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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Miglioramento dello stabilizzatore di tensione di commutazione. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Protettori di sovratensione Nella rivista "Radio" n. 8 del 1985, nell'articolo "Un semplice stabilizzatore di tensione a chiave", è stato descritto un regolatore di tensione a commutazione che, con la relativa semplicità della soluzione tecnica, ha elevate prestazioni energetiche ed è abbastanza adatto per dispositivi di alimentazione su microcircuiti TTL. Allo stesso tempo, con un ulteriore perfezionamento dello stabilizzatore, sono state notevolmente migliorate caratteristiche come l'efficienza, l'instabilità della tensione di uscita, la durata e la natura del processo transitorio quando esposto a un carico pulsato. È stato stabilito che durante il funzionamento dello stabilizzatore, la cosiddetta corrente passante avviene attraverso un transistor a chiave composito. Questa corrente appare in quei momenti in cui, al segnale del nodo di confronto, il transistor chiave si apre e il diodo di commutazione non ha ancora avuto il tempo di chiudersi. La presenza di questa corrente provoca perdite aggiuntive per il riscaldamento del transistor e del diodo e riduce l'efficienza dell'intero dispositivo. Un altro svantaggio è un'ondulazione significativa della tensione di uscita a una corrente di carico vicina al limite. Per combattere l'ondulazione, nello stabilizzatore è stato introdotto un filtro LC di uscita aggiuntivo (L2C6). È possibile ridurre l'instabilità della tensione di uscita da una variazione della corrente di carico solo riducendo la resistenza attiva dell'induttore L2. Il miglioramento della dinamica del processo transitorio (in particolare, la riduzione della sua durata) è associato alla necessità di ridurre l'induttanza dell'induttore, ma ciò aumenterà inevitabilmente l'ondulazione della tensione di uscita.
Pertanto, si è rivelato opportuno escludere il filtro L2C6 (Fig. 1) e aumentare la capacità totale dei condensatori C3, C4 di 5 ... 10 volte collegando più condensatori in parallelo alla batteria. Sulla fig. 2 mostra una vista del processo transitorio nello stabilizzatore modificato con un carico pulsato. Confronto con il grafico presentato in fig. 3a del suddetto articolo mostra un significativo miglioramento del transitorio.
Le caratteristiche di carico Uout=f(In) (vedi anche Fig. 2, b dello stesso articolo) per diversi valori della tensione di ingresso dello stabilizzatore modificato sono mostrate in fig. 3. Dal confronto di queste cifre, si può vedere che l'instabilità della tensione di uscita nell'intervallo della corrente di uscita da 0,5 a 4 A con una tensione di ingresso di 15 ... 25 V è diminuita di 2 volte.
Il circuito R3C2 nello stabilizzatore originale praticamente non cambia la durata del declino della corrente di uscita, quindi può essere rimosso (chiudere il resistore R3) e la resistenza del resistore R4 può essere aumentata a 820 ohm. Ma poi, con un aumento della tensione di ingresso da 15 V a 25 V, la corrente che scorre attraverso il resistore R4 (nel dispositivo originale) aumenterà di 1,7 volte e la potenza di dissipazione aumenterà di 3 volte (fino a 0,7 W ). Collegando il resistore inferiore R4 in base al circuito di uscita (è anche R4 sul circuito dello stabilizzatore modificato) al terminale positivo dei condensatori C3, C4, questo effetto può essere indebolito, ma la sua resistenza dovrebbe essere ridotta a 620 ohm. Uno dei modi efficaci per combattere la corrente passante è aumentare il tempo di salita della corrente attraverso il transistor a chiave aperto. Quindi, quando il transistor è completamente aperto, la corrente attraverso il diodo VD1 diminuirà quasi a zero. Ciò può essere ottenuto se la forma della corrente attraverso il transistor chiave è vicina al triangolare. Come mostra il calcolo, per ottenere una tale forma di corrente, l'induttanza dell'induttore di accumulo L1 non deve superare i 30 μH. Un altro modo è utilizzare un diodo di commutazione più veloce (VD1), ad esempio KD219B. Questo è il cosiddetto diodo a barriera Schottky. Tali diodi hanno una velocità maggiore e una minore caduta di tensione allo stesso valore di corrente rispetto al silicio ad alta frequenza convenzionale. Condensatori C3-C7 - della serie K52-1. Tutte le modifiche di cui sopra non portano a un cambiamento significativo nello schema elettrico e nel circuito stampato dello stabilizzatore. Un miglioramento dei parametri del dispositivo può essere ottenuto anche modificando la modalità di funzionamento del transistor a chiave. La particolarità del funzionamento di un potente transistor VT3 negli stabilizzatori originali e migliorati è che funziona in modalità attiva, ma insatura, e quindi ha un elevato coefficiente di trasferimento di corrente e si chiude rapidamente. Tuttavia, a causa dell'aumento della tensione su di esso, quando è aperto, la dissipazione di potenza è 1,5 ... 2 volte superiore al valore minimo ottenibile. È possibile ridurre la tensione sul transistor chiave applicando una tensione di polarizzazione positiva relativa al filo di alimentazione positivo all'emettitore del transistor VT2 (vedere Fig. 1). Il valore della tensione di polarizzazione viene selezionato durante la regolazione dello stabilizzatore. Se è alimentato da un raddrizzatore collegato a un trasformatore di rete, è possibile prevedere un avvolgimento separato sul trasformatore per ottenere la tensione di polarizzazione. Tuttavia, in questo caso, la tensione di polarizzazione cambierà insieme alla tensione di rete. Per ottenere una tensione di polarizzazione stabilizzata, lo stabilizzatore deve essere modificato (Fig. 4) e l'induttore deve essere trasformato in un trasformatore T1 avvolgendo un avvolgimento aggiuntivo II. Quando il transistor a chiave è chiuso e il diodo VD1 è aperto, la tensione sull'avvolgimento 1 è determinata dall'espressione: U1==Uout+Uvd1. Poiché la tensione all'uscita e sul diodo in questo momento cambia in modo insignificante, indipendentemente dal valore della tensione di ingresso sull'avvolgimento II, la tensione è praticamente stabilizzata. Dopo la rettifica, viene alimentato all'emettitore del transistor VT2.
Il miglioramento delle caratteristiche energetiche della seconda versione dello stabilizzatore modificato è illustrato in Fig. 5, dove, per confronto, sono mostrate dipendenze simili per la prima variante (confrontare anche con la Fig. 2a nell'articolo sopra citato). Allo stesso tempo, le perdite di riscaldamento sono diminuite nella prima versione dello stabilizzatore modificato del 14,7% e nella seconda del 24,2%, il che consente loro di funzionare con una corrente di carico fino a 4 A senza installare un transistor chiave sul radiatore.
Nello stabilizzatore dell'opzione 1, l'induttanza L1 contiene 11 spire avvolte con un fascio di otto conduttori PEV-1 0,35. L'avvolgimento è inserito nel circuito magnetico corazzato B22 in ferrite 2000NM. Tra le tazze è necessario posare una guarnizione in textolite con uno spessore di 0,25 mm. Nello stabilizzatore dell'opzione 2, il trasformatore T1 è formato avvolgendo due spire di filo PEV-1 1 sulla bobina dell'induttore L0.35. Invece del diodo al germanio D310, puoi utilizzare il silicio, ad esempio KD212A o KD212B, mentre il numero di giri dell'avvolgimento II deve essere aumentato a tre. Autore: A. Mironov, Lyubertsy, Regione di Mosca; Pubblicazione: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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