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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Fonte de alimentação de comutação de um poderoso UMZCH
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação As fontes de alimentação chaveadas são amplamente utilizadas em equipamentos eletrônicos modernos. Os rádios amadores também passaram a utilizá-los com maior frequência, como evidenciado pelo aumento do número de publicações na literatura de engenharia de rádio, em particular na revista "Rádio". No entanto, na maioria dos casos, são descritos projetos de potência relativamente baixa. O autor do artigo publicado chama a atenção dos leitores para uma fonte chaveada com potência de 800 W. Difere dos descritos anteriormente pelo uso de transistores de efeito de campo e um transformador com enrolamento primário com terminal intermediário no conversor. O primeiro proporciona maior eficiência e um nível reduzido de interferência de alta frequência, e o segundo fornece metade da corrente através dos transistores principais e elimina a necessidade de um transformador de isolamento em seus circuitos de porta. A desvantagem desta solução de circuito é a alta tensão nas metades do enrolamento primário, o que requer o uso de transistores com tensão permitida adequada. É verdade que, ao contrário de um conversor de ponte, neste caso são suficientes dois transistores em vez de quatro, o que simplifica o projeto e aumenta a eficiência do dispositivo. As fontes de alimentação chaveadas (UPS) usam conversores de alta frequência de um e dois ciclos. A eficiência do primeiro é inferior à do último, por isso não é prático projetar UPSs de ciclo único com potência superior a 40...60 W. Os conversores push-pull fornecem potência de saída significativamente maior com alta eficiência. Eles são divididos em vários grupos, caracterizados pelo método de excitação dos transistores chave de saída e pelo circuito para conectá-los ao circuito do enrolamento primário do transformador conversor. Se falamos do método de excitação, podemos distinguir dois grupos: com autoexcitação e excitação externa. Os primeiros são menos populares devido às dificuldades de estabelecimento. Ao projetar UPSs potentes (mais de 200 W), a complexidade de sua fabricação aumenta injustificadamente, portanto, são de pouca utilidade para tais fontes de alimentação. Conversores com excitação externa são adequados para criar UPSs de alta potência e às vezes quase não requerem configuração. Quanto à conexão de transistores chave a um transformador, existem três circuitos: a chamada meia ponte (Fig. 1, a), ponte (Fig. 1, b) e com enrolamento primário derivado do meio (Fig. 1 ,c). Hoje, o conversor meia ponte é o mais amplamente utilizado [1]. Requer dois transistores com um valor de tensão relativamente baixo Uke max. Como pode ser visto a partir da fig. 1, a. os capacitores C1 e C2 formam um divisor de tensão ao qual o enrolamento primário (I) do transformador T2 está conectado. Quando o transistor chave abre, a amplitude do pulso de tensão no enrolamento atinge o valor Upit/2 - Uke max.
O conversor ponte [2] é semelhante ao conversor meia ponte, porém nele os capacitores são substituídos pelos transistores VT3 e VT4 (Fig. 1. b), que abrem aos pares na diagonal. Este conversor tem uma eficiência um pouco maior devido ao aumento da tensão fornecida ao enrolamento primário do transformador e, portanto, à diminuição da corrente que flui pelos transistores VT1 - VT4. A amplitude da tensão no enrolamento primário do transformador, neste caso, atinge o valor Upit - 2Uke max. O conversor de acordo com o diagrama da Fig. se destaca. 1. c. caracterizado pela mais alta eficiência. Isto é conseguido reduzindo a corrente do enrolamento primário e. como resultado, reduzindo a dissipação de energia nos principais transistores, o que é extremamente importante para UPSs potentes. A amplitude da tensão de pulso na metade do enrolamento primário aumenta para o valor Upit - Uke max. Deve-se notar também que, diferentemente de outros conversores (1,2), não necessita de transformador de isolamento de entrada. No dispositivo de acordo com o diagrama da Fig. 1. É necessário usar transistores com alto valor de Uke max. Como o final da metade superior (conforme diagrama) do enrolamento primário está conectado ao início do inferior, quando a corrente flui no primeiro deles (VT1 está aberto), uma tensão é criada no segundo, igual ( em valor absoluto) à amplitude da tensão no primeiro, mas de sinal oposto em relação ao Upit. Em outras palavras, a tensão no coletor do transistor fechado VT2 chega a 2Upit. portanto, seu Uke max deve ser maior que 2Upit. O UPS proposto utiliza um conversor push-pull com um transformador, cujo enrolamento primário possui um terminal intermediário. Possui alta eficiência. baixo nível de ondulação e emite interferência fraca na área circundante. O autor o usa para alimentar uma versão mais poderosa de dois canais do UMZCH. descrito em [3]. Tensão de entrada do UPS - 180...240 V. Tensão nominal de saída (com entrada 220 V) - 2x50 V. Potência máxima de carga - 800 W. a frequência de operação do conversor é 90 kHz. O diagrama esquemático do UPS é mostrado na Fig. 2. Como você pode ver, este é um conversor com excitação externa sem estabilização da tensão de saída. Na entrada do dispositivo está incluído um filtro de alta frequência C1L1C2, que evita a entrada de interferências na rede. Depois de passar, a tensão da rede é retificada pela ponte de diodos VD1 - VD4. as ondulações são suavizadas pelo capacitor C3. Tensão CC retificada (cerca de 310 V) é usada para alimentar o conversor de alta frequência.
O dispositivo de controle do conversor é feito em microcircuitos DD1-DD3. É alimentado por uma fonte estabilizada separada que consiste em um transformador abaixador T1. retificador VD5 e estabilizador de tensão nos transistores VT1, VT2 e diodo zener VD6. Em elementos DDI. 1. DD1.2 montou um oscilador mestre que gera pulsos com frequência de repetição de cerca de 360 kHz. Em seguida vem um divisor de frequência por 4, feito nos gatilhos do microcircuito DD2. Usando os elementos DD3.1, DD3.2, são criadas pausas adicionais entre os pulsos. Uma pausa nada mais é do que um nível lógico 0 nas saídas destes elementos, que surge quando existe um nível 1 nas saídas do elemento DDI.2 e dos flip-flops DD2.1 e DD2.2 (Fig. 3). Uma tensão de baixo nível na saída de DD3.1 (DD3.2) bloqueia DD1.3 (DD1.4) no estado “fechado” (na saída - nível lógico 1).
A duração da pausa é igual a 1/3 da duração do pulso (Fig. 3, diagramas de tensão nos pinos 1 DD3.1 e 13 DD3.2), o que é suficiente para fechar o transistor chave. Das saídas dos elementos DD1.3 e DD1, os pulsos finalmente formados são fornecidos às chaves de transistor (VT4. VT5), que, por meio dos resistores R6, R10, controlam as portas dos potentes transistores de efeito de campo VT11, VT9. Os pulsos das saídas direta e inversa do gatilho DD2.2 são fornecidos às entradas de um dispositivo feito em transistores VT3. VT4. VT7. VT8. Abrindo alternadamente, VT3 e VT7. VT4 e VT8 criam condições para descarga rápida das capacitâncias de entrada dos transistores principais VT9, VT10. ou seja, seu fechamento rápido. Além disso, como pode ser visto na Fig. 3 (diagramas de tensão nos pinos 12 e 13 do DD2.2). VT7 e VT8 abrem imediatamente após o final do pulso, portanto, em qualquer potência de saída, cada um dos transistores VT9, VT10 sempre consegue fechar de forma confiável antes que o segundo abra. Se esta condição não fosse atendida, uma corrente passante fluiria através deles e, portanto, através do enrolamento primário do transformador T2. o que não só reduz a confiabilidade e a eficiência do UPS. mas também cria surtos de tensão, cuja amplitude às vezes excede a tensão de alimentação do conversor. Os circuitos de porta dos transistores VT9 e VT10 incluem resistores de resistência relativamente alta R10 e R11. Juntamente com a capacitância da porta, eles formam filtros de baixa tensão que reduzem o nível de harmônicos quando as chaves são abertas. Para o mesmo propósito, foram introduzidos os elementos VD9-VD12. P16, R17, S12.S13 Nos circuitos de drenagem dos transistores VT9. VT10 o enrolamento primário do transformador T2 está ligado. Os retificadores de tensão de saída são feitos por meio de um circuito em ponte com diodos VD13 - VD20, o que reduz um pouco a eficiência do dispositivo, mas reduz significativamente (mais de cinco vezes) o nível de ondulação na saída do UPS. É importante notar que a forma de oscilação, quase retangular na carga máxima, transforma-se suavemente em quase senoidal quando a potência é reduzida para 10...20 W. o que tem um efeito positivo no nível de ruído do UMZCH em volumes baixos. A tensão retificada do enrolamento IV do transformador T2 é utilizada para alimentar os ventiladores (veja abaixo). O dispositivo usa capacitores K73-17 (C1. C2. C4). K50-17 (C3), MBM (C12. C13). K73-16 (C14-C21. C24. C25). K50-35 (C5-C7). KM (descanso). Em vez dos indicados no diagrama, é permitida a utilização de microcircuitos da série K176. K564. Os diodos D246 (VD1-VD4) são intercambiáveis com quaisquer outros projetados para uma corrente direta de pelo menos 5 A e uma tensão reversa de pelo menos 350 V (KD202K. KD202M. KD202R, KD206B. D247B). ou uma ponte retificadora de diodo com os mesmos parâmetros, diodos KD2997A (VD13-VD20) - em KD2997B. KD2999B. Diodo Zener D810 (VD6) - em D814V. Quaisquer transistores das séries KT1, KT817 podem ser usados como VT819. como VT2-VT4 e VT5, VT6 - respectivamente, qualquer uma das séries KT315, KT503, KTZ102 e KT36K KT502. KT3107. no lugar de VT9, VT10 - KP707V1, KP707E1. Não é recomendado substituir os transistores KT3102Zh (VT7. VT8). Transformador T1 - TS-10-1 ou qualquer outro com tensão de enrolamento secundário de 11...13 V com corrente de carga de pelo menos 150 mA. A bobina do filtro de linha L1 é enrolada em um anel de ferrite (M2000NM1) de tamanho padrão K31M8,5u7 com fio PZV-1 1,0 (2x25 voltas), o transformador T2 é enrolado em três anéis de ferrite da mesma marca, mas de tamanho padrão K45x28x12, colados. O enrolamento I contém 2x42 voltas de fio PEV-2 1,0 (fios mal enrolados), enrolamentos II e III - 7 voltas cada (em cinco fios PEV-2 0,8), enrolamento IV - 2 voltas PEV-2 0.8. Três camadas de isolamento de fita fluoroplástica são colocadas entre os enrolamentos. Os núcleos magnéticos das bobinas L2, L3 são hastes de ferrite (1500NMZ) com diâmetro de 6 e comprimento de 25 mm (aparadores de núcleos blindados B48). Os enrolamentos contêm 12 voltas de fio PEV-1 1.5. Transistores VT9. O VT10 é instalado em dissipadores de calor com ventiladores usados para resfriar microprocessadores Pentium (unidades semelhantes de processadores 486 também são adequadas). Os diodos VD13-VD20 são montados em dissipadores de calor com área superficial de cerca de 200 cm2. Para resfriar os transistores do estágio de saída do UMZCH, uma ventoinha de uma fonte de alimentação de computador ou qualquer outra com tensão de alimentação de 12 V é instalada na parede traseira. Ao instalar um UPS, você deve se esforçar para garantir que todas as conexões sejam tão curtas quanto possível e, na seção de alimentação, usar um fio com a maior seção transversal possível. É aconselhável encerrar o UPS numa blindagem metálica e ligá-lo ao pino 0 V da saída da fonte, conforme mostrado na Fig. 4. O fio comum da seção de alimentação não deve ser conectado à blindagem. Como o UPS não está equipado com dispositivo de proteção contra curto-circuito e sobrecarga, fusíveis de 10 A devem ser incluídos no circuito de alimentação UMZCH.
O UPS descrito praticamente não precisa ser configurado. É importante apenas fasear corretamente as metades do enrolamento primário do transformador T2. Se as peças estiverem em bom estado de funcionamento e não houver erros de instalação, a unidade começa a funcionar imediatamente após ser conectada à rede. Se necessário, a frequência do conversor é ajustada selecionando o resistor R3. Para aumentar a confiabilidade do UPS, é aconselhável operá-lo com um UMZCH, que fornece ventilação por ventilador de fluxo contínuo. Literatura
Autor: D. Kolganov, Kaluga
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