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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Alimentatore potente, 220/32 volt 1000 watt. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Alimentatori Per ridurre le dimensioni e il peso degli alimentatori di rete, negli ultimi anni è stata sempre più utilizzata la conversione di tensione a una frequenza di diverse decine di kilohertz. Tale sorgente contiene un raddrizzatore della tensione di rete, un filtro ripple con il doppio della frequenza di rete, un convertitore di tensione, un trasformatore step-down, un raddrizzatore e un filtro ripple con il doppio della frequenza di conversione. Il convertitore è solitamente realizzato secondo il circuito di un inverter a ponte o semiponte, in cui i transistor si aprono e si chiudono alternativamente dopo mezzo periodo di commutazione. Lo svantaggio di un tale convertitore è la presenza di una corrente passante nel collettore quando i transistor sono spenti. Per questo motivo, su di essi viene rilasciata una grande potenza elettrica istantanea, il cui valore consentito limita la potenza di tali dispositivi. La potenza istantanea consentita dei transistor al silicio comunemente utilizzati nei convertitori di tensione, ad esempio la serie KT812, non supera diverse centinaia di watt. Questa limitazione può essere rimossa in una certa misura utilizzando un inverter a ponte caricato con un circuito risonante in serie. I transistor di un tale dispositivo si chiudono in assenza di correnti di collettore; la tensione massima sul collettore (rispetto all'emettitore) e la corrente massima di collettore agiscono sul transistor in tempi diversi, quindi la potenza elettrica istantanea rilasciata su di esso risulta essere essere piccolo. Le capacità di un inverter a ponte con un circuito risonante in serie sono illustrate dall'alimentatore di rete descritto di seguito. È destinato all'uso come equivalente all'impianto elettrico del veicolo da 27 volt (con un carico resistivo o attivo induttivamente). Lo schema schematico del dispositivo è mostrato in figura. I suoi componenti principali sono il filtro C1L1C2, che impedisce l'ingresso nella rete delle interferenze provenienti dal convertitore di frequenza; raddrizzatore della tensione di rete tramite diodi VD1-VD4 con filtro C3-C5L2C6-C8; inverter a ponte su transistor VT1 - VT4 con circuito risonante L3C10C11, trasformatore step-down 74, raddrizzatore di tensione ad alta frequenza su diodi VD13-VD18 con filtro C12-C15L4C16C17; un'unità di controllo inverter su microcircuiti DD1-DD4 e transistor VT5, VT6 e due sorgenti che la alimentano: non stabilizzato (VD19) e stabilizzato (VD20 DA1). Il LED HL1 indica che l'unità è connessa alla rete.
L'unità di controllo dell'inverter a ponte è costituita da un generatore di impulsi di clock realizzato su chip one-shot DD1, un distributore di impulsi sul trigger DD2.2 ed elementi del chip DD4, due amplificatori (DD3.3; VT5 e DD3.4, VT6) e un dispositivo di protezione da sovraccarico dell'unità (VD21, DD2.1) con sincronizzatore (DD3.1, DD3.2). Il LED HL2 segnala l'intervento del dispositivo di protezione. Quando l'unità è collegata alla rete tramite l'interruttore a levetta Q1, la tensione di alimentazione viene fornita all'unità di controllo e sull'uscita inversa dell'unità di controllo compaiono impulsi positivi con una durata di 1.2 μs con una frequenza di ripetizione costante di circa 17 kHz. girato DD40. Trigger DD2.2, utilizzando i segnali logici 1 che appaiono sulle sue uscite dirette e inverse, "apre" alternativamente gli elementi DD4.1, DD4.2. e gli impulsi arrivano all'ingresso di un amplificatore (DD3.3, VT5), poi di un altro (DD3.4, VT6). Di conseguenza, gli impulsi di polarità di apertura vengono forniti alla giunzione dell'emettitore dei transistor VT1, VT4 o VT2, VT3. Qualche tempo dopo la comparsa degli impulsi del generatore di clock (il ritardo è dovuto alla costante di tempo piuttosto ampia del filtro C3-C5L2C6-C8), sul condensatore C9 appare una tensione raddrizzata in aumento graduale e l'inverter la converte in una tensione alternata con una frequenza di 20 kHz, applicata all'avvolgimento I del trasformatore T4. La tensione rimossa dal suo avvolgimento I viene raddrizzata dai diodi VD13-VD18 e fornita al carico attraverso il filtro C12-C15L4C16C17. Il resistore R13 riduce la tensione di uscita del raddrizzatore scarico. Il funzionamento dell'inverter può essere suddiviso in quattro fasi. Nel primo, con una durata di 17 μs, i transistor VT1, VT4 si aprono e attraverso di essi vengono caricati i condensatori C10, C11, l'avvolgimento primario del trasformatore T4 e l'induttore L3. La corrente in questo circuito aumenta dapprima da zero al valore massimo e poi, man mano che i condensatori si caricano, diminuisce fino a zero. La forma attuale ricorda un semiciclo di una sinusoide. Nella seconda fase, della durata di 8 μs, viene applicata una tensione di polarità di chiusura alle basi dei transistor VT1, VT4 e questi si chiudono. Nella terza fase (così come la prima, della durata di 17 μs), i transistor VT2, VT3 sono aperti e quasi tutta la tensione raddrizzata dai diodi VD1-VD4 viene applicata a ciascuno dei transistor chiusi VT1, VT4 (con un carico con un resistenza di 1 Ohm - circa 260 V). La corrente di ricarica dei condensatori C10, C11 alla tensione massima della polarità opposta, proprio come nella prima fase, scorre attraverso il circuito in serie formato dai condensatori, dall'induttore L3 e dall'avvolgimento primario del trasformatore T4. La tensione a cui vengono ricaricati dipende dalla resistenza del carico: più è bassa, maggiore è questa tensione (con un carico con resistenza di 1 Ohm - circa 200 V). Nel momento in cui la corrente di collettore dei transistor VT2, VT3 diminuisce fino a zero, inizia la quarta fase del funzionamento dell'inverter, che dura, come la seconda, 8 μs: una tensione di chiusura viene applicata alle basi dei transistor dagli avvolgimenti dei trasformatori T2 e T5. I transistor VT1, VT4 continuano a rimanere chiusi per tutto questo tempo. La pausa è necessaria per garantire che i transistor VT2, VT3 siano completamente chiusi e che quando i transistor VT1, VT4 sono aperti non si verifichi un impulso di corrente attraverso i transistor delle spalle adiacenti. A causa del fatto che la tensione di commutazione viene fornita alle giunzioni dell'emettitore nei momenti in cui non c'è corrente del collettore, la potenza elettrica istantanea sulla giunzione del collettore nel peggiore dei casi non supera diversi watt. L'unità di protezione da sovraccarico dell'unità funziona come segue. Dopo aver fornito la tensione di alimentazione, il trigger DD2.7 viene impostato su un singolo stato (sull'uscita inversa - la tensione logica è 0) e una tensione logica 3.2 appare sull'uscita dell'elemento DD11 (pin 1), creando le condizioni per il passaggio degli impulsi del generatore di clock attraverso gli elementi DD4.1 e DD4.2. Il trigger rimane in questo stato tutto il tempo finché la potenza fornita al carico è inferiore a 1 kW. Quando viene raggiunta la potenza massima, l'ampiezza del primo impulso ricevuto all'ingresso di conteggio del trigger DD2.1 dall'avvolgimento secondario del trasformatore di corrente T3 attraverso il ponte VD21 risulta sufficiente per trasferire il trigger allo stato zero (all'uscita inversa - la tensione di 1 logico). La modifica del livello logico basso in uno alto all'ingresso superiore dell'elemento DD3.2 nel circuito porta al fatto che con l'arrivo del successivo impulso di clock, sulla sua uscita viene impostata una tensione logica pari a 0 e il passaggio di gli impulsi attraverso gli elementi DD4.1, DD4.2 si fermano. Grazie all'innesco RS sugli elementi DD3.1, DD3.2, il segnale di divieto appare solo nel momento in cui inizia la pausa tra gli impulsi, che impedisce il guasto dei transistor dell'inverter (la chiusura in presenza di corrente di collettore porterebbe al loro guasto per ad un aumento eccessivo della potenza elettrica istantanea). L'unità protegge i transistor dell'inverter anche durante un cortocircuito del carico. Per riportare l'alimentatore allo stato originale dopo l'intervento della protezione, è necessario spegnerlo e riaccenderlo utilizzando l'interruttore a levetta Q1. Quando l'unità è spenta, i condensatori di filtro C3 - C8 vengono scaricati attraverso i resistori R1 e R2. Ciò è necessario affinché durante l'aumento dell'ampiezza degli impulsi di corrente di base dei transistor VT1 - VT4 dopo la riaccensione, quando non si aprono completamente (cioè non entrano in modalità saturazione), non ci sia immediatamente una grande tensione accesa i loro collezionisti che potrebbero portare al fallimento. Il circuito risonante del convertitore utilizza condensatori (C10, C11) K71-4 per una tensione nominale di 250 V. Condensatori di filtro C12-C15 - K73-16 per una tensione nominale di 63 V. Resistore R13 - PEV-10. I restanti resistori e condensatori sono di qualsiasi tipo. Commuta Q1 - TV1-2. L'alimentazione della centrale utilizza un trasformatore unificato TN13 127/220-50. Tutti gli altri trasformatori e induttanze del dispositivo sono fatti in casa. I dati sull'avvolgimento sono riportati nella tabella. L'induttore L3 ed entrambi gli avvolgimenti del trasformatore T4 sono avvolti con fili attorcigliati in un fascio. Per ridurre l'induttanza di dispersione di questo trasformatore, l'avvolgimento II viene avvolto con due fasci piegati insieme. La presa si ottiene collegando il terminale dell'inizio di uno dei semiavvolgimenti al terminale dell'estremità dell'altro. I nuclei magnetici di tutte le induttanze sono assemblati con una distanza non magnetica di 0,5 mm. L'unità di controllo dell'inverter e il suo alimentatore sono montati su un circuito stampato realizzato in laminato di fibra di vetro di 2 mm di spessore. La maggior parte delle restanti parti dell'unità sono montate incernierate su tre schede da 220x85 mm realizzate in PCB di spessore 3 mm: su una di esse sono montati i diodi VD1-VD4 e le parti filtranti C1L1C2 e C3-C5L2C6-C9, su l'altro - trasformatori T2, T3, T5 e parti dell'inverter, sul terzo - induttore L3 e parti del filtro C12-C15L4C16C17. I transistor VT1 - VT4 sono installati su dissipatori di calore in duralluminio sotto forma di piastre con dimensioni 70x60x8 mm (con i lati 60x8 mm sono fissati al circuito), diodi VD1-VD4 - su dissipatori di calore a forma di U piegati da piastre di alluminio con dimensioni 100x25x1,5 mm, diodi VD13... VD18 e trasformatore T4 - su un dissipatore di calore in duralluminio nervato con una superficie di raffreddamento di circa 1000 cm2, fissato sul retro dell'alloggiamento del blocco. L'installazione del dispositivo inizia senza fusibile FU1. Accendendo l'unità di controllo, verificare con un oscilloscopio la presenza di impulsi di polarità positiva della durata di 1 μs con una frequenza di ripetizione di circa 4 kHz (il periodo di oscillazione è di circa 17 μs) sulle giunzioni dell'emettitore dei transistor VT20- VT50. Quando qualsiasi terminale dell'avvolgimento secondario del trasformatore di corrente 73 è collegato al terminale positivo dell'alimentazione dei microcircuiti dell'unità di controllo, questi impulsi dovrebbero scomparire. Quindi l'uscita dell'induttore L3 viene disconnessa dall'avvolgimento primario del trasformatore T4, viene installato il fusibile FU1 e viene acceso un milliamperometro al posto dei contatti 7 e 8 dell'interruttore di rete Q1. La corrente consumata dall'inverter senza carico non deve essere superiore a 15 mA. Convinto di ciò, collegare i terminali dell'induttore L3 e l'avvolgimento primario del trasformatore T4 con un resistore aggiuntivo con una resistenza di circa 0,5 Ohm, saldare i terminali di rete del ponte raddrizzatore VD1 - VD4 dall'induttore L1 e alimentarli con una tensione alternata di 20.. da un autotrasformatore regolabile (ad esempio LATR). .30 V. Un carico equivalente è collegato all'uscita del blocco: un resistore con una resistenza di 1 Ohm con una potenza di dissipazione di 700. ..800 W. Monitorando la forma della tensione attraverso il resistore aggiuntivo con un oscilloscopio, selezionare il traferro non magnetico nel circuito magnetico dell'induttore L3 in modo che gli impulsi (sia di polarità positiva che negativa) sullo schermo diventino il più simili possibile alla metà onde di un'onda sinusoidale. Successivamente, osservando la forma degli impulsi, aumentare la tensione all'ingresso del ponte VD1 - VD4 a 220 V. La potenza di uscita sul carico equivalente aumenta a 650...700 W, ma la forma degli impulsi dovrebbe rimanere quasi invariato. Se a tale potenza diventano taglienti, ciò indica la saturazione del circuito magnetico dell'induttore L3 o del trasformatore T4 e deve essere sostituito con uno più massiccio (con una sezione trasversale maggiore). Infine, eliminando il resistore aggiuntivo dal circuito, il resistore R18 viene selezionato in modo che l'unità di protezione da sovraccarico funzioni con una potenza di uscita di 1 kW (si ottiene riducendo la resistenza equivalente di carico). Durante la configurazione è necessario osservare le precauzioni di sicurezza poiché molti circuiti di alimentazione, in particolare quelli da monitorare con un oscilloscopio, sono sotto alta tensione. Un carico con una potenza fino a 700 W può essere collegato direttamente all'uscita dell'unità e la potenza può essere commutata tramite un interruttore a levetta. Con potenze superiori è consigliabile prevedere un ulteriore interruttore nel circuito di carico e collegare prima l'unità alla rete e poi il carico alla sua uscita Autore: S.Cvetaev
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