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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Alimentatore switching di rete, 50 watt. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Alimentatori Lo scopo principale del dispositivo qui descritto è alimentare un personal computer. Ma non solo. È adatto per alimentare molti altri progetti di radioamatori ad alta potenza, ad esempio UMZCH.
Il principio di funzionamento dell'alimentatore proposto (Fig. 1) è lo stesso degli alimentatori per televisori a colori di terza generazione. Funziona anche in una modalità vicina alla modalità di corrente intermittente ed è quindi un dispositivo auto-oscillante. Ma c'è una differenza fondamentale: utilizza la "commutazione dell'emettitore" di un potente transistor di commutazione, che ne consente l'utilizzo in una gamma di frequenze più ampia e, inoltre, riduce la probabilità di guasto di un transistor ad alta tensione. Gli esperimenti hanno confermato che il transistor KT839A con il transistor di commutazione KT972A nel circuito di emettitore funziona bene anche ad una frequenza di 120 kHz. Un altro vantaggio dell'alimentatore è la possibilità di utilizzarlo su un'ampia gamma di correnti di uscita.
Il dispositivo è un convertitore di tensione single-ended con connessione inversa di un diodo raddrizzatore. La tensione di uscita dei canali del blocco viene stabilizzata modificando la durata dello stato aperto dei transistor dell'interruttore elettronico. I componenti principali dell'alimentatore sono: raddrizzatore della tensione di rete con filtro, convertitore single-ended con filtri di uscita, regolatore di larghezza di impulso, amplificatore di disadattamento e stabilizzatore di commutazione ausiliario. La tensione di rete passa attraverso un filtro antidisturbo formato dalle induttanze L1, L2 e dai condensatori C1, C2, raddrizzata dal ponte di diodi VD1...VD4 e attraverso la resistenza R1 la tensione raddrizzata viene fornita al condensatore di livellamento C7. I condensatori C3...C6 riducono la penetrazione delle interferenze nella rete e il resistore R1 limita il picco di corrente in ingresso quando l'alimentazione è accesa. Il convertitore si avvia circa 0,1 s dopo aver collegato l'unità alla rete, il che facilita in qualche modo il funzionamento del raddrizzatore. I componenti principali del convertitore sono un trasformatore di impulsi T1, un potente interruttore ad alta tensione che utilizza transistor KT839A (VT1) e KT972A (VT2), raddrizzatori e filtri di uscita. Il transistor KT839A (con una tensione collettore-emettitore massima consentita) si apre e si chiude chiudendo e aprendo il suo circuito di emettitore con un transistor ad alta velocità KT972A, che impedisce il verificarsi di un guasto secondario e riduce il tempo di commutazione del transistor dell'emettitore. Questo è ciò che consente di modificare la tensione di uscita in un ampio intervallo senza modificare il trasformatore di impulsi. I resistori R11 e R12, la cui resistenza totale è 0,5 Ohm, fungono da sensore di corrente per il convertitore. Quando il transistor VT1 si chiude, la sua corrente di collettore attraverso il diodo VD6, il diodo zener VD5 e il condensatore C8 viene chiusa al terminale negativo del ponte raddrizzatore VD1 - VD4. Diodi VD13-VD15 - raddrizzatori di tensione a impulsi degli avvolgimenti secondari 3, 4 e 5 del trasformatore T1. Le ondulazioni nelle tensioni di uscita dei raddrizzatori vengono attenuate dai condensatori C13-C18 e dai filtri LC L5C21, L6C22. Il resistore R15, collegato all'uscita del canale +5 V, impedisce un aumento eccessivo della tensione su di esso quando viene caricato il canale +12 V. Grazie a questo resistore, la tensione all'uscita del canale +5 V senza carico non supera 6 V, che è sicuro per i chip del computer, alla corrente di carico del canale da +12 V a 2,5 A. La tensione del canale -12 V è stabilizzata dallo stabilizzatore del microcircuito DA2. L'amplificatore di disadattamento è collegato all'uscita del canale +12 V. La sorgente della tensione di riferimento è l'uscita dello stabilizzatore DA2. Il transistor VT4 amplifica il segnale di errore. Il carico del transistor è il LED del fotoaccoppiatore U1 e il diodo VD17 protegge la sua giunzione dell'emettitore. Quando la tensione all'uscita del canale +12 V è superiore a 12 V, il LED dell'accoppiatore ottico si accende e quindi aumenta la corrente che scorre attraverso il fototransistor dell'accoppiatore ottico. Lo stato aperto del transistor di commutazione VT1 è determinato dalla durata di carica del condensatore C11 (da circa 4 a +1 V) da parte della corrente del fototransistor dell'accoppiatore ottico. Maggiore è il valore di corrente del fototransistor dell'accoppiatore ottico, più velocemente si carica il condensatore. Dalle 11 in poi il transistor VT1 resta nello stato aperto per un tempo minore. Dopo aver collegato l'alimentazione alla rete, anche il condensatore C8 inizia a caricarsi (tramite il resistore R2 e il diodo VD6). Quando la tensione ai suoi capi raggiunge 4,5 V, la corrente scorre attraverso il resistore R6, il diodo Zener VD12, la giunzione dell'emettitore del transistor VT2, i resistori R11, R12, nonché attraverso i resistori R6, R5, la giunzione dell'emettitore del transistor VT1, il transistor VT2 e i resistori R11, R12, commuta i transistor di commutazione nella modalità operativa attiva. Il segnale di feedback positivo tra gli avvolgimenti I e II del trasformatore T1 attraverso il diodo VD7, il condensatore C10 e i resistori R5, R7 apre rapidamente i transistor di commutazione. Inizia l'accumulo di energia del campo magnetico nel circuito magnetico del trasformatore T1. Dopo un certo periodo di tempo, il transistor VT3 apre e chiude il transistor VT2, e quindi il transistor VT1. In questo caso, il transistor VT3 somma le tensioni fornite alla sua base dal sensore di corrente R11, R12 e dal condensatore C12. Al momento dell'avvio o in caso di sovraccarico del convertitore, quando la caduta di tensione sui resistori R11, R12 supera 1 V, il transistor VT3 viene aperto dalla corrente che scorre attraverso il resistore R10 e il diodo VD11, grazie al quale il dispositivo può sopportare sovraccarichi a breve termine. Quando uno qualsiasi dei suoi canali viene cortocircuitato su un conduttore comune, l'alimentatore entra automaticamente in modalità di limitazione della potenza senza guasti. Nella normale modalità di funzionamento del convertitore, il momento di chiusura dei transistor di commutazione è determinato dalla durata della carica del condensatore C11. Dopo che i potenti transistor sono stati spenti, la polarità della tensione sugli avvolgimenti del trasformatore di impulsi viene invertita e allo stesso tempo i diodi VD13...VD15 vengono accesi nella direzione in avanti e caricano i condensatori dei filtri LC con la corrente raddrizzata. Quando il valore di questa corrente è prossimo allo zero, si verificano oscillazioni elettriche nel circuito oscillatorio formato dall'avvolgimento / del trasformatore T1, dalla sua capacità parassita e dal condensatore C9. Il primo apre i potenti transistor dell'interruttore e il processo descritto viene ripetuto. Mentre i transistor VT1 e VT2 sono chiusi, la tensione al terminale inferiore dell'avvolgimento II del trasformatore rispetto al terminale negativo del condensatore C7 è negativa e, attraverso il resistore R8 e il diodo VD8, mantiene in modo affidabile il transistor VT2 nello stato chiuso. La tensione minima alla base di questo transistor è determinata dalla tensione di stabilizzazione del diodo zener VD12 e dalla tensione ai capi del diodo VD10. Attraverso il circuito R8VD9 viene caricato anche il condensatore C11 e poiché i catodi dei diodi VD8 e VD9 sono combinati, la tensione sul condensatore C12 non può essere inferiore a quella alla base del transistor VT2 (cioè circa -4 V). La tensione sull'uscita del canale +12 V è stabilizzata dal controllo dell'ampiezza dell'impulso. Ciò stabilizza contemporaneamente la tensione del canale +5 V. Tuttavia, poiché il trasformatore di impulsi, i diodi e alcuni altri elementi del dispositivo non sono affatto ideali, la stabilità della tensione all'uscita di questo canale è bassa. Pertanto, viene utilizzato uno stabilizzatore di impulsi ausiliario, che svolge due funzioni: fornisce al canale +5 V parte della corrente di carico per aumentare la stabilità della tensione su di esso e carica il canale +12 V se non è caricato. Lo stabilizzatore ausiliario comprende uno stabilizzatore a microcircuito DA1, induttanze L3, L4, condensatore C19, diodo VD16, resistore R14. In esso, il chip DA1 funge da interruttore elettronico, sorgente di tensione di riferimento e amplificatore del segnale di errore. Lo starter L4 e il diodo VD16 sono attributi necessari di uno stabilizzatore di impulsi. L'eccitazione del microcircuito DA1 è fornita dall'induttore L3 e dal condensatore C19, e il resistore R14, che riduce il fattore di qualità del circuito L3C19, impedisce il verificarsi di oscillazioni ad alta frequenza. Tutti gli elementi dell'alimentatore sono montati su un circuito stampato di 205x105 mm (Fig. 2) realizzato in laminato di fibra di vetro su un lato di 1 mm di spessore.
I parametri principali di resistori e condensatori sono indicati sullo schema elettrico del dispositivo. Il transistor KT839A (VT1) può essere sostituito con KT838A, KT872A, KT846A, KT81148 e KT972A con KT972B. Invece dei transistor KT645B (VT3) e KT342BM (VT4), possono funzionare transistor simili con un coefficiente di trasferimento della corrente di base di almeno 50. Il fotoaccoppiatore AOT101AC (U1) può essere sostituito con AOT101BS, AOT127A o AOT128A. I diodi KD212A (U06, VD7) possono essere sostituiti con KD226 o KD411 con qualsiasi indice di lettere e KD2999V (VD13, VD14) con altri con caratteristiche simili, ad esempio le serie KD2995, KD2997, KD2999, KD213. Invece dei diodi VD1-VD4 del ponte raddrizzatore, sono adatti KD226G o, in casi estremi, la serie KD243 per una tensione inversa di almeno 400 V. Attraverso il diodo zener D814B (VD5) scorre una corrente significativa, che dovrebbe essere presa in considerazione quando lo si sostituisce: la corrente consentita deve essere di almeno 40 mA. Correnti significative fluiscono anche attraverso i condensatori C16-C18, quindi è auspicabile che siano delle serie K50-29, K50-24. La tensione nominale dei condensatori C1-C6 (KD-2, K78-2, K73-16, ecc.) deve essere di almeno 400 V, devono consentire il funzionamento con una componente alternata di almeno 350 V ad una frequenza di 50 Hz . Condensatore C9 - K78-2 per una tensione nominale di 1600 V. Le restanti parti non sono critiche per la sostituzione. Il transistor VT1 è installato su un dissipatore di calore con una superficie di circa 200 cm2, i diodi VD13 e VD14 sono installati su dissipatori di calore con un'area rispettivamente di 45 e 35 cm e lo stabilizzatore DA2 è installato su un dissipatore di calore con una superficie di 70 cm2. Il trasformatore T1 è realizzato su un nucleo magnetico. L 12x15 in ferrite 2000NM, con traferro amagnetico di 0,5 mm. L'avvolgimento I contiene 160 spire di filo PEV-2 0,47, piegate a metà. Avvolgimento II - 4 spire dello stesso filo, ma piegato in tre. Per migliorare l'accoppiamento magnetico, gli avvolgimenti III e IV sono realizzati in nastro di rame spesso 0,2 mm, largo 27 mm e contengono 3 spire ciascuno. Il nastro di rame può essere sostituito con filo PEV-1 0,8, piegato in tre. L'avvolgimento V contiene 8 spire di filo PEV-1 0,4, piegate in quattro. Le induttanze L1 e L2 sono avvolte su un nucleo magnetico comune di dimensioni standard K20x10x5 realizzato in ferrite da 2000 NM e contengono 35 spire di filo PEV-1 0,4 ciascuna. I nuclei magnetici delle induttanze L5 e L6 sono spezzoni di un'asta in ferrite M400NN di diametro 8 e di lunghezza 20 mm; ognuno di essi contiene 15 turni. L'induttore L4, realizzato con un nucleo magnetico armato BZO in ferrite da 2000 NM (con uno spazio non magnetico di 0,5 mm), contiene 35 spire di filo PEV-1 0,8. Un alimentatore installato senza errori, di norma, inizia a funzionare senza una regolazione preliminare. Ma, come polizza assicurativa, è consigliabile effettuare il primo collegamento alla rete tramite una lampada a incandescenza con una potenza di 15...25 W, progettata per una tensione di 220 V. Non appena il convertitore si avvia, la variabile il resistore R18 deve essere utilizzato per impostare la tensione corrispondente all'uscita del canale +12 V. Se i requisiti per la tensione di alimentazione del canale +5 V sono più severi (o è necessaria una corrente di uscita maggiore), l'amplificatore di errore deve essere collegato all'uscita del canale +5 V. A tale scopo, i terminali superiori di i resistori R16 e R17 nello schema devono essere collegati al conduttore di uscita del canale +5 V, ad esempio, al terminale positivo del condensatore C17, e riducono anche la resistenza del resistore R16 a 300 Ohm e il resistore R17 a 1,5 kOhm . Sono esclusi lo stabilizzatore DA1, le induttanze L3 e L4, il resistore R14, il condensatore C19 e il diodo VD16. Tuttavia, dopo tale modifica, all'aumentare della corrente del canale +12 V aumenterà anche la tensione all'uscita del canale +5 V, quindi la tensione di questo canale dovrà essere ulteriormente stabilizzata (ad esempio utilizzando il microcircuito KR142EN8B). Un aumento indesiderato della tensione all'uscita del canale +5 V può essere evitato collegando il secondo LED del fotoaccoppiatore U17 in parallelo con il condensatore C1 tramite un diodo zener KS156A e un resistore con una resistenza di 180...200 Ohm. In questo caso i pin 6 e 7 nonché i pin 5 e 8 dell'accoppiatore ottico devono essere combinati. Ciò non solo proteggerà l'alimentatore dal superamento della tensione di uscita, ma aumenterà anche l'affidabilità del suo funzionamento, poiché in questo caso il circuito di feedback verrà duplicato. Il dispositivo descritto è applicabile per alimentare molti altri progetti di radioamatori, ad esempio amplificatori di potenza AF. È solo necessario, tenendo conto delle caratteristiche di un particolare dispositivo radio, ricostruire la parte secondaria dell'alimentazione e una variazione di 1,5 volte nella tensione di uscita si ottiene regolando il livello del segnale di retroazione dell'avvolgimento del trasformatore T1. Esempio specifico. Per alimentare un amplificatore di potenza basato sul microcircuito K174UN19, è necessaria una sorgente di tensione bipolare di ±15 V. In questo caso, la parte secondaria dell'alimentatore descritto può essere assemblata secondo lo schema mostrato in Fig. 3.
Gli avvolgimenti III e IV del trasformatore T1 contengono ciascuno 7 spire di nastro di rame spesso 0,1 mm e largo 27 mm o filo PEV-1 0,8 piegato in tre. L'avvolgimento di entrambi gli avvolgimenti viene eseguito simultaneamente. I pin 6 e 7 nonché 5 e 8 del fotoaccoppiatore U1 devono essere combinati. Letteratura
Autore: D.Bezik
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