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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Compromisso (preço / qualidade) estabilizador de comutação. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Protetores contra surtos Os estabilizadores de tensão de comutação (SVS) são muito populares entre os rádios amadores. Nos últimos anos, tais dispositivos foram construídos com base em microcircuitos especializados, transistores de efeito de campo e diodos Schottky. Graças a isto, as características técnicas do ISN melhoraram significativamente, especialmente a eficiência, que ultrapassou os 90%, ao mesmo tempo que simplificou o desenho do circuito. No entanto, o custo das peças para a montagem de tal ISN aumentou muitas vezes. O ISN descrito no artigo é o resultado de uma busca de compromisso entre indicadores de qualidade, complexidade e preço. O ISN proposto é construído de acordo com um circuito de autoexcitação. Possui características de desempenho e confiabilidade bastante elevadas, possui proteção contra sobrecargas e curtos-circuitos de saída, bem como contra o aparecimento de tensão de entrada na saída em caso de falha emergencial do transistor de controle. O diagrama esquemático do ISN é mostrado na Fig. 1. Sua base é o OR comum KR140UD608A. Ao contrário de muitos dispositivos deste tipo, para monitorar a tensão de saída e a corrente de sobrecarga, é utilizado um circuito OOS comum formado pelo transistor VT4, e o indutor L2 (componente ativo de sua resistência), que também faz parte do filtro LC (L2C3). , é usado como um sensor de corrente), reduzindo a ondulação da tensão de saída. A tensão de saída é determinada pelo diodo zener VD2 e pela junção emissor do transistor VT4: Uout = Ube VT4 + UVD2, e a corrente de sobrecarga é a resistência ativa normalizada do indutor L2: lcpa6 = Ube VT4/Rl2- Tudo isso feito é possível simplificar até certo ponto o ISN e reduzir a ondulação da tensão de saída e aumentar a eficiência combinando um sensor de corrente com um filtro LC. A desvantagem de tal solução de circuito é a impedância de saída ligeiramente superestimada do dispositivo.
As principais características técnicas do ISN são as seguintes (obtidas usando LATR, um transformador abaixador ~220/~18 V e um retificador de onda completa com capacitor de suavização):
No caso da fonte de alimentação de uma fonte DC estabilizada, o dispositivo permanece operacional quando a tensão de entrada cai quase para o estado aberto do transistor VT3. Uma diminuição adicional na tensão de entrada leva a uma quebra na geração, mas o VT3 permanece aberto. Se ao mesmo tempo ocorrer uma sobrecarga ou curto-circuito na saída, a geração é restaurada e o estabilizador passa a operar no modo de limitação de corrente. Esta propriedade permite que seja usado como um fusível eletrônico sem "trava". O estabilizador funciona da seguinte maneira. Devido à diferente proporção das resistências dos resistores dos divisores R6R7 e R8R9, a tensão na entrada não inversora do amplificador operacional DA1 no momento em que a energia é ligada é maior do que na entrada inversora, portanto, um alto nível é definido em sua saída. Os transistores VT1 -VT3 abrem e os capacitores C2, C3 começam a carregar e a bobina L1 começa a acumular energia. Após a tensão na saída do estabilizador atingir um valor correspondente à quebra do diodo zener VD2 e à abertura do transistor VT4, a tensão na entrada não inversora do amplificador operacional DA1 torna-se menor do que na entrada inversora ( devido ao desvio de R9 pelo resistor R10), e sua saída está ajustada em um nível baixo. Como resultado, os transistores VT1-VT3 fecham, a polaridade da tensão nos terminais da bobina L1 muda abruptamente para o oposto, o diodo de comutação VD1 abre e a energia acumulada na bobina L1 e nos capacitores C2, C3 é transferida para a carga. Neste caso, a tensão de saída diminui, o diodo zener VD2 e o transistor VT4 fecham, um nível alto aparece na saída do amplificador operacional e o transistor VT3 abre novamente, iniciando assim um novo ciclo operacional do estabilizador. Quando a corrente de carga aumenta acima do valor nominal, a crescente queda de tensão na resistência ativa da bobina L2 começa a abrir o transistor VT4 em maior extensão, a realimentação negativa da corrente torna-se predominante e o diodo zener VD2 fecha. Devido à ação do OOS, a corrente de saída é estabilizada e a tensão de saída e a corrente de entrada são reduzidas, garantindo assim a operação segura do transistor VT3. Após eliminar a sobrecarga ou curto-circuito, o dispositivo retorna ao modo de estabilização de tensão. As características de corrente-tensão do estabilizador são mostradas na Fig. 2.
Como pode ser visto no diagrama, os transistores VT1 e VT3 formam um transistor composto. Esta solução de circuito é ideal ao usar um transistor bipolar como elemento chave, pois neste caso uma queda de tensão relativamente pequena no transistor aberto VT3 é garantida em correntes de controle relativamente baixas. Neste caso, o transistor VT1 está saturado, proporcionando perdas estáticas ideais do transistor composto, e o VT3 não está saturado, proporcionando perdas dinâmicas ideais. Um poderoso transistor da série KT4 é usado como sensor de corrente VT817. Em princípio, é possível usar aqui um transistor de baixa potência mais barato, porém, para transistores potentes em baixas correntes de operação (como neste caso), a tensão de abertura da junção do emissor é de apenas cerca de 0,4 V, enquanto para baixa potência para aqueles, por exemplo, KT3102, é cerca de 0,55 V. Assim, na mesma corrente de operação de proteção, a resistência do resistor de medição no caso de utilização de um transistor potente é menor, garantindo assim um ganho na eficiência do estabilizador. No ISN descrito, conforme observado, é fornecida proteção contra o aparecimento de tensão de entrada na saída em caso de quebra do transistor de controle VT3. Neste caso, a tensão no diodo zener VD3 passa a ser superior a 15 V, a corrente no circuito de potência aumenta acentuadamente e o fusível FU1 queima. Supõe-se que este último irá queimar antes do diodo zener (devido à sobrecarga térmica). Uma simulação de acidente (curto-circuito nos terminais coletor e emissor do VT3) mostrou que os diodos zener KS515A (em caixa metálica) protegem perfeitamente os dispositivos alimentados por ISN: quando o fusível queima, eles permanecem em um curto-circuito “profundo” ( não interrompa) quando eles falharem. Os mesmos resultados foram obtidos nos testes de diodos zener KS515G, bem como de diodos importados similares (em caixas de plástico). Diodos zener semelhantes em caixas de vidro se comportaram de forma insatisfatória - eles conseguiram queimar simultaneamente com o fusível. No ISN você pode usar quaisquer transistores da série indicada no diagrama (exceto KT816A como VT1). Os capacitores de óxido C2, C3 são da marca SR de fabricação estrangeira (análogo próximo de K50-35). No processo de prototipagem do estabilizador, foi testada a possibilidade de utilização de amplificadores operacionais KR140UD708, KR140UD8A-KR140UD8V, KR544UD1 A, KR544UD2A, KR544UD2B, KR574UD1A, KR574UD1 B. Ao mesmo tempo, foram testadas a frequência de conversão, tipo de processos de comutação e eficiência. ligeiramente alterado. O substituto mais adequado para o KR140UD608 é o KR140UD708 (tem a mesma pinagem), porém, atenção: na prática do autor, esses amplificadores operacionais foram encontrados com um arranjo “reverso” de entradas, ou seja, a entrada não inversora foi conectada ao pino 2, e a entrada inversora foi conectada ao pino 3!). O fato de este ser o amplificador operacional KR140UD708 foi indicado pelas marcações na caixa. O indutor de armazenamento L1 é colocado em um circuito magnético blindado de dois copos 422 M2000NM com um vão de cerca de 0,2 mm formado por duas camadas de papel autoadesivo. Isto se faz do seguinte modo. Um quadrado é cortado de uma folha de papel autoadesivo, um pouco maior que o diâmetro externo do copo. Após a remoção da camada protetora, o papel é colocado com o lado adesivo voltado para cima sobre uma superfície dura e plana (não lisa). Em seguida, um dos copos é colocado na haste, com a ponta voltada para baixo, e esfregado firmemente contra o papel. Como resultado, o papel é colado na extremidade do copo de tal forma que não é difícil cortar o excesso com um bisturi afiado ao longo dos fragmentos do contorno. Da mesma forma, cole a junta no segundo copo. A bobina é enrolada com fio PEL 1,0 em uma estrutura dobrável composta por um pino de 50...100 mm de comprimento com rosca M4 em ambas as extremidades, duas arruelas limitadoras com diâmetro de 16 e espessura de 0,5 mm, uma bucha com diâmetro externo de 10, diâmetro interno de 5 e 7,5 mm de comprimento e duas porcas M4. A estrutura é montada sobre um pino (na sequência: porca, arruela, luva, arruela, porca) e a bobina é enrolada firmemente, volta a volta - 20 voltas em três fileiras (7+7+6). Após o enrolamento, seus cabos são torcidos aproximadamente 90° (para que as voltas não “se espalhem”) e a moldura é cuidadosamente desmontada de um lado. Em seguida, segurando as voltas, a bobina é cuidadosamente retirada da moldura e inserida em um dos copos, os fios são desenrolados e colocados nas ranhuras correspondentes do copo. Graças às propriedades elásticas do fio, a bobina fica muito bem fixada no copo. Para evitar que a bobina “range” na frequência de conversão, o copo com o enrolamento é imerso por algum tempo em um tanque com verniz nitro, depois retirado e o verniz escorre. Depois disso, o copo é colocado sobre um parafuso de aperto previamente inserido no orifício correspondente da placa, um segundo copo é colocado e o conjunto assim obtido é apertado com um parafuso com porca e arruela. Após a secagem do verniz, os cabos da bobina são cuidadosamente limpos, estanhados e soldados aos contatos correspondentes da placa. Em seguida, as peças restantes são instaladas. O sensor de corrente da bobina L2 é colocado em um núcleo magnético composto por dois copos Ch14 feitos de ferrite da mesma marca da bobina L1 e com o mesmo espaçador dielétrico. Para o enrolamento utiliza-se fio PEL 0,5 com 700 mm de comprimento, não sendo necessário impregná-lo com verniz. Esta bobina pode ser feita de forma diferente enrolando um fio de diâmetro e comprimento especificados em um indutor DPM-0,6 padrão, no entanto, a eficiência da supressão de pulso na frequência de conversão neste caso diminuirá um pouco. O estabilizador é montado em uma placa de circuito impresso feita de fibra de vidro revestida com folha unilateral, cujo desenho é mostrado na Fig. 3.
Se o ISN for utilizado em corrente de carga máxima, o transistor VT3 deve ser instalado em um dissipador de calor em forma de placa de alumínio com área de 100 m2 e espessura de 1,5...2 mm. Se for esperada uma operação de longo prazo do dispositivo no modo de fonte de corrente ou curto-circuito, o diodo de comutação VD1 também é fixado no mesmo dissipador de calor através de uma junta isolante (por exemplo, mica). Para correntes de carga inferiores a 1 A, não é necessário dissipador de calor para o transistor VT3 e diodo VD1, porém, neste caso, a corrente de operação da proteção deve ser reduzida para 1,2 A substituindo a bobina L2 pelo resistor C5-16 com resistência de 0,33 Ohm e uma potência de 1 W. O ISN descrito praticamente não precisa ser estabelecido. Pode ser, no entanto, necessário esclarecer a corrente de operação da proteção, para a qual o fio da bobina L2 deverá ser levado inicialmente para um comprimento maior. Depois de soldá-lo aos contatos correspondentes da placa, ele é gradualmente encurtado até que a corrente de operação de proteção necessária seja obtida e, em seguida, a bobina L2 é enrolada da maneira descrita acima. O estabilizador não deve ser usado para correntes de carga superiores a 4 A. A limitação está associada principalmente à corrente de pulso máxima permitida do coletor do transistor da série KT805 (8 A no tempo < 200 ms em Q = 1,5), que, em princípio, pode ocorrer em condições desfavoráveis. Autor: A. Moskvin, Ecaterimburgo
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