Gli IP Micropower con isolamento galvanico dalla rete ~220 V possono essere realizzati utilizzando optoaccoppiatori collegandoli in serie per aumentare la tensione di uscita (Fig. 3.2-1.). Il trasferimento di energia viene effettuato mediante un flusso luminoso unidirezionale all'interno dell'optoaccoppiatore (l'optoaccoppiatore contiene elementi che emettono e assorbono luce), quindi non c'è connessione galvanica con la rete.

Su un accoppiatore ottico, 0,5-0,7 V sono allocati per AOD101. AOD302 e 4 V - per AOT102, AOT110 (afflusso 0,2 mA). Per fornire i valori richiesti di tensione e corrente, gli optoaccoppiatori sono collegati in serie o in parallelo. Come elemento di accumulo tampone, puoi utilizzare uno ionizzatore, una batteria o una capacità di 100-1000 microfarad. I LED sono alimentati attraverso una capacità non superiore a 0.2 uF per evitare la distruzione. Va ricordato che l'efficienza degli optoaccoppiatori diminuisce nel tempo (circa il 25% su 15000 ore di funzionamento).

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2. Micro stabilizzatore di potenza a basso consumo

Alcuni progetti di radioamatori richiedono regolatori di micropotenza che consumano microampere in modalità di stabilizzazione. Sulla fig. 3.2-4 mostra un diagramma schematico di tale stabilizzatore con un consumo di corrente interno di 10 μA e una corrente di stabilizzazione di 100 mA.

Per gli elementi indicati nello schema, la tensione di stabilizzazione è Uout \u3.4d 1 V, per cambiarla, invece del LED HL522, è possibile accendere i diodi KD0.7 in serie (su ogni caduta di tensione è 1 V: sui transistor VT2, VT0,3 - 30 V). La tensione di ingresso di questo stabilizzatore (Uin) non è superiore a XNUMX V. È necessario utilizzare transistor con un guadagno massimo.

3. Alimentatori con condensatori di accoppiamento

Negli alimentatori di micropotenza con accoppiamento galvanico a una rete industriale, i cosiddetti. condensatori di accoppiamento, che altro non sono che resistori di shunt collegati in serie nel circuito di potenza. È noto che un condensatore installato in un circuito a corrente alternata ha una resistenza che dipende dalla frequenza e si chiama reattiva. La capacità del condensatore di isolamento (presupponendo l'applicazione in una rete industriale ~ 220 V, 50 Hz) può essere calcolata utilizzando la seguente formula:

Ad esempio: un caricabatterie per batterie al nichel-cadmio da 12V con una capacità di 1 Ah può essere alimentato dalla rete tramite un condensatore separatore. Per le batterie al nichel-cadmio, la corrente di carica è pari al 10% della nominale, ovvero 100 mA nel nostro caso. Inoltre, tenendo conto della caduta di tensione attraverso lo stabilizzatore dell'ordine di 3-5 V, troviamo che è necessario fornire una tensione di ~ 18 V all'ingresso del caricabatterie con una corrente operativa di 100 mA. Sostituendo questi dati otteniamo:

secondo la prima formula:

Pertanto, scegliamo C \u1,5d 500 μF con una doppia tensione operativa di XNUMX V (è possibile utilizzare condensatori dei seguenti tipi: MBM, MGBP, MBT).

Uno schema completo di un caricabatterie con un condensatore di accoppiamento è mostrato in fig. 3.2-2. Il dispositivo è adatto per caricare batterie con una corrente non superiore a 100 mA con una tensione di carica non superiore a 15 V. Il resistore trimmer R2 imposta il valore richiesto della tensione di carica. R1 funge da limitatore di corrente all'inizio della carica e la tensione generata su di esso viene applicata al LED. Dall'intensità del bagliore del LED, puoi giudicare quanto è scarica la batteria.

Quando si utilizza questo alimentatore (e qualsiasi altro IP senza isolamento galvanico dalla rete), è necessario ricordare le misure di sicurezza. Il dispositivo e la batteria ricaricabile sono sempre sotto il potenziale della rete industriale. In alcuni casi, tali restrizioni rendono impossibile il normale funzionamento dei dispositivi, pertanto è necessario prevedere l'isolamento galvanico dell'IP dalla rete.

Un alimentatore a bassa potenza con condensatore di separazione, ma con isolamento galvanico da una rete industriale, può essere realizzato sulla base di un trasformatore di transizione o di un relè di avviamento magnetico e la loro tensione operativa può essere inferiore a 220 V. In fig. 3.2-3 mostra un diagramma schematico di tale alimentatore.

La capacità del condensatore di isolamento viene calcolata tenendo conto dei parametri del trasformatore (ovvero, conoscendo il rapporto di trasformazione, calcolare prima la tensione che deve essere fornita all'ingresso del trasformatore e quindi, dopo essersi assicurati che tale tensione sia accettabile per il trasformatore utilizzato, calcolare i parametri del condensatore).

L'energia sprigionata da una tale fonte di alimentazione può benissimo alimentare un campanello di casa, un ricevitore, un lettore audio.

4. Alimentatori con condensatori di accoppiamento

Negli alimentatori di micropotenza con accoppiamento galvanico a una rete industriale, i cosiddetti. condensatori di accoppiamento, che altro non sono che resistori di shunt collegati in serie nel circuito di potenza. È noto che un condensatore installato in un circuito a corrente alternata ha una resistenza che dipende dalla frequenza e si chiama reattiva. La capacità del condensatore di isolamento (presupponendo l'applicazione in una rete industriale ~ 220 V, 50 Hz) può essere calcolata utilizzando la seguente formula:

Ad esempio: un caricabatterie per batterie al nichel-cadmio da 12V con una capacità di 1 Ah può essere alimentato dalla rete tramite un condensatore separatore. Per le batterie al nichel-cadmio, la corrente di carica è pari al 10% della nominale, ovvero 100 mA nel nostro caso. Inoltre, tenendo conto della caduta di tensione attraverso lo stabilizzatore dell'ordine di 3-5 V, troviamo che è necessario fornire una tensione di ~ 18 V all'ingresso del caricabatterie con una corrente operativa di 100 mA. Sostituendo questi dati otteniamo:

secondo la prima formula:

Pertanto, scegliamo C \u1,5d 500 μF con una doppia tensione operativa di XNUMX V (è possibile utilizzare condensatori dei seguenti tipi: MBM, MGBP, MBT).

Uno schema completo di un caricabatterie con un condensatore di accoppiamento è mostrato in fig. 3.2-2. Il dispositivo è adatto per caricare batterie con una corrente non superiore a 100 mA con una tensione di carica non superiore a 15 V. Il resistore trimmer R2 imposta il valore richiesto della tensione di carica. R1 funge da limitatore di corrente all'inizio della carica e la tensione generata su di esso viene applicata al LED. Dall'intensità del bagliore del LED, puoi giudicare quanto è scarica la batteria.

Quando si utilizza questo alimentatore (e qualsiasi altro IP senza isolamento galvanico dalla rete), è necessario ricordare le misure di sicurezza. Il dispositivo e la batteria ricaricabile sono sempre sotto il potenziale della rete industriale. In alcuni casi, tali restrizioni rendono impossibile il normale funzionamento dei dispositivi, pertanto è necessario prevedere l'isolamento galvanico dell'IP dalla rete.

Un alimentatore a bassa potenza con condensatore di separazione, ma con isolamento galvanico da una rete industriale, può essere realizzato sulla base di un trasformatore di transizione o di un relè di avviamento magnetico e la loro tensione operativa può essere inferiore a 220 V. In fig. 3.2-3 mostra un diagramma schematico di tale alimentatore.

La capacità del condensatore di isolamento viene calcolata tenendo conto dei parametri del trasformatore (ovvero, conoscendo il rapporto di trasformazione, calcolare prima la tensione che deve essere fornita all'ingresso del trasformatore e quindi, dopo essersi assicurati che tale tensione sia accettabile per il trasformatore utilizzato, calcolare i parametri del condensatore).

L'energia sprigionata da una tale fonte di alimentazione può benissimo alimentare un campanello di casa, un ricevitore, un lettore audio.

5. Alimentatori lineari

Attualmente, gli alimentatori lineari tradizionali vengono sempre più sostituiti da quelli switching. Tuttavia, nonostante ciò, continuano ad essere una soluzione molto comoda e pratica nella maggior parte dei casi di progettazione di radioamatori (a volte in dispositivi industriali). Ci sono diverse ragioni per questo: in primo luogo, gli alimentatori lineari sono strutturalmente abbastanza semplici e facili da configurare, in secondo luogo, non richiedono l'uso di costosi componenti ad alta tensione e, infine, sono molto più affidabili degli alimentatori a impulsi.

Un tipico alimentatore lineare contiene: un trasformatore step-down di rete, un ponte a diodi con un filtro e uno stabilizzatore che converte la tensione non regolata ricevuta dall'avvolgimento secondario del trasformatore attraverso il ponte a diodi e il filtro in una tensione di uscita stabilizzata, inoltre, questa tensione di uscita è sempre inferiore allo stabilizzatore di tensione di ingresso non stabilizzato.

Il principale svantaggio di tale schema è la bassa efficienza e la necessità di riservare energia in quasi tutti gli elementi del dispositivo (ovvero, richiede l'installazione di componenti che consentono carichi più elevati del previsto per l'IP nel suo insieme, ad esempio per un IP da 10 W, è necessario un trasformatore con una potenza di almeno 15 W e così via). La ragione di ciò è il principio in base al quale funzionano gli stabilizzatori degli IP lineari. Consiste nel dissipare una certa potenza sull'elemento di regolazione Ppac = Iload * (Uin - Uout) Ne consegue dalla formula che maggiore è la differenza tra la tensione di ingresso e quella di uscita dello stabilizzatore, più potenza deve essere dissipata sull'elemento di regolazione .

D'altra parte, quanto più instabile è la tensione di ingresso dello stabilizzatore, e quanto più dipende dalla variazione della corrente di carico, tanto maggiore dovrebbe essere rispetto alla tensione di uscita. Pertanto, si può vedere che gli stabilizzatori di alimentazione lineari operano all'interno di un intervallo abbastanza ristretto di tensioni di ingresso consentite e questi limiti sono ancora più ristretti quando vengono imposti requisiti rigorosi sull'efficienza del dispositivo. Ma il grado di stabilizzazione e soppressione del rumore impulsivo raggiunto negli IP lineari è molto superiore ad altri schemi. Consideriamo più in dettaglio gli stabilizzatori utilizzati nell'IP lineare.

Gli stabilizzatori più semplici (i cosiddetti parametrici) si basano sull'uso delle caratteristiche delle caratteristiche corrente-tensione di alcuni dispositivi a semiconduttore, principalmente diodi zener. Hanno un'alta impedenza di uscita. basso livello di stabilizzazione e bassa efficienza. Tali stabilizzatori vengono utilizzati solo a bassi carichi, solitamente come elementi del circuito (ad esempio, come sorgenti di tensione di riferimento). Esempi di stabilizzatori parametrici e formule per il calcolo sono mostrati in fig. 3.3-1.

Gli stabilizzatori lineari passanti in serie si distinguono per le seguenti caratteristiche: la tensione al carico non dipende dalla tensione di ingresso e dalla corrente di carico, sono consentiti valori elevati della corrente di carico, alto coefficiente di stabilizzazione e bassa resistenza di uscita sono forniti. Lo schema a blocchi di un tipico stabilizzatore lineare è mostrato in fig. 3.3-2. Il principio di base su cui si basa il suo lavoro è confrontare la tensione di uscita con alcuni stabilizzati

tensione di riferimento e controllo basato sui risultati di questo confronto, l'elemento di potenza principale dello stabilizzatore (nello schema a blocchi, il cosiddetto transistor pass-through VT1, operante in modalità lineare, ma può anche essere un gruppo di componenti) , su cui viene dissipata la potenza in eccesso (vedi. formula sopra).

Nella maggior parte dei casi di progettazione di radioamatori, gli alimentatori lineari basati su microcircuiti di stabilizzatori lineari della serie K (KR) 142 possono essere utilizzati come fonti di alimentazione per dispositivi. Hanno parametri molto buoni, hanno circuiti di protezione da sovraccarico integrati, circuiti di compensazione termica, ecc., sono facilmente accessibili e facili da usare (la maggior parte degli stabilizzatori di questa serie sono completamente implementati all'interno dell'IC, che (hanno solo tre uscite) Tuttavia, quando si progetta un IP lineare ad alta potenza (25-100 W), è richiesto un approccio più sottile, vale a dire: l'uso di trasformatori speciali con nuclei corazzati (con un CDP più elevato), l'uso diretto di soli stabilizzatori integrati è impossibile a causa alla loro potenza insufficiente, ad es. sono necessari componenti di potenza aggiuntivi e, di conseguenza, circuiti di protezione aggiuntivi contro sovraccarico, surriscaldamento e sovratensione.Tali IP generano molto calore, richiedono l'installazione di molti componenti su radiatori di grandi dimensioni e, di conseguenza, sono piuttosto grandi ; sono necessarie soluzioni circuitali speciali per ottenere un elevato fattore di stabilizzazione della tensione di uscita.

6. Stabilizzatore con corrente di carico fino a 5A

Sulla fig. 3.3-3 mostra il circuito di base per la costruzione di potenti stabilizzatori che forniscono una corrente di carico fino a 5 A. che è abbastanza per alimentare la maggior parte dei progetti di radioamatori. Il circuito è realizzato utilizzando un chip stabilizzatore della serie KR142 e un pass transistor esterno.

A basso consumo di corrente, il transistor VT1 è chiuso e funziona solo il microcircuito stabilizzatore, ma con un aumento del consumo di corrente, la tensione assegnata a R2 e VD5 apre il transistor VT1 e la parte principale della corrente di carico inizia a fluire attraverso la sua giunzione. Il resistore R1 funge da sensore di corrente di sovraccarico. Maggiore è la resistenza R1, minore è l'attivazione della protezione corrente (il transistor VT1 si chiude). L'induttanza filtro L 1 serve a sopprimere l'ondulazione CA al carico massimo.

Secondo lo schema sopra, è possibile assemblare stabilizzatori per una tensione di 5-15 V. I diodi di potenza VD1-VD4 devono essere classificati per una corrente di almeno 10 A. Il resistore R4 regola con precisione la tensione di uscita (il valore di base è impostato dal tipo di chip stabilizzatore utilizzato serie KR142). Gli elementi di potenza sono installati su radiatori con un'area di almeno 200 cm ^ 2.

Ad esempio, calcoliamo uno stabilizzatore di tensione con le seguenti caratteristiche:

Uout - 12 V; Ineg - 3A; Uin - 20 V.

Scegliamo uno stabilizzatore di tensione 12 V della serie KR142 - KR142EN8B. Selezioniamo un transistor passante in grado di dissipare la massima potenza di carico Prac \u20d Uin * Iload \u3d 60 • 1.5 \u2d 818 W (si consiglia di scegliere una potenza del transistor 100-15 volte maggiore) - il comune KT1A è adatto (Rrac \u5d 202 W, Ik max \uXNUMXd XNUMX A). Come VDXNUMX-VDXNUMX, è possibile utilizzare qualsiasi diodo di potenza adatto alla corrente, ad esempio KDXNUMXD.

7. Alimentatori switching

A differenza degli alimentatori lineari tradizionali, che presuppongono lo smorzamento di un'eccessiva tensione non stabilizzata su un elemento passante lineare, gli alimentatori a impulsi utilizzano altri metodi e fenomeni fisici per generare una tensione stabilizzata, vale a dire: l'effetto dell'accumulo di energia negli induttori, nonché la possibilità della trasformazione ad alta frequenza e della conversione dell'energia immagazzinata in pressione costante. Esistono tre schemi tipici per la costruzione di alimentatori a impulsi (vedi Fig. 3.4-1): step-up (la tensione di uscita è superiore a quella di ingresso), step-down (la tensione di uscita è inferiore a quella di ingresso) e inversione (la tensione di uscita ha l'opposto polarità rispetto all'ingresso). Come si può vedere dalla figura, differiscono solo per il modo di collegare l'induttanza, altrimenti il ​​​​principio di funzionamento rimane invariato, vale a dire.

Un elemento chiave (solitamente vengono utilizzati transistor bipolari o MIS), operante a una frequenza di circa 20-100 kHz, periodicamente per un breve periodo (non più del 50% del tempo) applica l'intera tensione non stabilizzata in ingresso all'induttore. corrente impulsiva. scorrendo attraverso la bobina, assicura l'accumulo di energia nel suo campo magnetico 1/2LI^2 ad ogni impulso. L'energia immagazzinata in questo modo dalla bobina viene trasferita al carico (o direttamente utilizzando un diodo raddrizzatore, o attraverso l'avvolgimento secondario e quindi rettificato), il condensatore del filtro di livellamento dell'uscita assicura che la tensione e la corrente di uscita siano costanti. La stabilizzazione della tensione di uscita è assicurata dalla regolazione automatica dell'ampiezza o della frequenza degli impulsi sull'elemento chiave (il circuito di retroazione è progettato per monitorare la tensione di uscita).

Questo schema, sebbene piuttosto complesso, può aumentare significativamente l'efficienza dell'intero dispositivo. Il fatto è che, in questo caso, oltre al carico stesso, nel circuito non ci sono elementi di potenza che dissipano una potenza significativa. I transistor a chiave funzionano in una modalità a chiave satura (ovvero, la caduta di tensione ai loro capi è piccola) e dissipano potenza solo in intervalli di tempo abbastanza brevi (il tempo dell'impulso). Inoltre, aumentando la frequenza di conversione, è possibile aumentare sensibilmente la potenza e migliorare le caratteristiche di peso e dimensioni.

Un importante vantaggio tecnologico dell'IP pulsato è la possibilità di costruire sulla base IP di rete di piccole dimensioni con isolamento galvanico dalla rete per alimentare un'ampia varietà di apparecchiature. Tali IP sono costruiti senza l'uso di un ingombrante trasformatore di potenza a bassa frequenza secondo il circuito del convertitore ad alta frequenza. Si tratta, infatti, di un tipico circuito di alimentazione pulsata con riduzione di tensione, dove si utilizza come tensione di ingresso una tensione di rete raddrizzata e come trasformatore ad alta frequenza (di piccole dimensioni e ad alto rendimento) elemento di accumulo, dall'avvolgimento secondario di cui viene rimossa la tensione stabilizzata in uscita (questo trasformatore fornisce anche l'isolamento galvanico dalla rete).

Gli svantaggi degli alimentatori a impulsi includono: la presenza di un elevato livello di rumore impulsivo in uscita, elevata complessità e bassa affidabilità (soprattutto nella produzione artigianale), la necessità di utilizzare costosi componenti ad alta tensione ad alta frequenza, che, nel caso del minimo malfunzionamento, falliscono facilmente "in massa" (con questo, di regola, si possono osservare impressionanti effetti pirotecnici). Coloro a cui piace approfondire l'interno dei dispositivi con un cacciavite e un saldatore dovranno prestare molta attenzione durante la progettazione di una rete IP pulsata, poiché molti elementi di tali circuiti sono ad alta tensione.

8. Regolatore di commutazione a bassa complessità efficiente

Sulla base dell'elemento, simile a quella utilizzata nello stabilizzatore lineare sopra descritto (Fig. 3.3-3), è possibile costruire un regolatore di tensione di commutazione. A parità di caratteristiche avrà dimensioni notevolmente inferiori e migliori condizioni termiche. Un diagramma schematico di tale stabilizzatore è mostrato in fig. 3.4-2. Lo stabilizzatore è assemblato secondo uno schema tipico con una caduta di tensione (Fig. 3.4-1a).

Alla prima accensione, quando il condensatore C4 è scarico e un carico sufficientemente potente è collegato all'uscita, la corrente scorre attraverso il regolatore lineare IC DA1. La caduta di tensione attraverso R1 causata da questa corrente sblocca il transistor chiave VT1, che entra immediatamente in modalità saturazione, poiché la resistenza induttiva L1 è grande e una corrente sufficientemente grande scorre attraverso il transistor. La caduta di tensione su R5 apre l'elemento chiave principale: il transistor VT2. Attuale. aumentando in L1, si carica C4, mentre lo stabilizzatore e il transistor a chiave sono bloccati attraverso la retroazione su R8. L'energia immagazzinata nella bobina alimenta il carico. Quando la tensione su C4 scende al di sotto della tensione di stabilizzazione, DA1 e il transistor a chiave si aprono. Il ciclo viene ripetuto ad una frequenza di 20-30 kHz.

Catena R3. R4, C2 imposterà il livello di tensione di uscita. Può essere facilmente regolato all'interno di un piccolo intervallo, da Uct DA1 a Uin. Tuttavia, se Uout viene alzato vicino a Uin, c'è una certa instabilità al massimo carico e un aumento del livello di ondulazione. Per sopprimere le increspature ad alta frequenza, un filtro L2, C5 è incluso all'uscita dello stabilizzatore.

Lo schema è abbastanza semplice e più efficace per questo livello di complessità. Tutti gli elementi di potenza VT1, VT2, VD1, DA1 sono forniti con piccoli radiatori. La tensione di ingresso non deve superare i 30 V, che è il massimo per gli stabilizzatori KR142EN8. I diodi raddrizzatori devono essere utilizzati per una corrente di almeno 3 A.

9. Gruppo di continuità basato su un regolatore di commutazione

Sulla fig. 3.4-3, viene proposto un dispositivo per l'alimentazione ininterrotta di sistemi di sicurezza e videosorveglianza basato su uno stabilizzatore di commutazione combinato con un caricabatterie. Lo stabilizzatore include sistemi di protezione contro sovraccarico, surriscaldamento, picchi di uscita, cortocircuiti.

Lo stabilizzatore ha i seguenti parametri:

• Tensione di ingresso, Vvx - 20-30 V:
• Uscita tensione stabilizzata, Uvyx-12V:
• Corrente di carico nominale, Icarico nominale -5A;
• Corrente di funzionamento del sistema di protezione contro il sovraccarico, Izasch - 7A;.
• Tensione di funzionamento del sistema di protezione da sovratensione, protezione Uout - 13 V;
• Corrente di carica massima della batteria, batteria Izar max - 0,7 A;
• Livello di ondulazione. Uppulse - 100 mV
• Temperatura di funzionamento del sistema di protezione contro il surriscaldamento, Тzasch - 120 Con;
• Velocità di commutazione all'alimentazione a batteria, tswitch - 10 ms (relè RES-b RFO.452.112).

Il principio di funzionamento dello stabilizzatore di commutazione nel dispositivo descritto è lo stesso dello stabilizzatore presentato sopra.

Il dispositivo è integrato con un caricabatterie realizzato sugli elementi DA2, R7, R8, R9, R10, VD2, C7. Regolatore di tensione IC DA2 con partitore di corrente su R7. R8 limita la massima corrente di carica iniziale, il divisore R9, R10 imposta la tensione di uscita della carica, il diodo VD2 protegge la batteria dall'autoscarica in assenza di tensione di alimentazione.

La protezione da surriscaldamento utilizza il termistore R16 come sensore di temperatura. All'intervento della protezione viene acceso il segnalatore sonoro montato sull'IC DD 1 e, contemporaneamente, il carico viene scollegato dallo stabilizzatore, passando all'alimentazione da batteria. Il termistore è montato sul radiatore del transistor VT1. La regolazione precisa del livello di funzionamento della protezione termica viene effettuata dalla resistenza R18.

Il sensore di tensione è montato su un divisore R13, R15. la resistenza R15 imposta il livello esatto di funzionamento della protezione da sovratensione (13 V). Quando viene superata la tensione all'uscita dello stabilizzatore (in caso di guasto dell'ultimo), il relè S1 scollega il carico dallo stabilizzatore e lo collega alla batteria. In caso di interruzione di corrente, il relè S1 passa allo stato "predefinito", ovvero collega il carico alla batteria.

Il circuito mostrato qui non ha una protezione elettronica da cortocircuito per la batteria. questo ruolo è svolto da un fusibile nel circuito di alimentazione del carico, progettato per il massimo consumo di corrente.

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10. Alimentatori basati su un convertitore di impulsi ad alta frequenza

Molto spesso, quando si progettano dispositivi, ci sono requisiti rigorosi per le dimensioni della fonte di alimentazione. In questo caso, l'unica via d'uscita è utilizzare un alimentatore basato su convertitori di impulsi ad alta tensione ad alta frequenza. che sono collegati alla rete ~220 V senza l'uso di un trasformatore riduttore generale a bassa frequenza e possono fornire un'elevata potenza con dimensioni e dissipazione del calore ridotte.

Lo schema a blocchi di un tipico convertitore di impulsi alimentato da una rete industriale è mostrato in Figura 34-4.

Il filtro di ingresso è progettato per impedire la penetrazione del rumore impulsivo nella rete. Gli interruttori di alimentazione forniscono impulsi ad alta tensione all'avvolgimento primario di un trasformatore ad alta frequenza (è possibile utilizzare circuiti a uno e due cicli). La frequenza e la durata degli impulsi sono impostate da un generatore controllato (di solito viene utilizzato il controllo dell'ampiezza dell'impulso, meno spesso - la frequenza). A differenza dei trasformatori sinusoidali a bassa frequenza, gli alimentatori a impulsi utilizzano dispositivi a banda larga per fornire un trasferimento di potenza efficiente su segnali con fronti veloci. Ciò impone requisiti significativi sul tipo di circuito magnetico utilizzato e sul design del trasformatore.

D'altra parte, con l'aumentare della frequenza, le dimensioni richieste del trasformatore (pur mantenendo la potenza trasmessa) diminuiscono (i materiali moderni consentono di costruire potenti trasformatori con un'efficienza accettabile a frequenze fino a 100-400 kHz). Una caratteristica del raddrizzatore di uscita è l'uso di diodi di potenza non ordinari, ma diodi Schottky ad alta velocità, dovuti all'alta frequenza della tensione raddrizzata. Il filtro di uscita attenua l'ondulazione della tensione di uscita. La tensione di retroazione viene confrontata con la tensione di riferimento e quindi controlla il generatore. Prestare attenzione alla presenza di isolamento galvanico nel circuito di retroazione, necessario se si desidera fornire l'isolamento della tensione di uscita dalla rete.

Nella produzione di tale IP, ci sono seri requisiti per i componenti utilizzati (che ne aumentano il costo rispetto a quelli tradizionali). In primo luogo, riguarda la tensione operativa dei diodi raddrizzatori, dei condensatori di filtro e dei transistor a chiave, che non dovrebbe essere inferiore a 350 V per evitare guasti. In secondo luogo, dovrebbero essere utilizzati transistor chiave ad alta frequenza (frequenza operativa 20-100 kHz) e speciali condensatori ceramici (i normali elettroliti di ossido si surriscaldano alle alte frequenze a causa della loro elevata induttanza). E in terzo luogo, la frequenza di saturazione di un trasformatore ad alta frequenza, determinata dal tipo di circuito magnetico utilizzato (di norma vengono utilizzati nuclei toroidali) deve essere significativamente superiore alla frequenza operativa del convertitore.

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Sulla fig. 3.4-5 mostra un diagramma schematico di un IP classico basato su un convertitore ad alta frequenza. Il filtro, costituito dai condensatori C1, C2, C3 e dalle induttanze L1, L2, serve a proteggere l'alimentazione dai disturbi ad alta frequenza del convertitore. Il generatore è costruito secondo un circuito auto oscillante ed è abbinato ad uno stadio chiave. I transistor chiave VT1 e VT2 funzionano in controfase, aprendosi e chiudendosi a turno. L'avvio del generatore e il funzionamento affidabile sono assicurati dal transistor VT3, che opera in modalità di guasto a valanga. Quando la tensione su C6 sale attraverso R3, il transistor si apre e il condensatore si scarica alla base di VT2, avviando il generatore. La tensione di retroazione viene rimossa dall'avvolgimento aggiuntivo (III) del trasformatore di potenza Tpl.

Transistor VT1. VT2 si installa su radiatori a piastre di almeno 100 cm^2. I diodi VD2-VD5 con barriera Schottky sono posti su un piccolo radiatore 5 cm ^ 2.

Dati bobina e trasformatore: L1-1. L2 è avvolto su anelli di ferrite 2000NM K12x8x3 in due fili con filo PELSHO 0,25: 20 spire. TP1 - su due anelli accostati, ferrite 2000NN KZ 1x18.5x7; avvolgimento 1 - 82 spire con filo PEV-2 0,5: avvolgimento II - 25 + 25 spire con filo PEV-2 1,0: avvolgimento III - 2 spire con filo PEV-2 0.3. TP2 è avvolto su un anello di ferrite 2000NN K10x6x5. tutti gli avvolgimenti sono realizzati con filo PEV-2 0.3: avvolgimento 1 - 10 giri: avvolgimenti II e III - 6 giri ciascuno, entrambi gli avvolgimenti (II e III) sono avvolti in modo che occupino il 50% dell'area sull'anello senza toccarsi o sovrapponendosi l'uno all'altro, l'avvolgimento I viene avvolto uniformemente su tutto l'anello e isolato con uno strato di tela verniciata. Le bobine del filtro raddrizzatore L3, L4 sono avvolte su ferrite 2000NM K 12x8x3 con filo PEV-2 1,0, il numero di giri è 30. KT1A può essere utilizzato come transistor chiave VT2, VT809. KT812, KT841.

I valori nominali degli elementi e i dati di avvolgimento dei trasformatori sono forniti per una tensione di uscita di 35 V. Nel caso in cui siano richiesti altri parametri operativi, il numero di spire nell'avvolgimento 2 Tr1 deve essere modificato di conseguenza.

Il circuito descritto presenta notevoli inconvenienti dovuti al desiderio di ridurre al minimo il numero di componenti utilizzati. Si tratta di un basso "livello di stabilizzazione della tensione di uscita, funzionamento instabile e inaffidabile e bassa corrente di uscita. Tuttavia, è abbastanza adatto per alimentare le strutture più semplici di diversa potenza (quando si utilizzano componenti adeguati), quali: calcolatrici, avvisatori, corpi illuminanti, ecc.

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Un altro circuito IP basato su un convertitore di impulsi ad alta frequenza è mostrato in Fig. 3.4-6. La principale differenza tra questo circuito e la struttura standard mostrata in Fig. 3-4 è la mancanza di un ciclo di feedback. A questo proposito, la stabilità della tensione agli avvolgimenti di uscita del trasformatore RF Tr4 è piuttosto bassa ed è richiesto l'uso di stabilizzatori secondari (il circuito utilizza stabilizzatori integrati universali sui circuiti integrati della serie KR2).

11. Regolatore a commutazione con transistor MIS a chiave con rilevamento della corrente

La miniaturizzazione e l'aumento dell'efficienza nello sviluppo e nella progettazione di alimentatori a commutazione è facilitata dall'uso di una nuova classe di inverter a semiconduttore: transistor MOS, nonché: diodi ad alta potenza con recupero inverso rapido, diodi Schottky, diodi ultraveloci , transistor ad effetto di campo con gate isolato, circuiti integrati per il controllo di elementi chiave. Tutti questi elementi sono disponibili sul mercato nazionale e possono essere utilizzati nella progettazione di alimentatori ad alta efficienza, convertitori, sistemi di accensione per motori a combustione interna (ICE), sistemi di accensione per lampade fluorescenti (LDS). Di grande interesse per gli sviluppatori può anche essere una classe di dispositivi di potenza chiamati HEXSense - transistor MIS con rilevamento di corrente. Sono elementi di commutazione ideali per alimentatori switching pronti all'uso. La capacità di leggere la corrente del transistor di commutazione può essere utilizzata negli alimentatori a impulsi per il feedback di corrente richiesto dal controller PWM. Ciò consente di semplificare il design dell'alimentatore - l'esclusione di resistori e trasformatori di corrente da esso.

Sulla fig. 3.4-7 mostra lo schema di un alimentatore switching da 230 W. Le sue principali caratteristiche prestazionali sono le seguenti:

• Tensione di ingresso: -110V 60Hz:
• Tensione di uscita: 48 V CC:
• Corrente di carico: 4.8 A:
• Frequenza di commutazione: 110 kHz:
• Efficienza a pieno carico: 78%;
• Efficienza a 1/3 del carico: 83%.

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Il circuito si basa su un modulatore di larghezza di impulso (PWM) con un convertitore ad alta frequenza in uscita. Il principio di funzionamento è il seguente.

Il segnale di controllo del transistor chiave proviene dall'uscita 6 del controller PWM DA1, il ciclo di lavoro è limitato al 50% dal resistore R4, R4 e C3 sono gli elementi di temporizzazione del generatore. L'alimentazione DA1 è fornita dalla catena VD5, C5, C6, R6. Il resistore R6 è progettato per fornire tensione durante l'avvio del generatore, successivamente, il feedback di tensione viene attivato tramite L1, VD5. Questo feedback è ottenuto da un avvolgimento aggiuntivo dell'induttanza di uscita, che opera in modalità flyback. Oltre ad alimentare il generatore, la tensione di retroazione attraverso la catena VD4, Cl, Rl, R2 viene alimentata all'ingresso di retroazione della tensione DA1 (pin 2). Tramite R3 e C2 viene fornita una compensazione che garantisce la stabilità dell'anello di retroazione.

Come elemento chiave di VT2, viene utilizzato un transistor MIS con rilevamento della corrente IRC830 di International Rectifier. Il segnale di lettura della corrente viene fornito da VT2 al pin 3 di DA1. Il livello di tensione sul pin di rilevamento della corrente è impostato dal resistore R7 ed è proporzionale alla corrente di drain, C9 sopprime i picchi sul fronte di salita dell'impulso di corrente di drain che possono causare un funzionamento prematuro del controller. VT1 e R5 vengono utilizzati per impostare la legge di controllo richiesta. Si noti che la corrente di lettura viene restituita al cristallo al pin della sorgente. Questo è fatto per quello. per evitare un errore di lettura della corrente che può verificarsi a causa di una caduta di tensione attraverso la resistenza parassita del pin della sorgente.

Sulla base di questo schema è possibile costruire stabilizzatori switching con altri parametri di uscita.

12. Moderni dispositivi a scarica di gas

Circa il 25% dell'elettricità generata nel mondo è consumata da sistemi di illuminazione artificiale, il che rende quest'area estremamente attraente per gli sforzi per migliorare l'efficienza e ridurre il consumo di elettricità.

Attualmente, le sorgenti luminose economiche più comuni sono le lampade a scarica di gas, che vengono sempre più utilizzate al posto delle tradizionali lampade a incandescenza. Il principio di funzionamento di tali lampade è il bagliore luminescente del gas racchiuso all'interno della lampada quando la corrente scorre attraverso di essa (rottura ad alta tensione), che è assicurata applicando alta tensione agli elettrodi della lampada. Le lampade a scarica possono essere suddivise in due tipologie, la prima sono lampade ad alta intensità, tra le quali le più diffuse sono le lampade al mercurio, le lampade al sodio ad alta pressione e le lampade ad alogenuri metallici, la seconda sono le lampade fluorescenti a bassa pressione.

Le lampade a bassa pressione vengono utilizzate per l'illuminazione nella maggior parte dei casi della vita quotidiana - in edifici amministrativi, uffici, edifici residenziali: si distinguono per la ricca luce bianca. vicino alla luce del giorno (da cui il nome - "lampade fluorescenti"). Le lampade ad alta pressione sono utilizzate per l'illuminazione esterna - in lampioni, faretti, ecc.

Se una lampada a incandescenza convenzionale, quando accesa, è un carico resistivo costante, tutte le lampade a scarica di gas hanno caratteristiche di impedenza negativa. che richiedono la stabilizzazione corrente. Inoltre, è necessario tenere conto di momenti quali: modalità di funzionamento risonante, protezione in caso di guasto della lampada; accensione ad alta tensione, controllo speciale del bus di alimentazione. La modalità principale, necessaria per osservare una lampada fluorescente durante l'intero periodo di funzionamento, è la modalità corrente (idealmente, è necessaria la stabilizzazione della potenza durante l'intero periodo di funzionamento della lampada). Di norma, le lampade sono alimentate a tensione alternata per compensare l'usura degli elettrodi (nel caso di alimentazione a tensione continua, la durata è ridotta del 50%).

13. Reattori magnetici ed elettronici

Per controllare le lampade a scarica di gas, le cosiddette. reattore magnetico (vedere lo schema in Fig. 3.5-1), tuttavia, a causa della sua inefficienza e inaffidabilità, recentemente sono diventati più diffusi i circuiti di controllo elettronico: il reattore elettronico, che può aumentare significativamente l'efficienza e la durata dei sistemi di illuminazione, rende il luce più uniforme e naturale per gli occhi.

Il circuito base di un alimentatore elettronico con risonanza serie è mostrato in fig. 3.5-2. Utilizzando i reattori elettronici, è possibile controllare lampade di qualsiasi potenza, è possibile integrare nel circuito eventuali dispositivi aggiuntivi (ad esempio un fotorelè che accende l'illuminazione al crepuscolo e si spegne all'alba).

14. Circuito di controllo per una lampada fluorescente con una potenza fino a 40W

Per controllare una lampada fluorescente (LDS) con una potenza fino a 40 W, il circuito mostrato in fig. 3.5-3.

La tensione di alimentazione ~220 V viene applicata agli ingressi L1 e L2. La tensione CC raddrizzata dai diodi VD1 -VD4 è di circa 320 V. I condensatori C1 e C2 funzionano come un filtro di ingresso capacitivo. È anche possibile utilizzare una rete ~ 110V, in questo caso l'alimentazione viene fornita agli ingressi L1 (L2) e N. e ai diodi VD1. VD3 (VD2, VD4) con i condensatori C1 e C2 funziona come duplicatore di tensione a semionda.

DA1 (IR2151) è un circuito driver a transistor MIS con un oscillatore interno che scorre direttamente dalla barra di alimentazione attraverso R1. Il regolatore interno fissa la tensione di alimentazione a 15 V. I gate vengono bloccati quando la tensione di alimentazione scende sotto i 9 V.

Con una tensione di alimentazione nominale di 230 V CC, l'onda quadra in uscita ha una tensione effettiva di 160 V e la frequenza viene impostata regolando R2 e C4 per approssimare la frequenza di risonanza del tubo. La lampada funziona nel suo circuito risonante in serie, costituito da un induttore L1 collegato in serie e da un condensatore shunt C6, che è in parallelo con il termistore PTC.

Il termistore (a tale scopo può essere utilizzata anche una luce al neon) ha una resistenza bassa a freddo e una resistenza molto elevata a caldo, quando viene riscaldato dalla corrente che lo attraversa. Lo scopo del termistore è fornire un aumento graduale della tensione agli elettrodi della lampada quando è acceso. Nei casi in cui la lampada è costantemente accesa o si accende/spegne molto raramente, è possibile rimuovere il termistore. In questo caso, la lampada si accende all'istante, il che può portare alla sua rapida usura.

15. Circuito di controllo subminiaturizzato per lampade fluorescenti fino a 26W

Il seguente diagramma schematico, mostrato in fig. 3.5-4, permette di controllare una lampada fluorescente (LDS), pur avendo dimensioni subminiaturizzate, poiché non utilizza inverter di potenza (IC IR51H420 combina IC IR2151 e chiavi MIS in un unico pacchetto). La potenza massima della lampada in questo caso non deve superare i 26 W, che è abbastanza per illuminare un posto di lavoro.

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16. Boost convertitori e moltiplicatori di tensione

Di solito, se il progetto prevede l'alimentazione di rete, vengono utilizzati trasformatori per ricevere tutte le tensioni di alimentazione. Convertitori boost e moltiplicatori di tensione vengono utilizzati quando è necessario ottenere tensioni superiori alle tensioni di alimentazione in dispositivi portatili alimentati da batterie o accumulatori. I convertitori di bassa potenza (fino a 100-200 mW) possono essere assemblati su elementi discreti senza l'uso di trasformatori; nei convertitori di alta potenza è necessario un trasformatore. Per ottenere una tensione doppia o tripla, puoi utilizzare il cosiddetto. moltiplicatori di tensione (vedi capitolo 2).

17. Duplicatore di tensione senza trasformatore per piccoli dispositivi

Sulla fig. 3.6-1 mostra uno schema di un convertitore di tensione 9 V -> 18 V per dispositivi che consumano non più di 100 mA con una tensione di alimentazione di 18 V. Il convertitore è incluso nel pratico circuito sirena per sistemi di sicurezza e allarme.

Il generatore di controllo è realizzato secondo uno schema tipico. All'uscita D 1.2 si formano impulsi rettangolari con una frequenza di 1 Hz. Gli impulsi vengono inviati al generatore controllato Dl.3, D1.4 e una catena di R3, R2, C2, che influisce sulla profondità di modulazione. R4, R5, C3, C4 sono selezionati in base alla frequenza di risonanza dell'emettitore piezoceramico B 1 entro 1,5-3 kHz. Per aumentare l'ampiezza sul piezocristallo, viene introdotto nel circuito un moltiplicatore. Il segnale dall'uscita DD1.4 va alla coppia complementare VT5, VT6 e quindi al moltiplicatore VD3, VD4, C5, Sat. La tensione su C6 con una corrente di carico di 50 mA e un'alimentazione principale di 9 V è di circa 16 V. La potenza del moltiplicatore può essere leggermente aumentata utilizzando capacità maggiori. Il circuito può essere alimentato con 6-15 V (15 V massimo per circuiti integrati della serie 561), in caso di alimentazione a 15 V, la tensione all'uscita del moltiplicatore sarà inferiore a 25 V con un carico di 80 mA.

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In questo progetto l'ampiezza sul cristallo dell'elemento piezoelettrico sarà quadrupla, dato che è acceso in controfase rispetto ai bracci dei transistor VT1, VT3. Come emettitore viene utilizzata una piastra in ceramica appositamente sviluppata con un rivestimento a doppia faccia, il cosiddetto trimorph con un diametro del cristallo di 32 mm.

18. Potente convertitore per alimentare elettrodomestici

Sulla fig. 3.6-2 mostra un diagramma schematico di un potente convertitore per alimentare elettrodomestici (TV, trapano, pompa elettrica, ecc.) Da una batteria per auto. Il convertitore fornisce una tensione di uscita di 220 V, 50 Hz con un carico fino a 100 W. Al massimo carico, la corrente consumata dalla batteria non supera i 10 A.

Il numero di parti nel dispositivo è ridotto al minimo. Un oscillatore principale con una frequenza di 1.1 Hz è assemblato sul chip DD100. La regolazione fine della frequenza (che è importante per il normale funzionamento dell'apparecchiatura) viene eseguita dai resistori R1 e R2. La divisione di frequenza per 2 e il controllo del transistor sono forniti dalla seconda metà del microcircuito - D1.2. I transistor VT1, VT2 sono inclusi per garantire il normale funzionamento delle uscite DD1.2 alla massima corrente di carico. I transistor di uscita VT3, VT4 sono installati su radiatori con un'area di almeno 350 cm ^ 2.

Il condensatore C3 è progettato per lisciare fronti rettangolari che, insieme all'avvolgimento di uscita e al carico, formano un sistema risonante. La sua capacità dipende fortemente dalla natura del carico. Il trasformatore TP1 è realizzato sul circuito magnetico del marchio ShLM o PLM con una potenza complessiva di 100 W. Gli avvolgimenti I e II contengono 17 giri di filo PEV-2 da 2,0 mm ciascuno, l'avvolgimento III contiene 750 giri di filo PEV-2 da 0,7 mm.

Questo circuito è molto facile da rielaborare per un convertitore di tensione ad alta frequenza (frequenza di conversione ~ 25 kHz). Per fare ciò, è sufficiente aumentare la frequenza dell'oscillatore principale da D1.1 a -50 kHz, modificando le capacità C1 e C2 di 180 pF e sostituire TR1 con un trasformatore ad alta frequenza. La potenza del convertitore dipende dal carico dei transistor di uscita, la corrente massima che possono fornire non deve superare gli 8A nel braccio. Per aumentare la corrente, il numero di spire del trasformatore nel 1° e 8° avvolgimento viene ridotto a 10-25. All'uscita del convertitore sono installati un ponte a diodi e un filtro RF, i componenti utilizzati in essi devono garantire il normale funzionamento a una frequenza di XNUMX kHz.

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19. Protezione da sovratensione

In una rete industriale e domestica, è abbastanza spesso possibile riparare picchi di tensione imprevisti, mentre la tensione nella rete può superare la tensione nominale del 20-40%. Tali lanci possono essere suddivisi condizionatamente in due classi:

1. A breve termine: un aumento dell'ampiezza per diversi periodi.

2. A lungo termine: un aumento della tensione per diversi secondi o minuti.

Il primo è da attribuire piuttosto al rumore impulsivo, che è associato alla commutazione di alcuni potenti carichi sulla linea (saldatrici, motori, elementi riscaldanti). Indubbiamente hanno un impatto sugli elettrodomestici e, soprattutto, sugli elementi sensibili degli alimentatori di TV e centri audio. che sono spesso in standby XNUMX ore su XNUMX.

20. Dispositivo di protezione contro le sovratensioni di rete

Il dispositivo che protegge dal rumore impulsivo è mostrato in fig. 3.7-1. Lo schema è costituito dai seguenti nodi:

• alimentazione - VD1-VD4, R6, R7, VD5, VD7,Cl, C2;
• sensore comparatore - Rl, R2, R3, R4, R5, HL1, VD8, DA1, R8, R9;
• reset driver con ritardo allo spegnimento - VD9, R10, DD1.1, DD1.2, VD10, R11, C3;
• generatore di impulsi ad alta frequenza 25 kHz per controllare il triac-DD 1.3, DD1.4, R 12, R 13, C4, C5, R14, TP1, VS1.
• cicalino (opzionale) - R14, R15, C6, C7, HA1, DD2.

L'alimentatore produce due tensioni: +24V per alimentare il trasformatore di impulsi, +5V per alimentare l'IC del dispositivo.

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La centralina di controllo della tensione è montata su Rl, R2, R3. Dal divisore, la tensione viene alimentata all'ingresso del comparatore. Il livello di risposta alla sovratensione è impostato dal resistore R2 (la posizione del cursore è selezionata in modo che il comparatore sia sul punto di innescarsi a 245 V all'ingresso). Quando l'ingresso del comparatore supera il valore di ampiezza specificato, commuta e all'uscita compaiono impulsi rettangolari con una frequenza di 25 Hz.

Nello stato iniziale, l'uscita D1.2 viene mantenuta a livello logico alto, consentendo il funzionamento del generatore di controllo a triac (per mantenerlo aperto). Il transistor VT1 controlla il trasformatore di impulsi. formando potenti impulsi di tensione aperti. La frequenza del generatore viene scelta pari a 25 kHz per lo sblocco più rapido dell'interruttore di alimentazione nei momenti di transizione attraverso "zero" (se la frequenza di controllo è insufficiente, può accadere che quando compaiono picchi di alta tensione durante l'accensione e la forma del segnale sinusoidale è distorto, il sistema non avrà il tempo di reagire e il segnale distorto andrà al carico).

Il circuito di differenziazione sugli elementi D1.1 e D1.2 disabilita il funzionamento del generatore quando viene ricevuto un livello basso dall'uscita del comparatore (quando la tensione di soglia nella rete aumenta) e, con un ritardo di 9 s, consente al generatore di avviarsi quando la tensione scende al valore di soglia di 240 V.

Il trasformatore di impulsi TP1 è avvolto su un nucleo opaco di dimensioni K20x10x7,5 in ferrite di grado 2000NN e contiene: avvolgimento I - 100 spire, avvolgimento II - 40 spire di filo PELSHO-0,22. Gli avvolgimenti sono isolati dall'anello con uno strato di tela verniciata e posti ai lati opposti dell'anello.

Con una potenza di carico superiore a 300 W, il triac deve essere installato su un radiatore.

Pubblicazione: cxem.net

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