Alimentatore da laboratorio con limitazione di corrente regolabile, 0-30 volt 3 amp. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Per configurare o riparare i dispositivi radio, è necessario disporre di diverse fonti di alimentazione. Molte persone hanno già tali dispositivi a casa, ma, di norma, hanno capacità operative limitate (la corrente di carico consentita è fino a 1 A e, se viene fornita protezione corrente, è inerziale o senza capacità di regolazione - attivazione) . In generale, tali fonti non possono competere con gli alimentatori industriali in termini di caratteristiche tecniche. È piuttosto costoso acquistare una fonte industriale da laboratorio universale.

L'uso di circuiti moderni e base di elementi consente di realizzare un alimentatore domestico che, in termini di caratteristiche tecniche di base, non è inferiore ai migliori progetti industriali. Allo stesso tempo, può essere semplice da produrre e configurare.

I requisiti fondamentali che tale generatore deve soddisfare sono: regolazione della tensione nell'intervallo 0...30 V; capacità di fornire corrente di carico fino a 3 A con ondulazione minima; regolazione del funzionamento della protezione corrente. Inoltre la protezione di corrente deve intervenire con sufficiente rapidità per evitare danni alla sorgente stessa in caso di cortocircuito in uscita. La possibilità di regolare agevolmente i limiti di corrente nell'alimentatore consente di evitare di danneggiarli durante la configurazione dei dispositivi esterni.

Tutti questi requisiti sono soddisfatti dal circuito di alimentazione universale proposto di seguito. Inoltre, questo alimentatore consente di utilizzarlo come fonte di corrente stabile (fino a 3 A).

Le principali caratteristiche tecniche dell'alimentatore:

• regolazione regolare della tensione nell'intervallo da 0 a 30 V;
• la tensione di ondulazione a una corrente di 3 A non è superiore a 1 mV;
• regolazione regolare della limitazione di corrente (protezione) da 0 a 3 A;
• fattore di instabilità della tensione non peggiore di 0,001%/V;
• il coefficiente di instabilità attuale non è peggiore dello 0,01%/V;
• L'efficienza della sorgente non è peggiore di 0,6.

Schema elettrico dell'alimentatore, fig. 4.10, è costituito da un circuito di controllo (nodo A1), un trasformatore (T1), un raddrizzatore (VD5...VD8), un transistor di controllo della potenza VT3 e un'unità di commutazione per gli avvolgimenti del trasformatore (A2).

Riso. 4.10. Schema elettrico dell'alimentatore universale

Il circuito di controllo (A1) è assemblato su due amplificatori operazionali universali (amplificatori operazionali), situati in un alloggiamento, ed è alimentato da un avvolgimento separato del trasformatore. Ciò garantisce la regolazione della tensione di uscita da zero, nonché un funzionamento più stabile dell'intero dispositivo. E per facilitare il funzionamento termico del transistor di controllo della potenza, viene utilizzato un trasformatore con avvolgimento secondario sezionato. Le prese vengono commutate automaticamente in base al livello di tensione di uscita utilizzando i relè K1, K2, che consente, nonostante l'elevata corrente nel carico, di utilizzare un dissipatore di calore per VT3 di piccole dimensioni, oltre ad aumentare l'efficienza dello stabilizzatore.

L'unità di commutazione (A2), per garantire la commutazione delle quattro prese del trasformatore utilizzando solo due relè, le accende nella seguente sequenza: quando la tensione di uscita supera il livello di 7,5 V, K1 si accende; quando il livello supera i 15 V, K2 è acceso; se si superano i 22 V K1 viene spento (in questo caso la massima tensione è fornita dagli avvolgimenti del trasformatore). Le soglie specificate sono impostate dai diodi zener utilizzati (VD11 .VD13). Il relè si spegne quando la tensione scende nell'ordine inverso, ma con un'isteresi di circa 0,3 V, cioè quando la tensione scende a questo valore inferiore rispetto a quando è accesa, il che elimina le vibrazioni durante la commutazione degli avvolgimenti.

Il circuito di controllo (A1) è costituito da uno stabilizzatore di tensione e uno stabilizzatore di corrente. Se necessario, il dispositivo può funzionare in una qualsiasi di queste modalità. La modalità dipende dalla posizione del regolatore "G (R18).

Lo stabilizzatore di tensione è assemblato utilizzando gli elementi DA1.1-VT2-VT3. Il circuito stabilizzatore funziona come segue. La tensione di uscita richiesta è impostata dai resistori “grossolanamente” (R16) e “finemente” (R17). Nella modalità di stabilizzazione della tensione, il segnale di retroazione della tensione (-Uoc) dall'uscita (X2) attraverso un partitore di resistori R16-R17-R7 viene fornito all'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale DA1/2. Allo stesso ingresso, tramite i resistori R3-R5-R7, viene fornita una tensione di riferimento di +9 V. Quando il circuito viene acceso, la tensione positiva sull'uscita DA1/12 aumenterà (arriva a controllare VT2 tramite il transistor VT3) fino al la tensione sui terminali di uscita X1-X2 non raggiungerà il livello impostato dai resistori R16-R17. A causa del feedback di tensione negativa proveniente dall'uscita X2 all'ingresso dell'amplificatore DA1/2, la tensione di uscita dell'alimentatore è stabilizzata.

In questo caso, la tensione di uscita sarà determinata dal rapporto:

dove .

Di conseguenza, modificando la resistenza dei resistori R16 ("grezzo") e R17 ("fine"), è possibile modificare la tensione di uscita Iout da 0 a 30 V.

Quando un carico è collegato all'uscita dell'alimentatore, la corrente inizia a fluire nel suo circuito di uscita, creando una caduta di tensione positiva sul resistore R19 (rispetto al filo comune del circuito). Questa tensione viene fornita attraverso il resistore R18 al punto di connessione R6-R8. Una tensione negativa di riferimento (-2 V) viene fornita dal diodo zener VD4 attraverso R6-R9. L'amplificatore operazionale DA1.2 amplifica la differenza tra loro. Mentre la differenza è negativa (ovvero, la corrente di uscita è inferiore al valore impostato dal resistore R18), sull'uscita di DA1/10 agisce +15 V. Il transistor VT1 sarà chiuso e questa parte del circuito non influisce sul funzionamento dello stabilizzatore di tensione.

Quando la corrente di carico aumenta fino a un valore al quale appare una tensione positiva sull'ingresso DA1/7, ci sarà una tensione negativa sull'uscita DA1/10 e il transistor VT1 si aprirà leggermente. Nel circuito R13-R12-HL1 scorre una corrente che ridurrà la tensione di apertura alla base del transistor di potenza di regolazione VT3.

Il bagliore del LED rosso (LR) indica che il circuito è entrato nella modalità di limitazione di corrente. In questo caso, la tensione di uscita dell'alimentatore diminuirà fino a un valore al quale la corrente di uscita avrà un valore sufficiente per la tensione di feedback di corrente (Uop) prelevata dal resistore R16 e la tensione di riferimento nel punto di connessione R6-R8- R18 a reciprocamente compensati, vale a dire il potenziale era zero. Di conseguenza, la corrente di uscita della sorgente sarà limitata al livello specificato dalla posizione del cursore del resistore R18. In questo caso, la corrente nel circuito di uscita sarà determinata dalla relazione:

dove .

I diodi (VD3) agli ingressi degli amplificatori operazionali proteggono il microcircuito da danni se viene acceso senza feedback o se il transistor di potenza è danneggiato. Nella modalità operativa, la tensione agli ingressi dell'amplificatore operazionale è vicina allo zero e i diodi non influenzano il funzionamento del dispositivo. Il condensatore C3 limita la banda delle frequenze amplificate dell'amplificatore operazionale, che impedisce l'autoeccitazione e aumenta la stabilità del circuito.

Caratteristiche del progetto

Le parti del circuito evidenziate con linee tratteggiate (nodi A1 e A2) sono posizionate su due circuiti stampati di dimensioni 80x65 mm realizzati in fibra di vetro monofaccia con spessore 1...3 mm.

Per il nodo A1, la topologia e la disposizione degli elementi sono mostrate in fig. 4.11.

Riso. 4.11. La topologia del circuito stampato e la posizione degli elementi del nodo A1

Il nodo A2 può essere realizzato come installazione tridimensionale e le sue dimensioni dipendono dal tipo di relè utilizzato.

Durante l'assemblaggio sono state utilizzate le seguenti parti: resistori regolati R5 e R6 del tipo SPZ-19a; resistori variabili R16.R18 tipo SPZ-4a o. PPB-1A; resistori fissi R19 tipo S5-16MV per 5 W, il resto delle serie MLT e S2-23 di potenza corrispondente.

Condensatori C1, C2, C3, C10 tipo K10-17, condensatori elettrolitici C4...C9 tipo K50-35 (K50-32).

I LED HL1, HL2 sono adatti a tutti con diversi colori luminosi. I transistor VT1, VT2 possono essere sostituiti con KT3107A (B). Il transistor di potenza VT3 è installato su un radiatore con una superficie di circa 1000 cmq. Connettore X3 sulla scheda. Tipo A1. RSh2N-2-15.

I relè K1, K2 sono utilizzati in Polonia, dimensione standard R-15, con un avvolgimento per una tensione operativa di 24 V (resistenza dell'avvolgimento 430 Ohm) - grazie alla loro struttura senza cornice, hanno dimensioni ridotte e contatti di commutazione sufficientemente potenti.

Il microamperometro RA1 è un tipo M42303 di piccole dimensioni o simile con uno shunt interno per una corrente fino a 3 o 5 A. Per facilitare il funzionamento della fonte di alimentazione, il circuito può essere integrato con un voltmetro che indica la tensione di uscita.

Il trasformatore di rete T1 è prodotto indipendentemente sulla base di un trasformatore industriale unificato corazzato con una potenza di 160 W (ad esempio, della serie OSM1 TU16-717.137-83). Il ferro nella posizione del telaio della bobina ha una sezione trasversale di 40x32 mm. Dovrai rimuovere tutti gli avvolgimenti secondari, lasciando solo l'avvolgimento di rete (se l'avvolgimento primario è progettato per 380 V, avvolgiamo 300 giri da esso). Iniziamo l'avvolgimento con l'avvolgimento 8-9-10: contiene 38+38 giri di filo. PZP con un diametro di 0,23 mm. L'avvolgimento 7-6-5-4-3 contiene 16+15+15+15 spire di filo PEL di diametro 1,5 mm Gli avvolgimenti secondari del trasformatore devono fornire tensioni a vuoto di 18+18 V e 7,5+7,5 +7,5, 7,5+XNUMX V rispettivamente.

Con un'installazione senza errori nel circuito del nodo A1, sarà sufficiente regolare l'intervallo di regolazione della tensione di uscita massima 0...30 V con il resistore R5 e la corrente di protezione massima di 3 A con il resistore R6.

Non è necessario configurare l'unità di commutazione (A2). È solo necessario controllare le soglie di commutazione dei relè K1, K2 e il corrispondente aumento di tensione sul condensatore C8.

Quando il circuito funziona in modalità di stabilizzazione della tensione, il LED verde (HL2) si accende e quando si passa alla modalità di stabilizzazione della corrente, il LED rosso (HL1) si accende.

Per aumentare la corrente massima consentita nel carico a 5 A, sarà necessario apportare modifiche al circuito mostrato in Fig. 4.12 (due transistor di potenza sono installati in parallelo). Ciò è dovuto alla necessità di garantire un funzionamento affidabile del dispositivo in caso di cortocircuito sui terminali di uscita.

Riso. 4.12. Cambio nel circuito per corrente di carico fino a 5 A

Nel peggiore dei casi, i transistor di potenza devono resistere brevemente al sovraccarico di potenza P=U input*I=35*5=175 W. E un transistor KT827A può dissipare una potenza non superiore a 125 W.

Tensione di commutazione dal trasformatore T1, i relè K1 e K2 sono inerziali e non forniscono una riduzione istantanea della tensione proveniente dall'avvolgimento secondario di T1, ma ridurranno la dissipazione termica della potenza sui transistor di potenza durante il funzionamento a lungo termine del fonte.

Nel caso di un alimentatore con una corrente di 5 A, è inoltre necessario ridurre il valore del resistore R19 a 0,2 Ohm e, tenendo conto di ciò, ricalcolare i valori del resistore R18 utilizzando la formula:

Autore: Shelestov I.P.

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