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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Fonte de alimentação estabilizada UMZCH. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de alimentação O UMZCH moderno, com uma potência de saída de pico impressionante, às vezes chegando a 200 W, impõe requisitos bastante rigorosos em sua fonte de energia. Para eles, via de regra, é necessária uma tensão bipolar de 2 X (30 ... 40) V com uma corrente de pico de até 10 A em cada braço. Normalmente, capacitores de suavização de alta capacidade são usados no retificador, atingindo até 20000 microfarads ou mais. Mas mesmo com eles, a redução de tensão retificada na corrente de carga de pico atinge 2 ... 3 V, o que requer um alto coeficiente de supressão de ondulações de tensão de alimentação do UMZCH. O autor propõe equipar a fonte de alimentação UMZCH com um estabilizador que forneça a qualidade desejada da tensão de alimentação. Recentemente, em projetos UMZCH amadores, um retificador e um bloco de capacitores de grande capacidade estão cada vez mais localizados na placa do amplificador, reduzindo assim o comprimento dos fios de conexão e a queda de tensão entre eles. Às vezes, a fonte de alimentação é necessária para aumentar a tensão em suas saídas suavemente quando ligada (o chamado "soft start"). No caso de várias situações de emergência, por exemplo, um curto-circuito na carga UMZCH, mau funcionamento de seus transistores de saída e outras sobrecargas, a fonte de alimentação UMZCH deve ser desligada automaticamente. O estabilizador de tensão de alimentação proposto pode resolver todos esses problemas. Principais características técnicas
O projeto foi baseado no dispositivo do artigo "UMZCH Supply Voltage Stabilizer" de V. Oreshkin ("Radio", 1987, nº 8, p. 31), cujo diagrama é mostrado na fig. 1. Apesar da simplicidade e dos altos dados técnicos (coeficiente de estabilização superior a 1000, desligamento automático quando a saída é fechada, capacidade de montar transistores de potência diretamente no dissipador de calor sem juntas), esse estabilizador também apresenta algumas desvantagens. Ele começa instável com uma corrente de carga alta, e a corrente quando a saída é fechada não é normalizada e depende dos coeficientes de transferência dos transistores usados, o que às vezes leva à sua falha.
Recentemente, surgiram novos componentes eletrônicos, poderosos transistores de efeito de campo foram disponibilizados, o que levou o autor a experimentar um modelo de computador do dispositivo proposto por V. Oreshkin, criado no simulador LTspice IV, e aprimorá-lo. O circuito da fonte de alimentação que nasceu como resultado de tais experimentos é mostrado na Fig. 2.
Em primeiro lugar, o circuito de disparo do estabilizador foi alterado e os transistores bipolares foram substituídos por outros de campo. A partir do esquema apresentado na fig. 1, pode-se ver que o transistor VT2 é desviado por um resistor R3 com resistência de 470 ohms, através do qual flui a corrente de carga inicial do capacitor C2. Se a carga for pequena, a tensão de saída começa a aumentar até que o regulador entre no modo de estabilização. Em corrente de carga menor que I=UO/ R3 = 19/470 = 40 mA, quando o transistor VT2 está quase fechado, todas as ondulações da tensão retificada através do resistor R3 passam para o ombro negativo. Com uma resistência de carga baixa, a corrente através deste resistor pode não ser suficiente para iniciar o estabilizador normalmente, pode não iniciar. Na nova versão, o circuito de partida consiste em um diodo zener VD11 e um resistor R22 em um braço e VD12 com R23 no segundo (para simetria). No processo de ligação, ao atingir o valor de tensão nos capacitores de suavização C7-C10, igual à tensão de estabilização dos diodos zener VD11 e VD12, os transistores VT 11.1 e VT11.2 começam a abrir. Seguindo-os, os transistores de potência VT9 e VT10 se abrem. A tensão na saída do estabilizador aumenta e a tensão entre a fonte e o dreno dos transistores VT9 e VT10 diminui. Quando a tensão nos diodos zener VD11 e VD12 cair abaixo de sua tensão de estabilização, a corrente através desses diodos zener irá parar. Além disso, eles não afetam a operação do estabilizador. Este modo de partida é confiável mesmo com uma corrente de carga de 9 A. A corrente de carga mínima é quase zero. A tensão de saída do braço positivo do estabilizador é igual à soma das tensões de estabilização dos diodos zener VD13, VD15 e a tensão de corte do transistor VT11.1, e o braço negativo é igual à soma dos diodos zener VD14, VD16 e o transistor VT11.2, respectivamente. Para um início suave do estabilizador, acabou sendo suficiente desviar os diodos zener VD13-VD16 com os capacitores C23-C26. A taxa de variação da tensão de saída antes da estabilização é igual à taxa de aumento de tensão nesses capacitores. Com as classificações dos elementos indicadas no diagrama, o tempo para o estabilizador entrar no modo é de cerca de 360 ms. Oscilogramas do processo de seu lançamento, obtidos em um modelo de computador, são mostrados na fig. 3.
Para reduzir a potência dissipada nos transistores VT9 e VT10, as fontes dos transistores VT 11.1 e VT 11.2 não são conectadas a um fio comum, mas aos pontos de conexão de diodos zener e resistores (VD15, R29 e VD16, R30, respectivamente). Portanto, os potenciais das fontes dos transistores VT11.1 e VT11.2 são iguais à tensão de estabilização dos diodos zener correspondentes (6,2 V em valor absoluto). Isso permite alterar a tensão de controle nas portas dos transistores VT9 e VT10 não para 0 V, como no protótipo, mas para mais ou menos 6 V. Ao mesmo tempo, a tensão entre a fonte e o dreno desses transistores em os picos de ondulações podem cair para 3 V ou menos sem sair do modo de estabilização. O anterior é ilustrado pelos oscilogramas obtidos por simulação de computador nas Figs. 4. Verde - tensão na fonte do transistor VT10, azul - tensão em sua porta, vermelho - tensão na fonte do transistor VT11.2 (6,2 V), azul - corrente de carga do braço negativo. Pode-se ver que a tensão na porta do transistor VT10 fica aproximadamente no meio entre a tensão em sua fonte e na fonte do transistor VT11.2 e, às vezes, cai abaixo de 3 V.
Uma proteção de corrente de disparo foi adicionada ao estabilizador, que é acionada quando a corrente de carga de qualquer ramificação do estabilizador excede 11 A. Ela é construída nos transistores VT3, VT5, VT7 no ombro positivo e VT4, VT6, VT8 no negativo. Os sensores de corrente são resistores R11-R14, conectados em pares em paralelo. A proteção é acionada quando a tensão em qualquer um dos pares de resistores for superior a 0,5 ... 0,6 V, o que corresponde à corrente que flui através deles 11 ... 12 A. Ao atingir esse limite, os transistores das células de gatilho VT3VT5 ou VT4VT6 e, consequentemente, os transistores VT7 e VT8 abrem como uma avalanche. Este último, tendo aberto, desvia os diodos zener VD13 e VD14, diminuindo drasticamente a tensão de saída. Os resistores R21 e R24 limitam a corrente de coletor dos transistores ao descarregar capacitores conectados em paralelo com os diodos zener. Os LEDs HL1 e HL2 nos circuitos de base dos transistores VT7 e VT8 sinalizam a atuação da proteção. A corrente através deles não excede 6 mA. Os capacitores C19 e C20, juntamente com os resistores R17 e R18, formam filtros passa-baixa que aumentam a imunidade a ruído do sistema de proteção. É indesejável aumentar os valores nominais desses capacitores acima de 4700 pF, pois isso aumentará o tempo de resposta da proteção e as correntes de pico através dos transistores VT9 e VT10. Para que a proteção atue simultaneamente nos dois braços do estabilizador, é feita uma conexão entre as células disparadoras através dos capacitores C21 e C22. Após o acionamento da proteção, os transistores VT9 e VT10 permanecem fechados até que o dispositivo seja desconectado da rede elétrica. Os transistores das células de gatilho fecharão e os LEDs HL1 e HL2 apagarão somente após a descarga dos capacitores de suavização C7-C10. Um problema permanece - garantir que os capacitores de suavização descarreguem rapidamente após o desligamento. É resolvido por nós nos transistores VT1 e VT2, que são os mesmos em ambos os canais. Portanto, consideraremos apenas o nó instalado no canal positivo. Quando o dispositivo é conectado à rede, o capacitor C17 é carregado através do diodo VD9 com uma tensão aproximadamente igual à amplitude da tensão proveniente do enrolamento II do transformador T1. O capacitor C15 é carregado através do resistor R5 e descarregado através dos diodos VD3, VD4 e ponte de diodos VD1. O potencial da porta do transistor VT1 torna-se igual ao potencial de sua fonte ou até um pouco menor, de modo que o transistor é fechado. O estado fechado do transistor VT1 é mantido durante todo o tempo enquanto a tensão de alimentação é aplicada. Depois de desligado, os diodos VD3 e VD4 fecham. A tensão porta-fonte do transistor, graças ao resistor R5, aumenta para a tensão de estabilização do diodo zener VD7. Tendo aberto, o transistor VT1 conecta os resistores R3 e R7 em paralelo com os capacitores C7 e C8, acelerando sua descarga. A duração da descarga é reduzida para 10...20 s em um valor de pico da corrente de descarga de 780 mA, o que é bastante aceitável para os transistores usados. Na fig. 5 mostra um desenho de condutores impressos de uma placa com dimensões de 175x80 mm, na qual foi montada a fonte de alimentação descrita. É feito de fibra de vidro laminado em ambos os lados com espessura de 1,5 mm. Espessura da folha - não inferior a 50...70 mícrons e melhor - 110 mícrons. A colocação das peças na placa é mostrada na fig. 6, sua aparência - na Fig. 7. Os transistores VT9 e VT10 são montados no lado condicionalmente inferior da placa e fixados no dissipador de calor. Furos são fornecidos na placa para acessar os parafusos que prendem os transistores.
Basicamente, são usados resistores de montagem em superfície do tamanho 0805 e os resistores R27-R30 são do tamanho 2512 (com uma potência de 1 W). Resistores R1-R4, R7, R8 - MLT ou similares importados. Sensores de resistores de corrente R11-R14 - KNP-100. Eles são instalados em ambos os lados da placa. Em vez de cada par desses resistores, pode-se usar metade da resistência e uma potência de 1 ... 2 W. Capacitores C1-C6, C8, C10-C14, C29, C30 - filme de metal K73-17 para uma tensão de pelo menos 63 V ou seus análogos importados. Capacitores C19-C22 - cerâmica para montagem em superfície, tamanho 0805 ou 1206. Capacitores de óxido C23-C26 - tamanhos de tântalo D ou E, C7 e C9 - série de alumínio LS da Jamicon, C27, C28, C31, C32 - série de alumínio RD da SAMWHA , o resto - K50-35 ou importados semelhantes. Os diodos Zener DL4751A e DL4735A podem ser substituídos por outros com tensão de estabilização de 30 V ± 5% e 6,2 V ± 5%, respectivamente, no encapsulamento MELF. Na ausência de pontes de diodo GBJ2502, outras podem ser instaladas em vez delas para uma corrente de 25 A com uma tensão reversa permitida de pelo menos 100 V, ou cada ponte pode ser montada a partir de quatro diodos de barreira Schottky individuais com parâmetros adequados. Substituindo os diodos RS1B - diodos da mesma série ou de baixa potência com tensão reversa de pelo menos 60 V. Os transistores de efeito de campo IRFD024 podem ser substituídos por outros transistores de porta isolados de canal N com uma tensão dreno-fonte permissível de 50 ... 60 V, por exemplo, IRFZ24, IRFZ34, IRFZ44, mas o PCB precisará ser ajustado. Em vez dos transistores BSS63 e BSS64 em unidades de proteção contra sobrecarga, é permitido usar qualquer transistor bipolar de uso geral de baixa potência da estrutura apropriada no pacote SOT23 com uma tensão coletor-emissor máxima de pelo menos 50 V. Como substituto dos transistores IRF1405 e IRF4905, devem ser selecionados transistores de efeito de campo potentes com uma porta isolada, a velocidade mais alta e uma grande inclinação da característica. Também é necessário que eles tenham um limite mínimo de tensão source-gate. Um microconjunto de dois transistores de efeito de campo com canais de diferentes tipos de condutividade IRF7343 pode ser substituído por FDS4897C ou FDS4559. Se você reduzir a tensão de entrada e saída do estabilizador, respectivamente, para 30 V e 27 V, poderá usar o microconjunto IRF7319. Os transistores desses microconjuntos têm uma tensão de limiar de porta-fonte pequena (cerca de 1 V) e quase idêntica em valor absoluto. Você pode, é claro, usar transistores de efeito de campo de baixa potência separados com uma tensão máxima dreno-fonte de pelo menos 45 V, mas, neste caso, a diferença na tensão de saída dos braços do estabilizador pode se tornar maior. Uma unidade montada corretamente praticamente não precisa ser ajustada, mas mesmo assim é desejável fazer a primeira ligação com uma lâmpada incandescente com potência de 40 ... 60 W, conectada em série com o enrolamento primário do transformador T1 . No momento de ligar, deve acender e depois apagar. Depois disso, você deve medir a tensão de saída, deve estar dentro de 35 ± 0,5 V. Fechando brevemente a saída de um dos braços do estabilizador com um poderoso resistor de 3 Ohm, certifique-se de que a proteção seja acionada. Depois de restaurar a operação do estabilizador, verifique com um osciloscópio se não há ondulações visíveis na tensão de saída com a frequência da rede. Abaixo estão oscilogramas de ondulações reais da tensão de saída de um estabilizador operando em UMZCH com uma carga de 4,7 ohms. Neles, a curva amarela é a tensão na saída do UMZCH, a azul é a componente variável da tensão na saída do estabilizador (entre os pontos A e C ou B e C). Os oscilogramas foram feitos nas seguintes condições: arroz. 8 - não há sinal na entrada UMZCH, a corrente quiescente do amplificador é de 0,25 A; arroz. 9 - Amplitude da tensão de saída UMZCH - 25 V, frequência - 10 kHz, amplitude de ondulação - inferior a 10 mV; arroz. 10 - amplitude de pulsos na saída de UMZCH - 20 V, frequência - 30 Hz.
Deve-se observar que o transformador T1 deve ter potência suficiente para fornecer uma corrente de carga máxima de 10 A. A tensão nos capacitores de suavização dos retificadores no pico da corrente de carga não deve cair abaixo de 38 V. Considerando o fator de crista do sinal de música, geralmente próximo a três, a potência do transformador para cada canal, o UMZCH deve ser de cerca de 200 W ou mais. O autor usou um transformador de 180 W em um circuito magnético toroidal. Autor: M. Muravtsev
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