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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Nos defendemos... na nutrição. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Proteção de equipamentos contra operação de emergência da rede, fontes de alimentação ininterruptas Ao operar o equipamento na rede elétrica CA, existem muitas situações em que a falha da fonte de alimentação "ordena uma vida longa" para o restante do equipamento. Passemos ao circuito da fonte de alimentação (PSU) mostrado na fig. 1.
A corrente alternada com tensão de 220 V flui no circuito primário do transformador T1 através dos contatos fechados da chave geral SA1 e do fusível FU1, que protege a PSU da destruição total em caso de falha do transformador T1. O filtro de energia C5-L1-L2-C6 não permite interferência da rede no equipamento e vice-versa, interferência que ocorre durante a operação do equipamento de rádio alimentado na rede. Um retificador e um filtro capacitivo são conectados ao enrolamento secundário T1, os capacitores nos quais, em altas correntes de operação, possuem uma grande capacitância (C9 -100000 uF). Quando são carregados no momento da ligação, ocorre um pulso de corrente muito grande, que pode não só queimar o fusível FU1, mas também romper os diodos retificadores (VD2, VD3), o que levará ao fluxo de corrente alternada através -los para os capacitores do filtro, aquecendo o último e explosão. Para se proteger contra isso, a corrente inicial do PSU deve ser limitada conectando o resistor R1 em série ao enrolamento primário T7, que após alguns segundos é curto-circuitado usando os contatos do relé K1.1, classificado (para confiabilidade) para uma corrente de 5 ... 10 A. O tempo de atraso de ativação da PSU é determinado pela resistência R11 e pela capacitância C11. Imediatamente após ligar, C11 desvia o enrolamento do relé K1, impedindo-o de funcionar. À medida que C11 carrega, a tensão sobre ele aumenta e, ao atingir a tensão de atuação do relé K1, este liga e causa um curto-circuito em R1.1 com os contatos K7, fornecendo uma corrente de trabalho no enrolamento primário do transformador T1. O diodo VD7 foi projetado para suprimir surtos de tensão no enrolamento do relé quando ele é acionado. É muito conveniente usar pontes de diodo em retificadores AC, especialmente porque eles estão disponíveis em design de bloco e são fáceis de instalar. No entanto, com o aumento da corrente fornecida pela fonte de alimentação à carga, a questão da "redução* da tensão de alimentação sob carga, que no circuito da ponte aumenta devido a dois diodos conectados em série (a queda total de tensão em é de até 1.4 V para diodos de silício ou até 0,8 V para diodos de germânio e Schottky). Ao mudar o retificador de uma ponte para um circuito de ponto médio, obtemos uma queda de tensão de cerca de 0,7 V para diodos de silício e 0,3 ... 0,4 V para diodos de germânio e Schottky. O uso de diodos Schottky também se justifica porque menos energia é dissipada sobre eles e isso reduz o tamanho dos radiadores nos quais os diodos são instalados em altas correntes retificadas. Torna-se mais conveniente enrolar o enrolamento secundário de um transformador de potência, pois o diâmetro do fio do enrolamento diminui (a corrente que flui em cada metade do enrolamento é metade da corrente total na saída do retificador). É verdade que você terá que enrolar o dobro de voltas, mas para uma baixa tensão de saída isso não é muito difícil, pois não há muitas voltas. Em retificadores de alta tensão, é mais conveniente usar pontes retificadoras. Um capacitor (C7, C8) é conectado em paralelo a cada diodo retificador. Esses capacitores protegem o PSU do chamado fundo "multiplicativo", quando os diodos retificadores reagem à interferência de RF da rede como antenas. Para a operação do transistor regulador de um estabilizador linear em série seguindo o filtro, é necessária uma certa diferença mínima de tensão coletor-emissor para transistores bipolares (BT) ou fonte de dreno para transistores de efeito de campo (FET), na qual eles ainda funcionam . No caso de BTs poderosos, isso é 3 ... 5 V, e para FETs poderosos - 0,5 ... 3 V. Segue-se que com uma corrente de carga máxima de 30 A e uma tensão de saída do estabilizador de 13,8 V, a tensão na fonte do transistor VT2 não deve cair abaixo de 13,8 + 0,5 = 14,3 (B). Assim, é possível selecionar a capacitância mínima necessária C9 no PSU acabado, carregando sua saída com uma corrente máxima (por exemplo, 30 A) e medindo a queda de tensão no transistor regulador. A alimentação dessa tensão, claro, não vai prejudicar no sentido de compensar uma queda na tensão da rede, mas está repleta de aumento da potência dissipada no transistor VT2, o que levará à necessidade de aumentar o tamanho do radiador no qual este transistor está instalado. De fato, com uma corrente de 30 A e uma queda de tensão de 0,5 V, 2-0,5 \u30d 15 (W) é dissipado no VT3, e com a mesma corrente, mas uma queda de 3 V - 30 90 \uXNUMXd XNUMX (W ). A diferença é muito significativa! O esquema do estabilizador descrito (sem proteção) é emprestado de [1] (detalhes adicionais continuam as designações de referência do original). As características de alta qualidade deste estabilizador são devidas ao uso de um poderoso transistor de efeito de campo de canal p IRL2505. Para aumentar o coeficiente de estabilização na PSU, é usado um "diodo zener ajustável" - o microcircuito TL431 (o analógico doméstico é KR142EN19). Este microcircuito é produzido no pacote TO-92 (Fig. 2). A estrutura interna do CI é mostrada na fig. 3, e os parâmetros máximos permitidos são dados na tabela. As características de controle do TL431 são dadas pelos gráficos na fig. 4.
O transistor VT1 na fonte de alimentação (Fig. 1) é um diodo zener correspondente VD1 que estabiliza a tensão em seu circuito básico. A tensão de saída do estabilizador pode ser calculada pela fórmula: Uout=2.5(1+R5/R6) O estabilizador funciona da seguinte maneira. Suponha que, quando a carga é conectada, a tensão de saída do estabilizador tenha diminuído. Então a tensão também diminuirá no ponto médio do divisor R5-R6. Chip DA1. como estabilizador paralelo, consumirá menos corrente e a queda de tensão em sua carga (resistor R2) diminuirá. Este resistor está no alvo do emissor do transistor VT1, portanto, com uma tensão estabilizada baseada em VT1, o transistor fechará, proporcionando um aumento na tensão na porta do transistor regulador VT2, que abrirá mais e compensará o queda de tensão na saída da fonte de alimentação. O resistor R6 define a tensão de saída. Diodo Zener VD6, conectado entre a fonte e a porta VT2. serve para proteger o FET de exceder a tensão admissível de porta-fonte e é um elemento indispensável em estabilizadores com tensão de entrada aumentada (de 15 V e acima). O estabilizador é bom para todos, mas o que acontece se a corrente de carga exceder o valor limite do transistor regulador (ocorre um curto-circuito)? Obedecendo ao algoritmo de seu trabalho, o VT2 abrirá totalmente e falhará devido ao superaquecimento do canal. Para limitar a corrente máxima através do FET, você pode escolher o modo de operação do transistor VT1. mas ainda é mais confiável aplicar proteção especial. Por exemplo, em um optoacoplador, conforme descrito em [2]. Essa proteção é apresentada de forma ligeiramente modificada no BP proposto. O estabilizador paramétrico no diodo zener VD4 fornece uma tensão de 6,2 8. Para maior estabilidade dessa tensão, usando o resistor de carga R8, o ponto de operação VD4 é aproximado do meio de sua característica (IVD410 mA). O ruído do diodo zener é bloqueado pelo capacitor SU. A tensão de saída do estabilizador é comparada com a tensão de referência obtida através da cadeia: LED do optoacoplador VU 1 - diodo VD5 - resistor limitador R10. Enquanto a tensão de saída do estabilizador for maior (mais negativa) que a referência, o diodo VD5 está travado, nenhuma corrente flui pelo LED. Se os terminais de saída estiverem em curto-circuito na saída direita (de acordo com o diagrama) do resistor R10, a tensão negativa desaparecerá, a referência abrirá o diodo VD5, o LED do optoacoplador acenderá, o fototriac do optoacoplador funcionará, que vai fechar o portão VT2 com uma fonte e o transistor fechará. A corrente de saída do estabilizador irá parar. Para colocar a PSU em operação, desligue-a usando o botão liga/desliga SA1. remova o curto-circuito e ligue-o novamente. A proteção retorna ao seu estado original. A utilização de tais estabilizadores no FET torna desnecessário o circuito de proteção contra sobretensão decorrente da quebra do transistor regulador, pois aqui esta tensão aumentará em apenas 0.5 ... 1 V. Para equipamentos mais críticos, podemos oferecer um "hard " circuito limitador, chamado no Ocidente de "crow bar". O princípio de proteção quando a tensão limite definida na saída do estabilizador é excedida é queimar o fusível conectado em série com a carga usando um poderoso tiristor. Se desejado, essa proteção pode ser introduzida em outros estabilizadores. O estabilizador é colocado em uma placa de circuito impresso medindo 52x55 mm. O desenho da placa é mostrado na fig. 5, e a localização dos elementos está na fig. 6. Na fig. 1, este nó é circundado por uma linha pontilhada. A placa é feita de fibra de vidro dupla face com uma espessura de 1...1.5 mm. A folha na parte inferior da placa é conectada ao trilho negativo do estabilizador. Conclusões livres do optoacoplador VU1 não podem ser soldadas. Peças de proteção adicionais podem ser montadas por montagem em superfície, usando como racks, por exemplo, remendos feitos de fibra de vidro colada ao radiador VT2. Como K1 no PSU, você pode usar o relé RES9 com enrolamento de 12 V, conectando seus grupos de contatos em paralelo. O filtro de rede consiste em dois capacitores com capacidade de 0,01 microfarads para uma tensão operacional de 630 V e duas bobinas conectadas entre eles. As bobinas são enroladas com um cabo de alimentação plano em uma haste de ferrite com diâmetro de 8 ... 10 mm e comprimento de 140 .... 160 mm da antena magnética do receptor de rádio. O mesmo enrolamento simultâneo de bobinas em um anel de ferrite com permeabilidade de 2000 ... 10000 e diâmetro de 32 ... 60 mm é possível antes do enchimento. O transformador para tal PSU deve ter uma potência total Rg da ordem de 500 watts. Na verdade, vamos contar. A tensão de saída do estabilizador é de 13.8 V, a corrente máxima é de 30 A. A queda de tensão no transistor de controle, diodos e fios de conexão totalizará cerca de 1 V. A potência no enrolamento secundário do transformador T1 P será: P \u13.8d (1 + 30) 444 \u1d 10 ( W) Levamos em consideração as perdas para a remagnetização do núcleo T44,4 - 444%. ou 44.4 watts. Então Pg=488,4+500=1 (W). O restante /P, até 1 W, deixaremos reservado para consumo próprio da fonte. A seção transversal do núcleo S, por exemplo, para o núcleo em forma de W T2, será: S=(P)22,4/2=500 (cm220). A corrente no enrolamento primário será 2.27/1=0.8 (A). Diâmetro do fio primário: d1=2(I)0.8/1,5= 1,2-30= 15 (mm). Da mesma forma, consideramos o diâmetro do fio do enrolamento secundário, visto que no circuito de retificação com ponto médio, a corrente nos semi-enrolamentos secundários é metade disso (não 16, mas 2 A). Vamos dar uma pequena margem, inclusive para as "próprias necessidades" do PSU. e vamos supor que uma corrente de 0.8 A "anda" nos enrolamentos secundários, daí o diâmetro do fio: d16 = 1(2)3.2/1 = 1(MM). O uso de fios de seção transversal menor levará a um aumento na "redução" da tensão na entrada do estabilizador, o que não permitirá obter a corrente máxima da fonte de alimentação. para o qual é projetado. O cálculo do número de voltas do transformador para o nosso caso também não é difícil. O número de voltas nos enrolamentos T1 por XNUMX V - wXNUMX: w1 = 50/S = 50/22,36 = 2.24. Número de voltas do enrolamento I -W1: W1=w1Ui= 2.24-220= 493 (volta), enrolamentos 2 (enrolamentos secundários idênticos - dois) - W2: W2 \u1d w2U2,24 \u14,8d 33-XNUMX \uXNUMXd XNUMX (volta). Para melhorar os parâmetros da PSU após enrolar os enrolamentos secundários, é necessário equilibrar as tensões de saída T1 para que ambas as metades do enrolamento secundário forneçam exatamente a mesma tensão. Antes de montar a PSU, certifique-se de verificar as classificações de todas as peças e sua capacidade de manutenção. Em paralelo com todos os capacitores de óxido, capacitores apolares com capacidade de 0,1 ... 0,22 μF devem ser soldados diretamente em seus terminais. Ao usar a PSU como laboratório, é mais conveniente exibir o eixo R6 no painel frontal do dispositivo e também equipar a PSU com cabeçotes de medição para medir tensão e corrente. A aparência do meu bloco é mostrada na Fig. 7. Ao trabalhar com equipamentos de transmissão de rádio, deve-se excluir a interferência com partes do estabilizador e fios. Nos terminais de saída da fonte de alimentação, recomenda-se ligar um filtro semelhante a um filtro de rede (Fig. 1), com a única diferença de que as bobinas devem ser enroladas em um anel de ferrite ou tubo de ferrite, usado em monitores antigos e estrangeiros TVs fabricadas e contêm apenas 2-3 voltas de fio isolado de grande seção transversal, e os capacitores são projetados para uma tensão operacional mais baixa. Fontes de informação
Autor: V.Besedin, UA9LAQ, Tyumen
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