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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Estabilizador de tensão de comutação com maior eficiência
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Protetores contra surtos O artigo descreve um poderoso regulador de comutação de alta eficiência, fabricado em um microcircuito UC3843 especializado. O dispositivo tem proteção contra sobrecorrente. O problema de aumentar a eficiência das fontes de alimentação é especialmente relevante para conversores de alta potência com baixa tensão de saída (3...5V). Foi resolvido usando elementos estrangeiros modernos: um microcircuito de controle especializado; diodos com baixa queda de tensão e tempo de recuperação; transistores de efeito de campo com baixa resistência. A figura mostra um diagrama de um poderoso regulador de tensão de comutação com proteção contra sobrecorrente.
Principais características técnicas
O estabilizador usa um chip de controle UC3843 da UNITRODE CORP (para uma descrição detalhada, consulte o livro "Circuitos integrados: microcircuitos para fontes de alimentação comutadas e suas aplicações". - M .: DODEKA. 1997). Aqui nos detemos apenas nas principais funções de seus nós envolvidos na operação do estabilizador. O microcircuito UC3843 incorpora um nó de inicialização, que, quando a tensão de alimentação é superior a 7,5... ,8 V (pino 7), muda todos os nós do modo de espera para o estado de trabalho. Nesse caso, a fonte de tensão exemplar (pino 8) gera uma tensão estabilizada de 5 V e o oscilador principal (pino 4) produz uma tensão dente de serra, cuja frequência e proporção dos tempos de subida e descida são determinadas pelas classificações dos elementos R3 e C10. O poderoso amplificador de buffer de saída (pino 6) gera uma tensão de controle retangular com uma amplitude ligeiramente menor que a tensão de alimentação do microcircuito. Sua frequência, duração do pulso e pausas coincidem com parâmetros semelhantes da tensão dente de serra do oscilador mestre. O chip de controle implementa um método de largura de pulso para estabilizar a tensão de saída. Para fazer isso, inclui um nó de comparação no sistema operacional. uma parte da tensão de referência (2.5 V) é fornecida a uma entrada e uma parte da saída do divisor de tensão resistiva R1R4 é fornecida à outra. Elementos R2C8 - o circuito corretivo deste amplificador. Durante a regulagem, a duração do pulso de saída começa a diminuir em relação ao original, assim que a tensão no pino 2 do microcircuito ultrapassa 2,5 V. A frequência dos pulsos permanece constante. Para proteger o estabilizador de sobrecorrente, um comparador de alta velocidade é fornecido no microcircuito. Uma tensão exemplar de 1 V da fonte embutida é aplicada a uma de suas entradas e uma tensão proporcional à corrente que flui através do transistor aberto VT3 é aplicada à outra (pino 2). Essa tensão forma o transformador de corrente T1, cujo enrolamento primário é conectado em série com o transistor VT2. Quando está aberto. uma corrente flui através do enrolamento secundário do transformador, diodo VD1 e resistor R5, que é k vezes menor que a corrente do enrolamento primário, onde k \u1d wp / w1 é a taxa de transformação T5. Assim, uma tensão é formada no resistor R2, repetindo exatamente a forma da corrente do transistor VT5. cujo valor instantâneo em cada instante de tempo é determinado pela expressão: Ur2 = lvT5·RXNUMX/k. No início de cada período, a tensão de saída de controle do microcircuito abre o transistor VT2 e, quando a tensão no pino 3 atinge 1 V, ele é forçado a fechar. Durante uma sobrecarga do estabilizador, esse processo ocorre a cada período, evitando assim um aumento de corrente através do transistor VT2. e, portanto, através da carga. IRF4905 - transistor de efeito de campo de canal p da INTERNATIONAL RECTIFIER. Sua resistência aberta é de cerca de 20 mΩ. e o atraso na abertura e fechamento é inferior a 0,1 μs. Ele adquire essas características somente quando controlado por um poderoso amplificador de pulso, que fornece uma grande corrente de recarga (vários A) das capacitâncias de porta-fonte e porta-dreno. No regulador de tensão em consideração, este amplificador é feito em transistores de micromontagem VT1.1, VT1.2. Além disso, inverte o sinal de controle gerado pelo microcircuito. O filtro de suavização de saída é formado pelos capacitores C12 - C17. Seu número (seis) e a escolha do tipo são suficientes para filtragem de alta qualidade da tensão de saída sem um filtro adicional de alta frequência. O filtro em forma de U de entrada é necessário para suprimir a interferência de alta frequência que ocorre devido à natureza pulsada da corrente consumida pelo estabilizador. Tornou-se possível reduzir as perdas de chaveamento e aumentar a eficiência do estabilizador devido ao uso de um diodo Schottky com baixa queda de tensão e tempo de recuperação de cerca de 2 μs como VD0,05. O dispositivo é feito em elementos padrão, com exceção dos enrolamentos. O indutor L1 é enrolado em um anel K10x6x4.5 feito de permalloy MP 140 e contém 5 voltas em 6 fios PEV 0,5. colocados uniformemente em todo o perímetro do anel. Choke L2 é feito no anel K19X11x4,8 do mesmo material e contém 12 voltas de 10 fios do mesmo diâmetro. O transformador T1 é enrolado em um anel K1Ox6x2000 feito de ferrita 1NM0.2. O enrolamento secundário w„ é feito com fio PEV 200 e contém 2 voltas dispostas uniformemente em todo o perímetro do anel. O enrolamento primário é um fio que passa pelo orifício do anel, cujas extremidades conectam, respectivamente, o terminal positivo dos capacitores C7-C2 e a fonte do transistor VTXNUMX. Ao conectar um transformador, é necessário observar cuidadosamente a fase correta dos enrolamentos. Para filtragem de alta qualidade de interferência de alta frequência, são utilizados capacitores de tântalo sem chumbo (C 1-C7, C12-C17) no pacote D (capacitores para montagem em superfície) da NEC, NICHCON, TDK, etc. É verdade que os dois últimos tipos de capacitores devem ser selados após a instalação. O estabilizador não precisa ser ajustado, claro, se sua instalação for de alta qualidade. As peculiaridades da operação do microcircuito DA1 incluem o fato de que ele não "gosta" de trabalhar com ciclos de trabalho de pulsos de controle menores que 2, ou seja, baixa tensão de alimentação. Isso se manifesta no fato de que os pares de pulsos de períodos adjacentes têm uma duração diferente, mas constante, para uma determinada tensão de alimentação. Na verdade, isso significa que a forma da ondulação da tensão de saída receberá outro envelope em uma frequência metade da frequência do oscilador principal. Esse recurso pode ser eliminado conectando-se entre os terminais 3 e 4 de um microcircuito do circuito serial de um resistor com resistência de 0,1 ... 2 kOhm e um capacitor com capacidade de 1000 ... 10000 pF. No entanto, a frequência dessas oscilações "parasitárias" é alta, praticamente não aumenta a amplitude das ondulações da tensão de saída e não afeta as propriedades dinâmicas do estabilizador como um todo. O regulador de comutação deve ser montado em uma placa de circuito impresso com condutores curtos e largos. Quanto menor seu tamanho, menos interferência induzida será, o que determina em grande parte a estabilidade do dispositivo como um todo. O transistor VT2 e o diodo VD2 são instalados em um dissipador de calor com uma área de superfície efetiva de pelo menos 100 cm2 e, para reduzir a interferência induzida, esses elementos devem ser instalados através de espaçadores isolantes e o próprio dissipador de calor é conectado eletricamente ao terminal negativo dos capacitores C2 - C7. A saída certa do indutor 12 de acordo com o diagrama deve ser conectada à saída positiva do capacitor C12, e a saída do resistor R4, certo de acordo com o diagrama, à saída positiva do capacitor C17. Ele também fornece tensão de saída para a carga. O layout do estabilizador foi feito em uma placa de circuito impresso dupla face de 60x90 mm de tamanho e 2 mm de espessura. No lado superior da placa existem elementos "altos": indutores, um transformador, um microcircuito, e no lado "inferior" existem capacitores de tântalo de filtragem, um conjunto de transistor VT1, um transistor VT2 e um diodo VD2 com flanges para fora. Através de seis furos espaçados uniformemente ao redor do perímetro, a placa é aparafusada a uma placa dissipadora de calor de alumínio do mesmo tamanho e 3 mm de espessura da placa. O resultado foi um design plano com espessura de 18 mm. Para um resfriamento eficaz, o estabilizador é instalado verticalmente. Autor: A.Mironov, Lyubertsy, Região de Moscou
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