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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Stabilizzatore di commutazione, 12 volt 4,5 ampere. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Protettori di sovratensione Gli stabilizzatori di tensione di commutazione (SVS) sono molto popolari tra i radioamatori. Negli ultimi anni, tali dispositivi sono stati costruiti sulla base di microcircuiti specializzati, transistor ad effetto di campo e diodi Schottky. Grazie a ciò, le caratteristiche tecniche dell'ISN sono state notevolmente migliorate, in particolare l'efficienza, che raggiunge il 90%, semplificando contemporaneamente la progettazione del circuito. Lo stabilizzatore descritto è il risultato di una ricerca di un compromesso tra indicatori di qualità, complessità e prezzo. Lo stabilizzatore è costruito secondo un circuito di autoeccitazione. Ha caratteristiche prestazionali e affidabilità piuttosto elevate, ha protezione contro sovraccarichi e cortocircuiti in uscita, nonché contro la comparsa di tensione di ingresso in uscita in caso di guasto di emergenza del transistor di controllo. Il diagramma schematico dell'ISN è mostrato in Fig. 5.21. La sua base è la diffusa OU KR140UD608A.
Principali caratteristiche tecniche dell'ISN:
A differenza di molti dispositivi di questo tipo, per monitorare la tensione di uscita e la corrente di sovraccarico, viene utilizzato un circuito OOS comune formato dal transistor VT4 e dall'induttore L2 (il componente attivo della sua resistenza), che fa anche parte del filtro LC ( L2, C3), che riduce l'ondulazione della tensione di uscita. La tensione di uscita è determinata dal diodo zener VD2 e dalla giunzione dell'emettitore del transistor VT4 e la corrente di sovraccarico è determinata dalla resistenza attiva normalizzata dell'induttore L2. Tutto ciò ha permesso di semplificare in una certa misura l'ISN, ridurre il ripple della tensione di uscita e aumentare l'efficienza, grazie alla combinazione di un sensore di corrente con un filtro LC. Lo svantaggio di una tale soluzione circuitale è l'impedenza di uscita leggermente sovrastimata del dispositivo. Nel caso di alimentazione da una sorgente CC stabilizzata, il dispositivo rimane operativo quando la tensione di ingresso scende quasi allo stato aperto del transistor VT3. Un'ulteriore diminuzione della tensione di ingresso porta a un'interruzione della generazione, ma VT3 rimane aperto. Se allo stesso tempo si verifica un sovraccarico o un cortocircuito in uscita, la generazione viene ripristinata e lo stabilizzatore inizia a funzionare nella modalità di limitazione della corrente. Questa proprietà ne consente l'utilizzo come fusibile elettronico senza "latch". Lo stabilizzatore funziona come segue. A causa del diverso rapporto tra la resistenza dei resistori dei divisori R6, R7 e R8, R9, la tensione sull'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale DA1 al momento dell'accensione è maggiore rispetto a quella invertente , quindi al suo output viene impostato un livello alto. I transistor VT1...VT3 si aprono e i condensatori C2, C3 iniziano a caricarsi e la bobina L1 inizia ad accumulare energia. Dopo che la tensione all'uscita dello stabilizzatore raggiunge un valore corrispondente alla rottura del diodo zener VD2 e all'apertura del transistor VT4, la tensione all'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale OA1 diventa inferiore a quella invertente ( a causa della derivazione di R9 da parte del resistore R10) e la sua uscita è impostata su un livello basso. Di conseguenza, i transistor VT1.VT3 si chiudono, la polarità della tensione ai terminali della bobina L1 cambia bruscamente al contrario, il diodo di commutazione VD1 si apre e l'energia accumulata nella bobina L1 e nei condensatori C2, C3 viene trasferita al carico. In questo caso, la tensione di uscita diminuisce, il diodo zener VD2 e il transistor VT4 si chiudono, sull'uscita dell'amplificatore operazionale appare un livello alto e il transistor VT3 si apre di nuovo, avviando così un nuovo ciclo operativo dello stabilizzatore. Quando la corrente di carico aumenta al di sopra del valore nominale, la caduta di tensione crescente attraverso la resistenza attiva della bobina L2 inizia ad aprire maggiormente il transistor VT4, la retroazione negativa della corrente diventa predominante e il diodo zener VD2 si chiude. A causa dell'azione dell'OOS, la corrente di uscita viene stabilizzata e la tensione di uscita e la corrente di ingresso vengono ridotte, garantendo così una modalità operativa sicura per il transistor VT3. Dopo aver eliminato il sovraccarico o il cortocircuito, il dispositivo ritorna alla modalità di stabilizzazione della tensione. Come si può vedere dallo schema, i transistor VT1 e VT3 formano un transistor composito. Questa soluzione circuitale è ottimale quando si utilizza un transistor bipolare come elemento chiave, poiché in questo caso è garantita una caduta di tensione relativamente piccola attraverso il transistor aperto VT3 con correnti di controllo relativamente basse. In questo caso, il transistor VT1 è saturo, fornendo perdite statiche ottimali del transistor composito, e VT3 non è saturato, fornendo perdite dinamiche ottimali. Come sensore di corrente VT4 viene utilizzato un potente transistor della serie KT817. In linea di principio, qui è possibile utilizzare un transistor a bassa potenza più economico, tuttavia, per quelli potenti a basse correnti operative (come in questo caso), la tensione di apertura della giunzione dell'emettitore è solo di circa 0,4 V, mentre per quelli a bassa potenza, ad esempio KT3102, è di circa 0,55 V. Pertanto, a parità di corrente di funzionamento della protezione, la resistenza del resistore di misura nel caso di utilizzo di un transistor potente è inferiore, garantendo così un guadagno nell'efficienza dello stabilizzatore. Nell'ISN descritto, come notato, viene fornita protezione contro la comparsa della tensione di ingresso in uscita durante la rottura del transistor di controllo VT3. In questo caso, la tensione sul diodo zener VD3 diventa superiore a 15 V, la corrente nell'alimentazione circuito aumenta bruscamente e il fusibile FU1 si brucia. Si presuppone che quest'ultimo si bruci prima del diodo zener (a causa del sovraccarico termico). Una simulazione di un incidente (cortocircuito tra i terminali collettore ed emettitore del VT3) ha dimostrato che i diodi zener KS515A (in una custodia metallica) proteggono perfettamente i dispositivi alimentati dall'ISN: quando il fusibile si brucia, i diodi zener, quando si guastano, rimangono in un cortocircuito “profondo” (non interrompere). Gli stessi risultati sono stati ottenuti testando i diodi zener KS515G, così come quelli importati simili (in custodie di plastica). Diodi Zener simili nelle teche di vetro si sono comportati in modo insoddisfacente: sono riusciti a bruciarsi contemporaneamente al fusibile. Nell'ISN è possibile utilizzare qualsiasi transistor della serie indicata nello schema (eccetto KT816A come VT1). I condensatori all'ossido C2, C3 sono di marca SR di fabbricazione estera (analogo simile a K50-35). Il sostituto più adatto per KR140UD608 è KR140UD708. L'induttore di accumulazione L1 è inserito in un circuito magnetico armato di due calotte 422 in ferrite M2000NM con uno spazio di circa 0,2 mm formato da due strati di carta autoadesiva. Avvolgere la bobina con filo PEL-1,0. Per evitare che la bobina “cigola” alla frequenza di conversione, la tazza con l'avvolgimento viene immersa per qualche tempo in una vasca con vernice nitro, quindi rimossa e lasciata sgocciolare la vernice. Successivamente si mette la tazza su una vite di serraggio precedentemente inserita nel corrispondente foro della tavola, si mette una seconda tazza e si serra l'insieme così ottenuto con una vite con dado e rondella. Dopo che la vernice si è asciugata, i conduttori della bobina vengono accuratamente puliti, stagnati e saldati ai corrispondenti contatti della scheda. Quindi vengono installate le parti rimanenti. Il sensore di corrente della bobina L2 è posto in un circuito magnetico di due calotte 414 realizzate in ferrite dello stesso grado della bobina L1 e con lo stesso spaziatore dielettrico. Per l'avvolgimento viene utilizzato il filo PEL-0,5, lungo 700 mm, non è necessario impregnarlo con vernice. Questa bobina può essere realizzata in modo diverso avvolgendo un filo del diametro e della lunghezza specificati su un induttore DPM-0,6 standard, tuttavia, in questo caso l'efficienza della soppressione degli impulsi alla frequenza di conversione diminuirà leggermente. Lo stabilizzatore è assemblato su un circuito stampato in fibra di vetro a lato singolo, il cui disegno è mostrato in Fig. 5.22.
Se l'ISN verrà utilizzato alla corrente di carico massima, il transistor VT3 dovrà essere installato su un dissipatore di calore sotto forma di una piastra di alluminio con un'area di almeno 100 cm2 e uno spessore di 1,5.2 mm. Anche il diodo di commutazione VD1 è fissato allo stesso dissipatore di calore tramite una guarnizione isolante (ad esempio mica). Per correnti di carico inferiori a 1 A non è richiesto un dissipatore di calore per il transistor VT3 e il diodo VD1, tuttavia in questo caso la corrente di intervento della protezione deve essere ridotta a 1,2 A sostituendo la bobina L2 con il resistore C5-16 con una resistenza di 0,33 Ohm e una potenza di 1 W. L'ISN descritto praticamente non ha bisogno di essere stabilito. Potrebbe essere però necessario chiarire la corrente di intervento della protezione, per cui il filo della bobina L2 dovrà essere inizialmente portato ad una lunghezza maggiore. Dopo averlo saldato ai corrispondenti contatti della scheda, lo si accorcia gradualmente fino ad ottenere la corrente di intervento della protezione richiesta, quindi si avvolge la bobina L2. Lo stabilizzatore non deve essere utilizzato per correnti di carico superiori a 4 A. La limitazione è principalmente legata alla corrente impulsiva massima consentita del collettore del transistor della serie KT805. Autore: Semian A.P.
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