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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Fonte de alimentação de comutação de laboratório
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação Uma característica especial da fonte de alimentação bipolar que chama a atenção dos leitores é a presença de estágios de controle pulsado e linear em cada braço, o que possibilitou reduzir a queda de tensão e potência no transistor de controle e, consequentemente, reduzir o tamanho de o dissipador de calor. O dispositivo, que o autor opera com sucesso há mais de cinco anos, pode não ter sido totalmente ideal, mas esperamos que os rádios amadores possam modificá-lo usando a base de elementos existente para se adequar às suas tarefas. O principal problema que surge na fabricação de uma fonte de alimentação operando em uma ampla faixa de tensões de saída e com uma grande corrente de carga é garantir a dissipação mínima de energia no elemento de controle e, consequentemente, obter a máxima eficiência do dispositivo como um todo . Uma maneira de resolver este problema é usar um transformador com enrolamento multiseção [1]. As principais desvantagens são a necessidade de manipulação da chave, que é muito inconveniente, e a complexidade de fabricação do transformador. A solução de maior sucesso é uma fonte ajustável pulsada com posterior filtragem de pulsações por um estabilizador de compensação. A complexidade do dispositivo é compensada pelo pequeno tamanho dos dissipadores de calor, uma vez que a queda de tensão e, portanto, a potência alocada ao transistor regulador do estabilizador linear, pode ser mínima e independente da tensão de carga. A fonte de alimentação do laboratório descrita em [2] foi tomada como base. Sua principal desvantagem é um acelerador muito volumoso, que aumenta drasticamente o peso e as dimensões do dispositivo. Na versão proposta da fonte, a regulação da tensão primária é realizada em alta frequência (15...50 kHz), portanto o indutor é feito sobre um núcleo magnético de ferrite, o que reduziu significativamente as dimensões e o peso do dispositivo Principais características técnicas
O circuito de alimentação é mostrado na Fig. 1. Nós idênticos em ambos os braços são destacados com uma linha pontilhada. Consideremos a operação do dispositivo usando o exemplo de uma fonte de tensão positiva.
A tensão alternada do enrolamento secundário do transformador de rede T retifica a ponte de diodos VD1-VD4 e filtra o capacitor Sat. Em seguida, a tensão constante é fornecida ao transistor chaveador VT4 do estabilizador de pulso e ao gatilho Schmitt, montado nos transistores VT5, VT6, cuja tensão de alimentação é estabilizada pelo estabilizador paramétrico R13VD18. No momento inicial após ligar a fonte de alimentação, o sensor de tensão - transistor VT7 está fechado, o transistor VT5 do gatilho Schmitt está aberto e os transistores VT1 e VT2 estão fechados. O transistor VT3 é aberto pela corrente que flui através de sua junção emissora e dos resistores R6 R7. Portanto, o transistor chaveador VT4 também está aberto. O capacitor C8 começa a carregar. A tensão através dele aumenta até chegar perto da saída definida. Um aumento adicional na tensão no capacitor C8 levará à abertura do sensor de tensão VT7 e à ativação do gatilho Schmitt. Como resultado, os transistores VT1 e VT2 serão abertos e os transistores VT3 e VT4 serão fechados. Em seguida, o indutor L1 é ligado, a carga autoindutância abre o diodo VD17 e a energia acumulada no indutor é transferida para a carga. Depois que a reserva de energia do indutor se esgota, o diodo VD17 fecha e a corrente entra na carga do capacitor C8. A tensão nele começa a diminuir e em algum momento o sensor de tensão VT7 fechará. O gatilho Schmitt irá comutar (o transistor VT6 será fechado e o transistor VT5 será aberto), os transistores VT1 e VT2 serão fechados e os transistores VT3 e VT4 serão abertos. O capacitor C8 começará a carregar novamente. O diodo VD16 protege o transistor chaveador VT4 em situações de emergência, por exemplo, quando o diodo VD17 falha ou o capacitor C6 perde capacidade. O estabilizador de compensação nos transistores VT8, VT9, VT11 é montado de acordo com um circuito simples e não possui características especiais. Para aumentar suavemente a tensão de saída após ligar a fonte de alimentação e evitar que a proteção dispare com uma carga capacitiva significativa, são utilizados os elementos R19, VD20, C10. No momento da ligação, o capacitor C10 é carregado em dois circuitos: através do resistor R19 e do resistor R21, diodo VD20. A tensão no capacitor (e na base do transistor VT9) aumenta lentamente ao longo de cerca de 0,5 s. Conseqüentemente, a tensão de saída também aumenta até que o estabilizador entre em estado estacionário. Além disso, o diodo VD20 fecha e o capacitor C10 é recarregado através do resistor R19 e não afeta posteriormente o funcionamento do estabilizador. O diodo VD19 é necessário para descarregar rapidamente o capacitor C10 após desligar a fonte de alimentação e quando a tensão de saída diminuir. Neste caso, a tensão no capacitor C8 diminui mais rapidamente do que no C10, o diodo VD19 abre e a tensão em ambos os capacitores diminui simultaneamente. Além disso, para reduzir rapidamente a tensão de saída quando a fonte de alimentação é desligada, é utilizado o relé K1. Após a unidade ser conectada à rede, a tensão do retificador usando os diodos VD1 VD1 é fornecida ao relé K7 através do resistor R8. A tensão retificada é filtrada por um capacitor de pequena capacitância C3. O relé é acionado, seus contatos K1.1 abrem e não afetam o funcionamento do estabilizador. Quando a unidade é desligada, a tensão no capacitor C3 desaparece mais rápido do que no C6, então o relé K1 quase imediatamente libera seus contatos K1.1 fechados e o capacitor C10 descarrega rapidamente através do resistor R20. Neste momento, o diodo VD20 abre e a tensão na base do transistor VT9 cai para quase zero. A tensão na saída do estabilizador desaparece. O circuito R26VD23 serve para acelerar a descarga do capacitor C13 e dos capacitores da carga ao definir valores de tensão mais baixos. Neste caso, a tensão no coletor do transistor VT11 torna-se menor que a tensão na saída do bloco, o diodo VD23 abre e o capacitor C13 é descarregado através do circuito: resistor R26, diodo VD23, seção coletor-emissor do transistor VT11 e diodos VD21, VD22. Em estado estacionário, o circuito R26VD23 não afeta a operação da unidade. O capacitor C12 evita a autoexcitação do estabilizador. Os capacitores C14 e C23 são conectados diretamente aos terminais de saída da fonte de alimentação para reduzir a ondulação de alta frequência. O circuito R6C7 é necessário para reduzir o tempo de fechamento dos transistores VT3, VT4. Se o transistor VT3 estiver aberto, uma queda de tensão é criada no resistor R6, mais aplicada à base do transistor. O capacitor C7 está carregado na mesma polaridade. Quando o transistor VT2 abre, através de sua seção coletor-emissor, a placa inferior do capacitor do circuito é conectada ao emissor do transistor VT3. Assim, será aplicada uma tensão de fechamento na junção emissor do transistor VT3, o que promove o seu fechamento forçado e, portanto, o fechamento do transistor chaveador VT4. Quando a proteção é acionada (durante sobrecarga ou curto-circuito na carga), a tensão de abertura é fornecida à base do transistor VT10 através do divisor R22R23. Como resultado, a base do transistor VT9 é conectada ao fio comum através da seção coletor-emissor do transistor aberto VT10. A tensão na saída da unidade desaparece. Observemos as características de construção do canal negativo da fonte de alimentação. O estabilizador de comutação e o gatilho Schmitt permaneceram inalterados. O estabilizador de compensação é feito com transistores de condutividade diferente, e o elemento de controle VT21 é conectado ao circuito negativo da linha de alimentação. Isto simplificou a conexão do estabilizador de compensação com a unidade de proteção. O gatilho Schmitt (nos transistores VT17, VT18) é conectado diretamente ao transistor VT20. A função do sensor de tensão é realizada pelo transistor VT18 do gatilho Schmitt. Para que ao desligar a alimentação as tensões de saída desapareçam de forma síncrona em ambos os braços, é utilizado um relé comum K1 (contatos K1.2). A unidade de proteção é alimentada por uma fonte de tensão bipolar. Isso torna muito fácil controlar ambos os braços da fonte de alimentação [3]. A tensão negativa é formada por um multiplicador nos diodos VD5, VD6 e nos capacitores C1, C2 e estabiliza o estabilizador paramétrico R5VD2 no nível de -10 V. O esquema do nó de proteção é mostrado na fig. 2.
Quando a corrente de carga atingir o valor definido, a queda de tensão no resistor R30 (ver Fig. 1) será suficiente para abrir o transistor VT12. A entrada S (pino 14) do flip-flop DD1 recebe um nível alto e muda para o estado único. Um nível baixo aparecerá na saída do inversor DD2.1, que, através do diodo VD1 e do resistor R50, afeta o transistor VT19 (ver Fig. 1), o que levará à abertura deste último e ao fechamento do transistor composto VT20VT21 . A tensão na saída da fonte negativa desaparecerá. Na saída do inversor DD2.3 aparecerá um único sinal, atuando através do diodo VD5 e do resistor R22 (ver Fig. 1) no transistor VT10, o que geralmente leva ao fechamento do braço positivo. O LED “+” HL1 sinaliza a presença de sobrecarga no braço positivo da fonte de alimentação. A unidade de proteção opera de forma semelhante no caso de sobrecarga negativa da fonte. Assim, sempre que ocorrer uma sobrecarga, ambos os braços dos estabilizadores serão desligados, e este estado permanecerá indefinidamente até que o botão “Return” do SB1 seja pressionado. Neste caso, um nível alto afetará as entradas R (pinos 3 e 15) e colocará os flip-flops no estado zero. O desempenho dos estabilizadores será restaurado. O capacitor C3, que desvia dos contatos do botão SB1, é necessário para colocar os gatilhos no estado zero no momento em que a unidade é ligada à rede. Os resistores R1, R2 são usados para definir o nível de sensibilidade da proteção. Os capacitores C1, C2, desviando as entradas dos flip-flops S, evitam o falso disparo da unidade de proteção contra ruído de impulso induzido nos condutores de conexão. Os diodos VD1-VD6 são necessários para isolar as saídas dos microcircuitos. Você pode usar qualquer transformador de rede na fonte de alimentação que forneça a energia necessária. A versão do autor utiliza um transformador pronto TS-180-2. O enrolamento primário permanece inalterado. Ele contém 680 voltas de fio PEV-1 0,69. Todos os enrolamentos secundários são removidos e em seu lugar são enrolados novos enrolamentos II e III, cada um contendo 105 voltas de fio PEV-1 1,25. O transformador pode ser feito de forma independente com base no núcleo magnético PL21 x45. As bobinas L1 e L2 são enroladas em núcleos magnéticos blindados B-30 feitos de ferrite M2000NM. Os enrolamentos contêm 18 voltas de um feixe composto por nove fios PEV-2 0,4. A distância entre as metades do fio magnético é de 0,2 ..0,5 mm. Os diodos KD202R (VD1-VD4, VD12-VD15), que são colocados em pequenos dissipadores de calor, podem ser substituídos por outros projetados para uma corrente direta de pelo menos 3 A e a tensão reversa necessária. Em vez dos diodos KD105B (VD5-VD9) e D223A (VD19-VD23, VD27-VD31), é permitido usar qualquer uma das séries KD208, KD209. Os diodos D9B (VD1-VD6, Fig. 2) são intercambiáveis com qualquer uma das séries KD521, KD522. Relé K1 - RES48A versão RS4 590 202 para tensão de operação de 12 V. É melhor escolher um relé para tensão mais alta, por exemplo, RES48A versão RS4.590.207 com tensão de 27 V. Neste caso, deve-se usar um resistor limitador de corrente R1 de menor resistência e potência. Os transistores KT644B (VT3, VT15) são substituíveis por KT644A, KT626V ou, em casos extremos, por KT816V, KT816G ou KT814V, KT814G. No lugar dos transistores VT1, VT10, VT13, é permitido usar qualquer silício com uma tensão coletor-emissor permitida de pelo menos 60 V. Em vez de transistores MP26A (VT7, VT12, VT19, VT22 e VT1, Fig. 2), você pode usar qualquer uma das séries MP25, MP26; em vez de KT3102A (VT5, VT6, VT11, VT17, VT18) - KT315V-KT315E, KT3102B. Podemos substituir o transistor KT827A (VT8) por qualquer um destes ou da série KT829, bem como KT908A, KT819G, transistor KT825A (VT21) - por qualquer um destes ou da série KT853, bem como KT818G. Em vez de transistores KT908A (VT4, VT16), é melhor usar KT945A com uma corrente máxima de coletor maior. O transistor MP37B (VT23) deve ser selecionado de acordo com a tensão máxima coletor-emissor, pois opera no limite do valor permitido. Os transistores VT4, VT8, VT16, VT21 e os diodos VD17, VD25 são instalados em pequenos dissipadores de calor com dimensões de 50x50x5 e 40x30x3 mm, respectivamente. Os microcircuitos da série 564 são intercambiáveis com os análogos correspondentes da série K561. Os capacitores de óxido C6 e C15 são compostos por dois K50-24 de 1000 μF cada e dois K52-1B de 100 μF cada, todos para uma tensão de 63 V, conectados em paralelo. Capacitores C1, C2, C10, C11, C19, C20 - K50-6, C3, C4, C5, C13, C22 - K50-16, C12, C14, C21, C23 - K73-17. Microamperímetros RA1, RA2 - M4205 para corrente de 100 μA. Todos os detalhes do dispositivo são verificados antecipadamente. Na versão do autor, a fonte de alimentação é montada em diversas placas de circuito. Ao configurar uma unidade, é melhor usar um osciloscópio. Está conectado ao emissor do transistor VT4. O motor do resistor R28 está colocado na posição intermediária e o resistor R22 está temporariamente dessoldado. Conecte a fonte de alimentação à rede. Pulsos retangulares devem aparecer no emissor do transistor VT4. Se não houver tensão, primeiro verifique se o relé K1 funcionou. Caso contrário, ao selecionar o resistor R1, o relé é acionado na tensão mínima da rede (190 V). Depois disso, a tensão coletor-emissor do transistor VT8 é medida. Deve estar entre 1,5...2 V e permanecer o mesmo quando a tensão de saída muda. A comutação do estabilizador de comutação ocorre quando a tensão base do coletor do transistor VT9 é aproximadamente igual a 0,9 V. Caso seja necessário aumentá-la, um ou mais diodos na direção direta devem ser conectados ao circuito emissor do transistor VT7. A frequência de comutação depende em pequena medida da resistência dos resistores R17 (à medida que diminui, a frequência diminui) e R15 (à medida que aumenta, a frequência diminui). Os resistores R27 e R29 selecionam os valores mínimo e máximo da tensão de saída (3 e 30 V). Agora uma carga (ou equivalente) com uma resistência de cerca de 3 Ohms e uma potência de pelo menos 27 W é conectada à saída do estabilizador, tendo previamente ajustado a tensão de saída para cerca de 5 V. Aumentando suavemente a tensão de saída, faça certifique-se de que a corrente na carga não exceda 3 A. Além disso, você deve controlar a forma dos pulsos. Se a duração das pausas entre os pulsos for inferior a 1/5 do período, as oscilações poderão falhar. Neste caso, é necessário aumentar a indutância do indutor utilizando um circuito magnético maior ou aumentando o número de voltas. Em seguida, um microamperímetro que mede a corrente de carga é calibrado. Para medir a tensão na saída da fonte de alimentação, você pode ligar um microamperímetro com um resistor adicional com resistência de cerca de 300 kOhm. Em seguida, o resistor R22 é soldado. O controle deslizante do resistor R32 está na posição superior (de acordo com o diagrama) e o resistor R28 está na tensão mínima. Um resistor com resistência de 40 Ohms é conectado à saída do estabilizador. Conecte a fonte de alimentação à rede e, aumentando a tensão de saída, ajuste a corrente de carga para 250 mA. Em seguida, por meio do resistor R1 (ver Fig. 2), garantem o funcionamento da proteção e o acendimento do LED HL1. Para uma fonte de tensão negativa, a corrente mínima de resposta da proteção é definida pelo resistor R2. Depois disso, o controle deslizante do resistor R32 é movido para a posição inferior (de acordo com o diagrama). A resistência da carga é reduzida e a corrente é ajustada para 3 A. Movendo o controle deslizante do resistor R32 para cima (conforme diagrama), observe o momento em que a proteção atua. Agora você deve medir a resistência da parte removida do resistor R32, instalar um resistor de valor semelhante e calibrá-lo de acordo com a corrente de operação da proteção. O ombro de tensão negativa é ajustado da mesma maneira. Finalmente, use um osciloscópio para medir a tensão de ondulação na corrente de carga máxima. Se a ondulação exceder 30 mV, instale capacitores adicionais C11 e C20 (mostrados como linhas tracejadas no diagrama da Fig. 1). Pode acontecer que ao girar rapidamente o controle deslizante do resistor R28 (R56), a tensão de saída ainda mude, embora o controle deslizante já esteja estacionário. Neste caso, o terminal superior do resistor R21 deve ser dessoldado e conectado ao coletor do transistor VT4 (mostrado pela linha tracejada). O terminal inferior do resistor R49 também deve ser dessoldado e conectado ao ponto de conexão dos elementos R2, C2, VD6 (ver Fig. 1). A resistência dos resistores R21 e R49 deve ser aumentada para 20 kOhm. A eficiência do estabilizador de compensação pode ser aumentada se, no lugar do VT8 e VT21, forem utilizados transistores com menor tensão de saturação coletor-emissor, atendendo às recomendações [4]. Em vez de MP37B (VT23), é melhor usar um transistor de germânio com alta tensão coletor-emissor permitida, por exemplo, GT404V, GT404G. Literatura
Autor: G. Balashov, Shadrinsk, região de Kurgan.
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