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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Alimentazione di rete 5 volt 6 ampere con parametri specifici elevati. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Alimentatori L'articolo portato all'attenzione dei lettori descrive un convertitore di impulsi per l'alimentazione di dispositivi elettronici con una tensione di 5 V da una rete di corrente alternata. Il convertitore non contiene elementi scarsi e costosi, è facile da produrre e regolare. L'alimentatore è dotato di protezione contro le sovratensioni e le sovracorrenti in uscita con ritorno automatico alla modalità di funzionamento dopo la sua eliminazione. Principali parametri tecnici tipo="disco">Sulla fig. 1 mostra uno schema del dispositivo. L'unità di controllo implementa il principio dell'ampiezza di impulso della stabilizzazione della tensione di uscita. Sugli elementi DD1.1, DD1.2 viene realizzato un oscillatore master, operante ad una frequenza di circa 100 kHz con duty cycle prossimo a due. Impulsi con una durata di circa 5 μs attraverso il condensatore C11 vengono inviati all'ingresso dell'elemento DD1.3 e quindi amplificati dalla corrente dagli elementi DD1.4-DD1.6 collegati in parallelo. Per stabilizzare la tensione di uscita dell'alimentatore, la durata dell'impulso viene ridotta durante la regolazione. Il transistor VT1 "accorcia" gli impulsi. Aprendo ogni periodo di funzionamento del generatore, imposta forzatamente un livello basso all'ingresso dell'elemento DD1.3. Questo stato viene mantenuto fino alla fine del periodo successivo da un condensatore C11 scarico.
Sui transistor VT2, VT3 viene realizzato un potente amplificatore di corrente, che fornisce la commutazione forzata del transistor di commutazione VT4. I diagrammi di tensione sugli elementi principali del generatore durante il suo avvio sono mostrati in fig. 2. Quando il transistor VT4 è aperto, la corrente che lo attraversa e l'avvolgimento I del trasformatore T1 aumenta linearmente (Fig. 2,6). La tensione di impulso dal sensore di corrente R11 attraverso il resistore R7 viene fornita alla base del transistor VT1. Per prevenire la falsa apertura del transistor, i picchi di corrente vengono attenuati dal condensatore C12. Per i primi periodi dopo l'avvio, la tensione istantanea alla base del transistor VT1 rimane inferiore alla tensione di apertura U6e aperta * 0,7 V (Fig. 2, c). Non appena la tensione istantanea nel periodo successivo raggiunge la soglia di 0,7 V, il transistor VT1 si aprirà, il che, a sua volta, porterà alla chiusura del transistor di commutazione VT4. Pertanto, la corrente nell'avvolgimento I, e quindi nel carico, non può superare un certo valore predeterminato dalla resistenza del resistore R11. Ciò garantisce che l'alimentatore sia protetto da sovracorrente. La fasatura degli avvolgimenti del trasformatore T1 è impostata in modo tale che durante lo stato aperto del transistor VT4, i diodi VD7 e VD9 siano chiusi dalla tensione inversa. Quando il transistor di commutazione si chiude, la tensione su tutti gli avvolgimenti cambia segno e aumenta fino all'apertura di questi diodi. Quindi l'energia accumulata durante l'impulso nel campo magnetico del trasformatore T1 viene diretta a caricare i condensatori del filtro di uscita C15-C17 e il condensatore C9. Si noti che poiché la fasatura degli avvolgimenti II e III coincide, anche la tensione ai capi del condensatore C9 nella modalità di stabilizzazione della tensione di uscita viene stabilizzata indipendentemente dal valore della tensione di ingresso della fonte di alimentazione. L'elemento di regolazione dell'alimentatore è un microcircuito DA2 KR142EN19A. Quando la tensione sul pin di controllo 1 del microcircuito raggiunge 2,5 V, una corrente inizia a fluire attraverso di esso e attraverso il diodo emettitore dell'accoppiatore ottico, aumentando all'aumentare della tensione di uscita. Il fototransistor dell'accoppiatore ottico si apre e la corrente che scorre attraverso i resistori R5, R7 e R11 crea una caduta di tensione ai loro capi, che aumenta anche all'aumentare della tensione di uscita. La tensione istantanea alla base del transistor VT1, pari alla somma della caduta di tensione sul resistore R7 e sul sensore di corrente R11, non può superare 0,7 V. Pertanto, all'aumentare della corrente del fototransistor dell'accoppiatore ottico, la tensione costante sul resistore R7 aumenta e diminuisce l'ampiezza della componente dell'impulso sul resistore R11, il che, a sua volta, si verifica solo a causa di una diminuzione della durata dello stato aperto del transistor di commutazione VT4. Se la durata dell'impulso diminuisce, si riduce anche la “porzione” di energia pompata ogni periodo dal trasformatore T1 nel carico.
Pertanto, se la tensione di uscita dell'alimentatore è inferiore al valore nominale, ad esempio durante il suo avvio, la durata dell'impulso e l'energia trasferita all'uscita sono massime. Quando la tensione di uscita raggiunge il livello nominale, viene visualizzato un segnale di feedback, a seguito del quale la durata dell'impulso diminuisce fino a un valore in cui la tensione di uscita si stabilizza. Se per qualche motivo la tensione di uscita aumenta, ad esempio quando la corrente di carico diminuisce improvvisamente, aumenta anche il segnale di feedback e la durata dell'impulso diminuisce fino a zero e la tensione di uscita dell'alimentatore torna al valore nominale. Il chip DA1 ospita l'unità di lancio del convertitore. Il suo scopo è quello di bloccare il funzionamento dell'unità di controllo se la tensione di alimentazione è inferiore a 7,3 V. Questa circostanza è dovuta al fatto che l'interruttore - transistor ad effetto di campo IRFBE20 - non si apre completamente quando la tensione di gate è inferiore a 7 V. Il nodo di avvio funziona come segue. Quando l'alimentazione viene attivata, il condensatore C9 inizia a caricarsi attraverso il resistore R8. Mentre la tensione ai capi del condensatore è di pochi volt, l'uscita (pin 3) del chip DA1 è mantenuta bassa e il funzionamento dell'unità di controllo è bloccato. In questo momento, il chip DA1 al pin 1 consuma una corrente di 0,2 mA e la caduta di tensione attraverso il resistore R1 è di circa 3 V. Dopo circa 0,15 ... 0,25 s, la tensione attraverso il condensatore raggiunge 10 V, a cui il la tensione sul chip DA1 del pin 1 è uguale al valore di soglia (7,3 V). Alla sua uscita appare un livello alto, che consente il funzionamento dell'oscillatore master e dell'unità di controllo. Il convertitore si avvia. In questo momento, l'unità di controllo è alimentata dall'energia immagazzinata nel condensatore C9. La tensione all'uscita del convertitore inizierà ad aumentare, il che significa che aumenterà anche sull'avvolgimento II durante la pausa. Quando diventa maggiore della tensione ai capi del condensatore C9, il diodo VD7 si aprirà e il condensatore continuerà a essere ricaricato ogni periodo dall'avvolgimento ausiliario II. Qui, tuttavia, dovresti prestare attenzione a una caratteristica importante dell'alimentazione. La corrente di carica del condensatore attraverso la resistenza R8, a seconda della tensione di ingresso della fonte di alimentazione, è 1...1.5 mA e il consumo dell'unità di controllo durante il funzionamento è 10...12 mA. Ciò significa che durante l'avvio il condensatore C9 è scarico. Se la sua tensione scende al livello di soglia del chip DA1, l'unità di controllo si spegne e poiché nello stato spento non consuma più di 0,3 mA, la tensione sul condensatore C9 aumenterà fino alla riaccensione. Ciò accade durante un sovraccarico o durante un carico capacitivo elevato, quando la tensione di uscita non ha il tempo di aumentare fino al valore nominale durante il tempo di avviamento di 20...30 ms. In questo caso è necessario aumentare la capacità del condensatore C9. A proposito, questa caratteristica del funzionamento dell'unità di controllo consente al generatore di essere in modalità di sovraccarico per un tempo illimitato, poiché in questo caso funziona in modalità pulsante e il tempo di funzionamento (avvio) è 8. .. 10 volte inferiore al tempo trascorso nello stato non lavorativo. Gli elementi di commutazione non si riscaldano nemmeno! Un'altra caratteristica dell'alimentatore è la protezione del carico dalle sovratensioni, che si verificano, ad esempio, quando qualsiasi elemento nel circuito di retroazione si guasta. In modalità operativa, la tensione sul condensatore C9 è di circa 10 V e il diodo zener VO1 è chiuso. In caso di interruzione del circuito di retroazione, la tensione di uscita aumenta oltre il valore nominale. Ma insieme ad esso, la tensione sul condensatore C9 aumenta e ad un valore di circa 13 V si apre il diodo zener VD1. Il processo dura 50...500 ms, durante i quali la corrente attraverso il diodo zener aumenta gradualmente, superando molte volte il suo valore massimo. In questo caso, il cristallo dell'elemento si riscalda e si scioglie: il diodo zener si trasforma praticamente in un ponticello con una resistenza da poche a diverse decine di ohm. La tensione sul condensatore C9 diminuisce a valori insufficienti per accendere la centralina. La tensione di uscita, dopo aver ricevuto un aumento di 1,3...1,8 volte a seconda della corrente di carico, diminuisce fino a zero. Un filtro aggiuntivo è realizzato sugli elementi L2C19, che riduce l'ampiezza delle ondulazioni della tensione di uscita. Per ridurre la penetrazione di interferenze ad alta frequenza nella rete, all'ingresso è installato un filtro C1-C3L1C4-C7, che attenua anche la corrente di impulso consumata durante il funzionamento a una frequenza di 100 Hz. Il termistore RK1 (TP-10) ha una resistenza relativamente alta allo stato freddo, che limita la corrente di spunto del convertitore all'accensione e protegge i diodi raddrizzatori. Durante il funzionamento, il termistore si riscalda, la sua resistenza diminuisce più volte e praticamente non influisce sull'efficienza dell'alimentatore. Quando il transistor VT4 è chiuso, appare un impulso di tensione sull'avvolgimento I del trasformatore T1 (in Fig. 2, d è mostrato da una linea tratteggiata nei primi tre periodi della tensione UcVT4). la cui ampiezza è determinata dall'induttanza di dispersione. Per ridurlo, nel convertitore è installato un circuito VD8R9C14. Elimina il rischio di rottura del transistor di commutazione e riduce i requisiti per la massima tensione sul suo drain, aumentando l'affidabilità del convertitore nel suo insieme. La fonte di energia è costituita principalmente da elementi standard nazionali e importati, ad eccezione dei prodotti per l'avvolgimento. Le induttanze L1 e L2 sono avvolte su anelli K10x6x4,5 in permalloy MP 140. I nuclei magnetici vengono prima isolati con uno strato di tessuto verniciato. Ciascun avvolgimento è avvolto con filo PETV da 0,35 giri per girare in due strati sulla sua metà dell'anello e deve esserci uno spazio di almeno 1 mm tra gli avvolgimenti dell'induttore L1. Gli avvolgimenti dell'induttore L1 contengono 26 spire e l'induttore L2 - sette spire, ma con otto conduttori ciascuno. Gli strozzatori della ferita vengono impregnati con colla BF-2 ed essiccati ad una temperatura di circa 60°C. Il trasformatore è la parte principale e più critica della fonte di alimentazione. L'affidabilità e la stabilità del convertitore, le sue caratteristiche dinamiche e il funzionamento in modalità inattiva e di sovraccarico dipendono dalla qualità della sua fabbricazione. Il trasformatore è realizzato su un anello K17x10x6,5 in permalloy MP140. Prima dell'avvolgimento il circuito magnetico viene isolato con due strati di tela verniciata. Il filo è teso, ma senza tensione. Ogni strato di avvolgimento è rivestito con colla BF-2 e quindi avvolto con un panno verniciato. Viene avvolto per primo l'avvolgimento I. Contiene 228 giri di filo PETV 0,2 ... 0,25, avvolto in due strati, tra i quali viene posato uno strato di tessuto verniciato. L'avvolgimento è isolato con due strati di tela verniciata. L'avvolgimento III viene avvolto successivamente. Contiene sette spire di filo PETV 0,5 in sei conduttori distribuiti uniformemente lungo il perimetro dell'anello. Sopra di esso viene posato uno strato di tessuto verniciato. E infine, l'avvolgimento II è avvolto per ultimo, contenente 13 giri di PETV 0,15 ... Successivamente, il trasformatore finito viene avvolto con due strati di tessuto verniciato, rivestito esternamente con colla BF-0,2 e asciugato a una temperatura di 2 ° C. Al posto del transistor VT4 è possibile utilizzarne un altro con una tensione di drain consentita di almeno 800 V e una corrente massima di 3...5 A, ad esempio BUZ80A, KP786A e al posto del diodo VD8 qualsiasi diodo ad alta velocità con tensione inversa consentita di almeno 800 V e corrente 1...3 A, ad esempio FR106. L'alimentazione è realizzata su una scheda di dimensioni 95x50 mm e spessore 1,5 mm. Negli angoli della scheda e al centro dei lati lunghi sono presenti sei fori attraverso i quali la scheda viene avvitata al dissipatore di calore. Da un lato della scheda, il transistor VT4 e il diodo VD9 sono saldati con le flange rivolte verso l'esterno e dall'altro sono installate le parti rimanenti. Per ridurre le dimensioni della scheda, tutti gli elementi, ad eccezione dei condensatori C8, C9, del microcircuito DD1, del resistore R9, del trasformatore e dell'accoppiatore ottico, sono installati verticalmente in modo che la loro altezza massima sopra la scheda non superi i 20 mm. Il dissipatore di calore è collegato al punto comune dei condensatori C1 e C2. In questo caso, è meglio collegare l'alimentatore a una presa con messa a terra a tre poli. Queste misure possono ridurre notevolmente il rumore emesso dal convertitore. Il dissipatore di calore del convertitore è una staffa a forma di U con una lunghezza di 95, una larghezza di 60 e un'altezza di 30 mm, piegata in lamiera di alluminio con uno spessore di almeno 2 mm. Il convertitore è installato sul "fondo" di questo "trogolo" con le flange metalliche degli elementi VT4 e VD9 rivolte verso il basso e serrate con viti M0,05 attraverso i fori nella scheda. Le flange sono preisolate con guarnizioni termoconduttrici, ad esempio di Noma-kon, Bergquist o, in casi estremi, mica di XNUMX mm di spessore. Pertanto, strutturalmente, il convertitore appare racchiuso in un involucro metallico che lo protegge dalle sollecitazioni meccaniche. Per aumentare l'affidabilità, è opportuno coprire la scheda del convertitore con 2-3 strati di vernice per eliminare la possibilità di guasti ad alta umidità ambientale. Se tutti gli elementi del generatore sono in buone condizioni, correttamente fabbricati e collegati secondo lo schema, non è difficile stabilirlo. Un oscilloscopio è collegato in parallelo con il resistore R10. Un alimentatore da laboratorio, ad esempio B9-5, con una corrente massima non superiore a 45 ... 15 mA è collegato al condensatore C17 nella polarità appropriata e la tensione inizia ad aumentare lentamente, partendo da zero. A una tensione di 9,5 ... 10,5 V, all'uscita del microcircuito DA1 viene impostata una tensione dell'unità logica, l'oscillatore principale si accende e dovrebbero apparire impulsi rettangolari con una frequenza di circa 100 kHz e un ciclo di lavoro di circa 2 la schermata dell'oscilloscopio (Fig. 2, a). Inoltre, la tensione non deve essere aumentata, perché ad un valore di circa 13 V, il diodo zener VD1 potrebbe aprirsi. La corrente assorbita dalla centralina non deve superare il massimo specificato. Se ora riduciamo la tensione di alimentazione, a 7,2 ... 7,6 V, la generazione scomparirà. Ciò significa che l'unità di controllo del convertitore funziona correttamente. Successivamente, all'uscita del convertitore viene collegato un carico con una resistenza di 4 ... 5 Ohm e una potenza di 10 ... 15 W e la tensione viene fornita all'ingresso dal secondo alimentatore da laboratorio B5-49, e con la centralina in funzione, la tensione di ingresso inizia ad aumentare. Innanzitutto, impostalo a un livello di 7 ... 10 V e verifica con un oscilloscopio che gli avvolgimenti del trasformatore T1 siano collegati correttamente. Inoltre, controllano la forma della tensione allo scarico del transistor VT4 (Fig. 2, d) e controllano la tensione all'uscita del convertitore con un voltmetro. Con una tensione di ingresso di 150 ... 170 V, la tensione di uscita raggiunge 5 V e si stabilizza. Successivamente, l'alimentazione dell'unità di controllo viene disattivata e continua a funzionare su un ingresso. Un ulteriore aumento della tensione di ingresso dovrebbe portare a una diminuzione dell'ampiezza dell'impulso di controllo (Fig. 2, a), che dovrebbe essere controllata anche sul resistore R10. Inoltre, a una tensione di ingresso di 200 V, la corrente di carico viene aumentata (ma non più di 7 A) e il suo valore è fisso, a cui la tensione di uscita del convertitore inizia a diminuire. Se ciò non può essere fatto con una corrente fino a 7 A, la resistenza del resistore R11 viene aumentata. Come risultato della regolazione, la sua valutazione dovrebbe essere impostata in modo tale che con una corrente di carico di 6,5 ... 7 A e la tensione di ingresso minima consentita, la tensione di uscita del convertitore inizi a diminuire. Questo completa la regolazione dell'alimentazione. Se la qualità dell'avvolgimento del trasformatore T1 è scarsa, la tensione "sbalzi" sul transistor \L "4 aumenta, il che può causare un funzionamento instabile dell'alimentatore e persino la rottura del transistor di commutazione. Se hai bisogno di una sorgente con una tensione di uscita diversa, devi fare quanto segue: cambiare la resistenza dei resistori R13, R14, dato che la tensione di soglia del chip DA2 è 2,5 V; variazione in proporzione diretta al numero di spire e inversamente proporzionale alla sezione dei conduttori dell'avvolgimento III; selezionare il diodo VD9 e i condensatori C15-C17, C19 per la tensione appropriata; installare la resistenza R16 con resistenza (in ohm) calcolata secondo la formula R16=100(UBblx-4). Quando si configura e si lavora con il convertitore, ricordare che i suoi elementi sono ad alta tensione, pericolosi per la vita. Sii attento e attento! Autore: A. Mironov, Lyubertsy, regione di Mosca; Pubblicazione: cxem.net
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