamento de cerca de 200 cm2. Para configurar o dispositivo, você precisará de uma poderosa fonte de alimentação de laboratório com uma corrente permitida de pelo menos 10 A, por exemplo B5-21. Suponhamos que com uma corrente na carga I = 6 A, a tensão nela atinge 15 V ou mais, dependendo da temperatura do ar ambiente (solução) e da concentração da solução. A partir da lei de Ohm é fácil calcular a resistência de carga equivalente R = U/I = 2,5 Ohm. Potência do resistor P = I ( U = 90 W. Esta condição é satisfeita por quatro resistores PEVT-25 conectados em paralelo com uma resistência de 10 Ohms. Para evitar danos aos elementos do dispositivo por alta corrente, a instalação deve ser realizada em duas etapas ... Na primeira etapa, conecte uma carga equivalente - um resistor MLT-2 com resistência de 100 Ohm, a corrente de carga neste caso será de cerca de 150 mA. Para criar uma queda de tensão de cerca de 11 V no resistor de medição R1, sua resistência deve ser selecionada igual a 6,8 Ohms, potência - 0,25 W. Após conectar os elementos calculados (R11=6,8 Ohm, Rн=100 Ohm), inicia-se a primeira etapa de configuração. Ligue a alimentação e meça a tensão no diodo zener VD1, que deve ser 12...14 V. Usando um osciloscópio, monitore os pulsos com base no transistor VT2, se necessário, o resistor R2 regula seu período de repetição T = 5 ms . Se não houver pulsos amplificados nos coletores dos transistores VT2 e VT3, será necessário selecionar um resistor R5. Em seguida, os pulsos no coletor do transistor VT5 são controlados e o intervalo de regulação é determinado pelo resistor R13. Um osciloscópio é usado para verificar a presença e a forma dos pulsos de corrente na carga equivalente: o resistor R13 define a forma dos pulsos de onda quadrada e o LED “Operação” HL2 deve acender. A alteração da tensão da fonte de alimentação deve levar a uma alteração correspondente no ciclo de trabalho dos pulsos. Resumidamente, um resistor com resistência de 18 Ohms é usado para desviar o equivalente da carga (tal carga cria uma corrente no circuito de saída de 0,6 A e uma queda de tensão correspondente no resistor de medição de 4 V, que é igual a a queda de tensão no resistor R11 com uma resistência de 0,2 Ohm a uma corrente de 20 A). Os pulsos na carga deverão desaparecer e o LED “Alarme” HL1 acenderá. Após desligar a fonte de alimentação e ligá-la novamente, o funcionamento normal do dispositivo deverá ser restaurado. Se a proteção contra curto-circuito não funcionar, você precisará selecionar um diodo zener VD2 e um resistor R10. Isso conclui o primeiro estágio de configuração. No segundo estágio, instale o resistor R11 com o mostrado na Fig. 2 e conecte uma carga equivalente com resistência de 2,5 Ohms. O resistor R20 é comutado temporariamente do coletor do transistor VT8 para o seu emissor. Depois de ligar a fonte de alimentação, meça a queda de tensão no resistor R11, na carga e na seção emissor-coletor do transistor VT9. Deve ser 1,2, 15 e 1,5...2,5 V, respectivamente. Ao alterar a tensão na saída da fonte de alimentação no momento em que o transistor VT9 entra no modo de saturação, é determinada a tensão de alimentação mínima necessária do dispositivo. A fonte de alimentação (para aumentar a eficiência é aconselhável usar uma chaveada), com a qual se pretende usar o estabilizador SHI, deve ser ajustada para esta tensão e depois conectada a ela em vez da de laboratório: a queda de tensão entre os elementos listados deve permanecer o mesmo. Sua discrepância indica potência insuficiente da fonte de alimentação chaveada. Se a potência da unidade for suficiente, restaure a conexão do resistor R20, em vez da carga equivalente, conecte uma carga real e um amperímetro de 5 A. Usando o resistor R13, a corrente de carga é ajustada para 3 A, após o que o amperímetro pode ser desligado. O dispositivo está pronto para uso. Autores: V.Zhukov, V.Kosenko, S.Kosenko, Voronezh
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