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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Alimentatore switching basato su transistor unigiunzione. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Alimentatori Gli alimentatori a bassa frequenza sui trasformatori di potenza, a causa delle loro grandi dimensioni e peso, nonché della bassa efficienza, vengono ovunque sostituiti da quelli a impulsi. Lo sviluppo di potenti transistor ad alta frequenza e trasformatori di impulsi su nuclei di ferrite consente di trasferire energia al carico a frequenze commisurate alla lunghezza delle onde radio e di portare i parametri di peso e dimensioni di tali fonti a valori minimi. La fonte proposta è progettata per alimentare apparecchiature potenti e caricare le batterie delle auto. La sorgente è costruita sulla base di un convertitore a ciclo singolo, che comprende un oscillatore principale basato su un transistor unigiunzione e un oscillatore di blocco basato su un potente transistor bipolare. Il principio di funzionamento della sorgente si basa sulla conversione di tensione tripla. La tensione alternata della rete elettrica viene raddrizzata (convertita in tensione continua ad alta tensione) e fornita al convertitore di chiave. Un interruttore ad alta frequenza con trasformatore converte la tensione continua in tensione pulsata a bassa tensione. Quest'ultimo viene raddrizzato e fornito al carico. Nei convertitori flyback (inverter), durante il periodo di stato chiuso dell'interruttore a transistor, l'energia viene accumulata nel trasformatore e viene trasferita al carico quando l'interruttore è aperto. In tali inverter, la magnetizzazione unipolare del trasformatore porta alla magnetizzazione residua del nucleo di ferrite e per ridurla è necessario un traferro non magnetico nel nucleo magnetico. L'energia immagazzinata nel trasformatore durante l'impulso di commutazione non ha sempre il tempo di dissiparsi durante la pausa, il che può portare alla saturazione del trasformatore e alla perdita delle proprietà magnetiche da parte del nucleo. Per eliminare questo effetto, il circuito primario del trasformatore viene derivato da un diodo ad alta velocità con carico resistivo. Il diagramma sorgente è mostrato in Fig.1.
Il rumore di commutazione negli alimentatori switching è dovuto alla modalità di funzionamento di commutazione di potenti elementi di controllo. Per proteggere la rete e il convertitore dal rumore impulsivo, un filtro di linea è installato su un induttore T2 a due avvolgimenti con condensatori C7, C8, C10 per sopprimere il rumore asimmetrico. La corrente di carica del condensatore del filtro C4 è limitata dal posistore Rt1, la cui resistenza diminuisce con l'aumentare della temperatura. Il rumore impulsivo del convertitore che si verifica quando si commuta il transistor VT2 e il trasformatore T1 viene commutato viene eliminato dai circuiti paralleli VD2-C5-R11 e C6-R13, il rumore nel circuito di carico viene soppresso dall'induttore L1. La durata delle pause tra gli impulsi di corrente in uscita aumenta leggermente, ma non peggiora la conversione. Il generatore di impulsi di avvio dell'inverter è realizzato su un transistor unigiunzione VT1. La tensione di alimentazione VT1 è stabilizzata dal diodo VD1. La tensione di carica sul condensatore C1 apre periodicamente VT1 e crea una sequenza di impulsi sul resistore R4 con una frequenza determinata dai valori nominali di R1, R2 e C1. Il condensatore C2 accelera il processo di commutazione transitoria del transistor VT1. Quando viene applicata l'alimentazione, la tensione continua (rettifica dal ponte a diodi VD4) dal condensatore di filtro C4 attraverso l'avvolgimento 1 del trasformatore T1 viene fornita al collettore del transistor VT2, su cui è assemblato il generatore di blocco. Il flusso della corrente del collettore attraverso l'avvolgimento 1 T1 è accompagnato dall'accumulo di energia nel campo magnetico del nucleo. La tensione dell'impulso dal resistore R4 apre il transistor VT2 per alcuni microsecondi, la corrente del collettore VT2 in questo momento aumenta a 3...4 A. Dopo la fine dell'impulso positivo, la corrente del collettore si interrompe. La cessazione della corrente provoca la comparsa di un EMF di autoinduzione nelle bobine del trasformatore, che crea una tensione impulsiva nell'avvolgimento 3. Il diodo VD5 con condensatore C9 rettifica e filtra questa tensione, che viene fornita al carico attraverso l'induttore L1. La tensione impulsiva dall'avvolgimento 2 T1 attraverso i resistori R5, R9, R14 viene fornita alla base del transistor VT2 e il circuito entra in modalità auto-oscillazione. Il condensatore C3 mantiene la stabilità del generatore di blocco. La stabilizzazione della tensione di uscita viene eseguita dal fotoaccoppiatore VU1, che fornisce l'isolamento galvanico dei circuiti di uscita ad alta e bassa tensione. Un aumento della tensione di carico, ad esempio, dovuto ad un aumento della sua resistenza, porta all'inclusione del LED dell'accoppiatore ottico VU1, il cui fotodiodo si apre e devia il segnale dall'avvolgimento 2 T2. La tensione impulsiva alla base di VT2 diminuisce e, di conseguenza, diminuisce il tempo del suo stato aperto. Diminuisce anche la durata degli impulsi positivi sull'avvolgimento 3 T1, il che provoca una diminuzione della tensione di uscita (e della corrente di carica della batteria GB1). Quando la tensione di carico diminuisce, il processo descritto avviene al contrario. In caso di sovraccarico di corrente del transistor VT2, la tensione impulsiva sul resistore R12 nel suo circuito di emettitore aumenta. Quindi il regolatore di tensione parallelo DA1 si apre e devia la tensione di base VT2. Ciò riduce anche la durata del suo stato aperto (fino alla rottura delle auto-oscillazioni). Il valore della corrente di interruzione del transistor VT2 viene regolato dal resistore R10. Dopo aver eliminato il sovraccarico, il generatore di blocco viene riavviato dal formatore di impulsi su VT1. La scelta del trasformatore ad alta frequenza dipende dalla potenza del carico. La potenza del trasformatore dipende direttamente dalla frequenza dell'auto-oscillatore e dal grado di ferrite. Quando la frequenza aumenta di 10 volte, la potenza del trasformatore aumenta di quasi 4 volte. A causa della difficoltà di realizzare da soli un trasformatore di impulsi, il dispositivo utilizza un trasformatore di un monitor obsoleto. Sono adatti anche i trasformatori dei televisori. Per orientamento forniamo dati approssimativi per il trasformatore T1. Il nucleo è B26M1000 con uno spazio nell'asta centrale. L'avvolgimento 1 contiene 56 giri di filo PEV-2 da 0,51 mm, avvolgimento 2-4 giri da 0,18 mm, avvolgimento 3-14 giri con un fascio di 3 fili da 0,31 mm. Il dispositivo è assemblato su un circuito stampato di dimensioni 115x65 mm (Fig. 2).
I ponticelli si trovano sul lato dei componenti radio. Il dissipatore di calore del transistor chiave VT2 viene utilizzato dal processore del computer. Per un migliore raffreddamento è possibile utilizzare una ventola dell'alimentatore di un computer, collegandola all'uscita della sorgente tramite un resistore con una resistenza di 33...56 Ohm. I tipi di elementi utilizzati sono riportati nella Tabella 1, la possibile sostituzione dei transistor del convertitore è nella Tabella 2.
La messa a punto del circuito assemblato inizia con un controllo approfondito della scheda. Una lampadina da 220 V di qualsiasi potenza è collegata all'interruzione del cavo di rete e, invece di un carico, una lampadina per auto (12 V, 20 candele). Se sono presenti parti difettose o errori di installazione, la spia di alimentazione si accenderà intensamente, ma la luce dell'auto non si accenderà. Se il circuito funziona correttamente, la spia di accensione non si accende o si accende a bassa intensità, mentre la lampadina dell'auto si accende intensamente. La luminosità della lampadina nel carico (tensione di uscita) può essere regolata dal resistore R1. La soglia per la protezione da sovracorrente è impostata dal resistore R10, la stabilizzazione della tensione (al carico massimo) è regolata dal resistore R5. Selezionando R15 (se necessario), la corrente del LED del fotoaccoppiatore VU1 viene regolata entro 5...6 mA. Se si dispone di un oscilloscopio, è conveniente verificare prima il funzionamento del generatore sul transistor VT1 applicando all'inverter una tensione di alimentazione di 30...50 V da una fonte di laboratorio. La frequenza del generatore può essere modificata dal resistore R1 o dal condensatore C1. Se il feedback è debole (la resistenza R5 è alta) o l'avvolgimento 2 T1 è collegato in modo errato, il generatore di blocco su VT2 potrebbe spegnersi a causa di un sovraccarico a breve termine e non riavviarsi. Autori: V. Konovalov, A. Vanteev, Laboratorio creativo "Automazione e telemeccanica", Irkutsk
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