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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Convertitore di tensione per modello radiocomandato. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / radiocomando Gli alimentatori di bordo per i modelli radiocomandati, di norma, hanno una tensione nominale di 4,5 ... 12 V. I motori elettrici di alta qualità per tale tensione sono piuttosto rari e ad un prezzo considerevole. Allo stesso tempo, la gamma di motori elettrici disponibili per 24 ... 27 V è piuttosto ampia, ma richiedono un convertitore di tensione simile a quello proposto dall'autore dell'articolo. Un vantaggio significativo dell'utilizzo di motori elettrici per una maggiore tensione è il ridotto consumo di corrente, che facilita i requisiti per i transistor degli stadi di uscita dei servoazionamenti delle macchine sterzanti e dei regolatori di velocità. Viene aumentata l'efficienza delle centraline del motore, risparmiando le limitate risorse energetiche disponibili a bordo del modello. Il convertitore di tensione sviluppato consente l'utilizzo di motori elettrici con una tensione nominale di 24...27 V in combinazione con apparecchiature di controllo radio [1]. Per le macchine sterzanti dei modelli, ad esempio, sono adatti i motori della serie DPR con rotore cavo, che hanno una bassa inerzia all'avviamento e in retromarcia. I servoamplificatori del controller di corsa e della macchina sterzante devono essere costruiti secondo le raccomandazioni fornite in [2]. Come dispositivo autonomo, questo convertitore di tensione può essere utilizzato per altri scopi. Lo schema del dispositivo è mostrato in fig. 1. Questo è il cosiddetto inverter flyback stabilizzato a larghezza di impulso ad alta efficienza. Con una tensione di ingresso di 4,5 ... 9 V, la tensione di uscita stabilizzata può essere impostata su qualsiasi valore compreso tra 18 ... 27 V, variando di non più di 0,1 V con un aumento della corrente di carico da 1 a 500 mA. Efficienza del convertitore a pieno carico - 85%.
Diagrammi di tensione nei punti caratteristici del circuito, mostrati in fig. 2 sono stati ottenuti su un modello computerizzato del dispositivo utilizzando il programma Micro-Cap 6.22 e coincidono completamente con le forme d'onda dei segnali in un vero convertitore.
L'oscillatore master sugli elementi DD1.1 e DD1.2 genera impulsi rettangolari. Agli ingressi 8, 9 dell'elemento DD1.3 arrivano il circuito differenziato C3R2R3. I valori dei resistori R2 e R3 sono scelti in modo tale che la componente costante della tensione nel punto della loro connessione superi leggermente il livello di soglia Un, in corrispondenza del quale l'elemento DD1.3 cambia stato. Le emissioni negative, superando la soglia, formano brevi impulsi positivi all'uscita dell'elemento DD1.3 (pin 10). Quest'ultimo carica il condensatore C5 attraverso una piccola resistenza diretta della sezione base-emettitore del transistor VT2. Alla fine dell'impulso, la piastra sinistra (secondo lo schema) del condensatore C5 è collegata a un filo comune e la tensione a cui è caricato il condensatore viene applicata alla base del transistor VT2 in polarità negativa, chiudendo Esso. Successivamente, inizia la ricarica del condensatore C5 da parte della corrente di collettore del transistor VT1. La velocità di questo processo dipende dalla tensione alla base di VT1. Il transistor VT2 rimane chiuso fino a quando la tensione alla sua base raggiunge circa 0,8 V. Di conseguenza, la durata degli impulsi positivi sul collettore VT2 e sugli ingressi 12, 13 dell'elemento DD1.4 dipende dalla modalità operativa del transistor VT1. Due volte invertiti dall'elemento DD1.4 e dal transistor VT3, gli impulsi aprono il tasto di accensione: il transistor ad effetto di campo VT4. Quando il transistor VT4 è aperto, la corrente nell'induttore L1 aumenta linearmente. Dopo la chiusura del transistor, questa corrente non viene interrotta, continua a scorrere, scendendo, attraverso il diodo VD1 e carica il condensatore di accumulo C8. La tensione di stato stazionario su questo condensatore supera la tensione di alimentazione tante volte quanto il tempo di accumulo di energia nel campo magnetico della bobina L1 (la durata degli impulsi positivi al gate del transistor VT4, vedi Fig. 2) supera il tempo viene trasferito al condensatore C8 (la durata delle pause tra gli impulsi ivi stessi). Parte della tensione di uscita dal resistore trimmer R14 viene inviata all'ingresso invertente dell'amplificatore CC sull'amplificatore operazionale DA2. Una tensione esemplare viene applicata al suo ingresso non invertente da un partitore resistivo R4R5. La tensione di uscita dell'amplificatore operazionale, proporzionale alla differenza tra la tensione di riferimento e quella di uscita (tenendo conto del divisore R13R14), viene alimentata alla base del transistor VT1 e controlla la durata degli impulsi che aprono il transistor VT4. Pertanto, si forma un circuito chiuso di controllo automatico. Se la tensione di uscita è diminuita (ad esempio, a causa di un aumento della corrente di carico), la tensione all'ingresso invertente dell'amplificatore operazionale diminuirà e alla sua uscita aumenterà. Di conseguenza, la corrente di emettitore del transistor VT1 diminuirà, scorrendo attraverso il resistore R8, e con essa la corrente di collettore. Il condensatore C5 si ricaricherà più lentamente. La durata dello stato aperto del transistor VT4 aumenterà, la tensione di uscita del convertitore aumenterà. La tensione di alimentazione dei componenti principali del convertitore è stabilizzata dallo stabilizzatore integrato DA1. Il dispositivo è assemblato su un circuito stampato a singola faccia di dimensioni 70x55 mm, mostrato in fig. 3. Resistenza trimmer R14 - SPZ-38B o RP1-63M. I restanti elementi passivi sono di qualsiasi tipo, adatti in termini di parametri e dimensioni.
Come microcircuito DD1, ad eccezione di K561LA7, è possibile utilizzare K561TL1, altri microcircuiti della serie K561 con una tensione di alimentazione di 3 V sono instabili. Per lo stesso motivo, non dovresti sostituire il chip K140UD608 (DA2) con altri amplificatori operazionali. I transistor VT2, VT3 possono essere qualsiasi serie KT315 o KT3102, aVT1 - serie KT361, KT3107. L'efficienza del convertitore dipende in modo significativo dalle cadute di tensione attraverso il diodo VD1 e dal transistor aperto VT4. Quest'ultimo è proporzionale alla resistenza del canale del transistor aperto indicata nei libri di riferimento. Pertanto, quando si scelgono i sostituti per il transistor e il diodo indicati, si dovrebbe prestare particolare attenzione a questi parametri, scegliendo i dispositivi per i quali sono minimi. La tensione di interruzione del transistor ad effetto di campo non deve essere superiore a 4 V. Il valore di ampiezza della corrente commutata da esso in questo caso è molto maggiore della corrente di carico, quindi il transistor deve essere selezionato con una corrente di drain ammissibile di a almeno 6 A. Se il transistor VT4 si riscalda notevolmente sotto carico, deve essere dotato di un dissipatore di calore, luogo previsto dalla scheda. Il diodo VD1 deve essere progettato per una corrente continua di almeno 10 A. Il KD2998V indicato nello schema può essere sostituito con KD213A. La bobina L1 con un'induttanza di 18 ... 20 μH dovrebbe avere un flusso magnetico di dispersione ridotto, pertanto è stato scelto un circuito magnetico corazzato B-26 in ferrite M1500NM. Un avvolgimento di cinque spire di filo rigido isolato con un diametro di 1,5 ... 2 mm viene avvolto su un mandrino di diametro adeguato, rimosso dal mandrino, protetto con uno strato di nastro isolante e posto in un circuito magnetico. È necessario uno spazio non magnetico di 0,2 mm tra le sue coppe. Tra le anime centrali è interposta una guarnizione isolante di adeguato spessore. Ciò impedisce la rottura delle coppe quando il circuito magnetico viene serrato con una vite. Per ridurre l'area della scheda, la bobina L1 è attaccata ad essa sdraiata su un lato. I conduttori di avvolgimento vengono inseriti nei fori corrispondenti e saldati alle piazzole. I condensatori C7 e C9 sono mostrati nello schema (vedi Fig. 1) e nel disegno della scheda (Fig. 3) con linee tratteggiate. Di solito non sono necessari, ma se il transistor VT4 si surriscalda e sono visibili impulsi positivi "spurei" sulla forma d'onda di tensione al suo gate negli intervalli tra quelli principali, l'installazione di questi condensatori può aiutare. La loro capacità è selezionata empiricamente. Quando si inizia a controllare il convertitore assemblato, è necessario tenere presente che con una tensione di uscita di 27 V e una corrente di carico di 0,5 A, l'alimentatore primario con una tensione di 6 V deve essere valutato per una corrente di almeno 2,5 A. Prima di accendere il convertitore per la prima volta, il motore del resistore di sintonia R14 dovrebbe trovarsi nella posizione centrale, quindi con il suo aiuto impostare la tensione di uscita richiesta. Se il convertitore non funziona, è necessario dissaldare temporaneamente la bobina L1 e, applicando una tensione di +27 V da una sorgente esterna al circuito di uscita, assicurarsi che la forma dei segnali nei punti indicati in Fig. 2 corrispondeva a quello mostrato in questa figura. Se necessario, il convertitore può essere convertito in un'altra tensione di ingresso e uscita secondo il metodo descritto in [3]. Dati iniziali: tensione minima della sorgente primaria - Umin; tensione di uscita - Uout; corrente massima di carico - In. Il calcolo viene effettuato nel seguente ordine: 1. Potenza fornita al carico,
2. La potenza consumata dalla precisione,
(Si presume che l'efficienza del convertitore sia almeno dell'80%). 3. Il valore medio della corrente consumata dalla sorgente,
4. Corrente bobina L1 (valore di picco),
5. Selezioniamo un transistor ad effetto di campo VT4 con una corrente di drain ammissibile di almeno lm e una resistenza minima del canale aperto rok. 6. Selezioniamo il diodo VD1 con una corrente diretta consentita di almeno lm e una caduta di tensione minima Upr a questa corrente. 7. Caduta di tensione attraverso il transistor aperto VT4
8. La durata dello stato aperto del transistor VT4
(se il design della bobina non viene modificato, L1=20 µH). 9. La durata dello stato chiuso del transistor VT4
10. Il periodo di ripetizione dell'impulso dell'oscillatore principale
Il valore calcolato di Tn si ottiene selezionando il valore del resistore R1. Inoltre, senza installare la bobina L1 nel convertitore e lasciare il suo circuito interrotto, la base del transistor VT1 viene temporaneamente scollegata dall'uscita dell'amplificatore operazionale e collegata al motore di un resistore variabile con un valore nominale di 47 kOhm, uno dei cui terminali estremi è collegato all'uscita dello stabilizzatore integrale DA1, e l'altro a un filo comune . Il resistore variabile recentemente introdotto imposta la durata degli impulsi positivi al gate VT4 pari a t1. La tensione viene misurata alla base del transistor VT1 e la stessa viene impostata all'ingresso 3 dell'op-amp DA1, scegliendo il valore del resistore R5. Dopo aver ripristinato tutte le connessioni, il resistore di regolazione R14 raggiunge la tensione desiderata all'uscita del convertitore. Letteratura
Autore: V.Dnishchenko, Samara
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