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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Raddrizzatore condensatore di stabilizzazione Uout. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Protettori di sovratensione A giudicare dalle ultime pubblicazioni [1...5], l'interesse dei radioamatori per i raddrizzatori senza trasformatore a bassa potenza con un condensatore di spegnimento non si sta indebolendo. Infatti, con potenze di carico in frazioni e unità di watt, sono più efficienti dei dispositivi con trasformatore di rete o con convertitore ad alta frequenza. Lo svantaggio dei progetti pubblicati di raddrizzatori di condensatori è la forte dipendenza della loro tensione di uscita dalla presenza o dalla disconnessione del carico e dalla sua entità. Questa dipendenza viene solitamente eliminata includendo un diodo zener all'uscita del raddrizzatore, che è sia uno stabilizzatore di tensione che un ballast di carico indesiderabile, poiché. consuma una corrente commisurata alla corrente di carico. Su di esso viene dissipata inutilmente una potenza significativa e deve essere posizionata su un radiatore. In [2], richiedeva un radiatore con una superficie di 25 cm2. Il radiatore aumenta le dimensioni e il peso del raddrizzatore, che è il secondo svantaggio. In [4], l'autore ha parzialmente risolto il primo problema utilizzando non uno, ma due condensatori di rete nel circuito di ingresso, collegati come un divisore di condensatori. Ciò ha portato ad un aumento della capacità dei condensatori di spegnimento e, di conseguenza, delle dimensioni e del peso. Inoltre, è aumentata la percentuale di corrente reattiva nella rete, il che è anche indesiderabile. Offro un raddrizzatore a condensatore senza trasformatore con stabilizzazione automatica della tensione di uscita in tutte le possibili modalità di funzionamento (dal minimo al carico nominale), privo degli svantaggi elencati. Ciò è stato ottenuto a causa di un cambiamento fondamentale nel principio di generazione della tensione di uscita, non a causa della caduta di tensione dagli impulsi di corrente delle semionde rettificate della tensione di rete attraverso la resistenza del diodo zener, come nei dispositivi descritti (Fig. . 1), ma a causa di una variazione del tempo di collegamento del ponte a diodi al condensatore di accumulo C2 ( Fig.2).
Nei dispositivi descritti, questo tempo è costante e pari all'intero periodo della tensione di rete. Se invece l'uscita del ponte viene cortocircuitata con la chiave K per una parte della durata del semiciclo della rete, e nella restante parte del semiciclo, la chiave K viene aperta, e il condensatore C2 viene caricato in questo momento con la corrente di uscita del ponte, quindi la tensione su di esso dipenderà dalla quota di questa parte rimanente rispetto all'intero semiciclo della rete. E se, come con PWM, modifichi automaticamente il tempo di apertura della chiave in base alla tensione su C2, puoi ottenere l'auto-stabilizzazione della tensione di uscita del raddrizzatore del condensatore. Lo schema di un raddrizzatore a condensatore stabilizzato è mostrato in Fig. 3. Parallelamente all'uscita del ponte a diodi, è collegato il transistor VT1, operando in modalità chiave (tasto K in Fig. 2).
La base del transistor a chiave VT1 è collegata tramite un elemento di soglia (diodo zener VD3) ad un condensatore di accumulo C2, separato in corrente continua dall'uscita del ponte da un diodo VD2 per evitare una scarica rapida quando VT1 è aperto. Finché la tensione su C2 è inferiore alla tensione di stabilizzazione VD3, il raddrizzatore funziona in modo noto. Quando la tensione su C2 aumenta e VD3 si apre, anche il transistor VT1 si apre e devia l'uscita del ponte raddrizzatore. Di conseguenza, la tensione all'uscita del ponte diminuisce bruscamente fino a quasi zero, il che porta a una diminuzione della tensione su C2 e al successivo spegnimento del diodo zener e del transistor di commutazione. Inoltre, la tensione ai capi del condensatore C2 aumenta di nuovo fino all'accensione del diodo zener e del transistor, ecc. Questi processi forniscono la stabilizzazione automatica della tensione di uscita. Nella modalità inattiva del raddrizzatore, il transistor chiave VT1 è aperto per la maggior parte del semiciclo della tensione di rete e impulsi di corrente stretti con una lunga pausa arrivano al condensatore di accumulo C2 (Fig. 4a). Quando il carico è collegato, la durata dello stato aperto del transistor diminuisce (Fig. 4b). Ciò porta ad un aumento della durata dell'impulso di corrente che passa da VD2 a C2 e ad un aumento della tensione ai suoi capi, ad es. per mantenere la tensione di uscita allo stesso livello. Il processo di auto-stabilizzazione della tensione di uscita è molto simile al funzionamento di un regolatore di tensione a commutazione con regolazione dell'ampiezza dell'impulso. Solo nel dispositivo proposto, la frequenza di ripetizione dell'impulso è uguale alla frequenza di ripple della tensione su C2 (nel circuito di Fig. 3, questa frequenza è 100 Hz).
Il transistor chiave VT1 per ridurre le perdite dovrebbe essere con un guadagno elevato, ad esempio composito KT972A, KT829A, KT827A, ecc. Il raddrizzatore stabilizzato, assemblato secondo lo schema di Fig. 3, fornisce la tensione di uscita: - al minimo - 11,68 V; - a un carico di 290 Ohm - 11,6V- Una differenza così piccola nelle tensioni di uscita (solo 0,08 V) conferma la buona stabilizzazione della tensione di uscita e la corretta scelta del valore della capacità del condensatore di spegnimento C1 per questo carico. Con una diminuzione della sua capacità a 0,5 μF, questa differenza raggiunge 0,16 V. La tensione di ondulazione con un carico di 290 ohm non supera i 40 mV. Questo valore è determinato dalla capacità del condensatore di livellamento C2 e dalla sensibilità del circuito di base VT1. È possibile aumentare la tensione di uscita del raddrizzatore utilizzando un diodo zener a tensione maggiore o due a bassa tensione collegati in serie. Con due diodi zener D814V e D814D e una capacità del condensatore C1 di 2 μF, la tensione di uscita su un carico con una resistenza di 250 ohm può essere 23 ... 24 V. Gli esempi forniti mostrano come selezionare sperimentalmente gli elementi di un raddrizzatore a condensatore senza trasformatore per la tensione stabilizzata richiesta a un dato carico. Utilizzando il metodo proposto, è possibile stabilizzare la tensione di uscita di un raddrizzatore a diodo-condensatore a semionda, realizzato, ad esempio, secondo il circuito di Fig. 5. Per un raddrizzatore con tensione di uscita positiva, un transistor npn KT1A o KT972A è collegato in parallelo al diodo VD829, controllato dall'uscita del raddrizzatore tramite un diodo zener VD3.
Quando il condensatore C2 raggiunge una tensione corrispondente al momento in cui si apre il diodo zener, si apre anche il transistor VT1. Di conseguenza, l'ampiezza della semionda positiva della tensione fornita a C2 attraverso il diodo VD2 diminuisce quasi a zero. Quando la tensione su C2 diminuisce, il transistor VT1, grazie al diodo zener, si chiude, il che porta ad un aumento della tensione di uscita. Il processo è accompagnato dalla regolazione dell'ampiezza dell'impulso della durata dell'impulso all'ingresso VD2, simile a come avviene nel raddrizzatore secondo il circuito di Fig.3. Di conseguenza, la tensione ai capi del condensatore C2 rimane stabile sia al minimo che sotto carico. In un raddrizzatore con una tensione di uscita negativa, parallelamente al diodo VD1, è necessario accendere il transistor p-n-p KT973A o KT825A. La tensione stabilizzata in uscita a un carico con una resistenza di 470 ohm è di circa 11 V, la tensione di ondulazione è 0,3 ... 0,4 V. In entrambe le versioni proposte del raddrizzatore senza trasformatore, il diodo zener funziona in modalità pulsata con una corrente di pochi milliampere, che non è in alcun modo correlata alla corrente di carico del raddrizzatore, con una dispersione della capacità del condensatore di spegnimento e fluttuazioni della tensione di rete. Pertanto, le perdite in esso contenute sono significativamente ridotte e non richiede la rimozione del calore. Anche il transistor chiave non richiede un radiatore. I resistori R1, R2 in Fig. 3 e 5 limitano la corrente di ingresso durante i processi transitori nel momento in cui il dispositivo è collegato alla rete. A causa dell'inevitabile "rimbalzo" dei contatti della spina e della presa di corrente, il processo di commutazione è accompagnato da una serie di cortocircuiti e circuiti aperti a breve termine. Durante uno di questi cortocircuiti, il condensatore di spegnimento C1 può essere caricato per l'intero valore di ampiezza della tensione di rete, vale a dire fino a circa 300 V. Dopo un'interruzione e la successiva chiusura del circuito per "rimbalzo", questa tensione e la tensione di rete possono sommarsi e ammontare a un totale di circa 600 V. Questo è il caso peggiore, che deve essere preso in considerazione conto per garantire un funzionamento affidabile del dispositivo. Esempio specifico: la corrente massima di collettore del transistor KT972A è 4 A, quindi la resistenza totale dei resistori limitatori dovrebbe essere 600 V/4 A=150 Ohm. Per ridurre le perdite, è possibile selezionare la resistenza del resistore R1 su 51 Ohm e il resistore R2 su 100 Ohm. La loro potenza di dissipazione è di almeno 0,5 W. La corrente di collettore consentita del transistor KT827A è 20 A, quindi il resistore R2 non è necessario. Letteratura 1. Dorofeev M. Senza trasformatore con condensatore di smorzamento. - Radio, 1995, N1, pp. 41,42; #2, pp. 36,37. Autore: N.Tsessaruk, Tula; Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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