Potente alimentatore da laboratorio con maggiore efficienza. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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Un alimentatore regolato è parte integrante di un laboratorio radioamatoriale. Molti dispositivi simili sono stati descritti nella rivista Radio, ma alcuni di essi hanno una bassa efficienza. Il fatto è che molto spesso gli alimentatori da laboratorio sono realizzati sulla base di stabilizzatori lineari, poiché spesso è molto difficile eliminare il principale svantaggio delle fonti di commutazione: un maggiore livello di ondulazione. Di norma, la conseguenza di tale progettazione del circuito è un aumento delle perdite di potenza. L'autore offre la propria soluzione a questo problema.

È possibile aumentare l'efficienza dello stabilizzatore realizzandolo a due stadi: il primo stadio è uno stabilizzatore preliminare pulsato; il secondo è lineare regolare. Entrambi gli stadi sono coperti da feedback, grazie al quale lo stabilizzatore lineare mantiene la caduta di tensione minima consentita e, quindi, garantisce un'elevata efficienza.

Gli stabilizzatori di impulsi, assemblati su una moderna base di elementi [1, 2], forniscono parametri di prestazione elevati, comprese perdite basse. Questi dispositivi sono stati presi come base durante lo sviluppo dell'alimentatore da laboratorio proposto.

Principali caratteristiche tecniche

• Tensione di ingresso, V......43
• Intervallo tensione di uscita, V......0...35
• Corrente di carico massima, A ...... 7,5
• Commutazione della frequenza di conversione dello stabilizzatore, kHz......55

Lo schema del dispositivo è mostrato in Fig. 1. Lo stabilizzatore di commutazione del primo stadio è assemblato su un chip controller PHI TL598 (DA4) di Texas Instruments, che controlla il transistor di commutazione IRF9540 (VT3). Il microcircuito TL598 differisce dal comune TL494 per la presenza di un amplificatore push-pull in uscita (il controller PHI domestico più vicino in termini di caratteristiche è KR1114EU4). L'uso di questo particolare microcircuito è dovuto ai suoi elevati parametri tecnici: corrente di uscita fino a 0,2 A, frequenza di clock fino a 300 kHz e prezzo basso.

(clicca per ingrandire)

L'uso di un transistor di commutazione ad effetto di campo IRF9540 (VT3) e di un diodo Schottky KD2998G (VD2) con una bassa caduta di tensione e tempo di recupero ha permesso di aumentare l'efficienza dello stabilizzatore di commutazione a circa il 90%. Per aumentare i limiti della regolazione della tensione di uscita, l'amplificatore buffer sul gruppo transistor VT2 è alimentato da uno stabilizzatore ausiliario sul chip DA2. Uno stabilizzatore parametrico di tensione basato sul transistor ad effetto di campo VT4 e sul diodo zener VD9 migliora il coefficiente di stabilizzazione e consente il funzionamento con una tensione di ingresso più elevata. Il resistore R9 nel circuito del condensatore del filtro C8 protegge il chip DA2 dal sovraccarico quando il dispositivo è acceso.

Dall'uscita dello stabilizzatore di commutazione, la tensione viene fornita allo stabilizzatore lineare assemblato sul microcircuito DA1 con una bassa caduta di tensione. Con questo design del circuito, le caratteristiche di uscita dell'unità da laboratorio sono determinate dai parametri del microcircuito, che fornisce una buona soppressione delle ondulazioni, protezione dalla corrente e dal surriscaldamento e la perdita di potenza su di esso è di circa il 5%.

Per regolare la tensione di uscita dell'unità da zero, una tensione di -1 V viene fornita al circuito di uscita di controllo del microcircuito DA15 da una fonte separata.

Il fotoaccoppiatore a transistor U1 mantiene una caduta di tensione sul regolatore lineare di circa 1,5 V. Se la caduta di tensione sul chip aumenta (ad esempio, a causa di un aumento della tensione di ingresso), il diodo emettitore del fotoaccoppiatore e, di conseguenza, il fototransistor si accendono. Il controller PHI si spegne, chiudendo il transistor di commutazione. La tensione all'ingresso dello stabilizzatore lineare diminuirà.

Per aumentare la stabilità, il resistore R3 è posizionato il più vicino possibile al chip stabilizzatore DA1.

Le induttanze L1, L2 sono sezioni di tubi di ferrite posizionati sui terminali di gate dei transistor ad effetto di campo VT1, VT3. La lunghezza di questi tubi è circa la metà della lunghezza del piombo.

L'induttore L3 è avvolto su due nuclei magnetici ad anello K36x25x7,5 piegati insieme da permalloy MP140. Il suo avvolgimento contiene 45 spire, che sono avvolte in due fili PEV-2 con un diametro di 1 mm, disposti uniformemente attorno al perimetro del nucleo magnetico.

Poiché con una corrente di carico vicina al massimo, viene rilasciata una potenza significativa sullo stabilizzatore DA1 e sul transistor VT3, è necessario installarli su dissipatori di calore con un'area di almeno 30 cm2. Il transistor IRF9540 (VT3) può essere sostituito con IRF4905 e il transistor IRF1010N (VT1) con BUZ11, IRF540, KP727B.

L'area dei dissipatori di calore è calcolata secondo il metodo descritto in [3].

Se è necessaria un'unità con una corrente di uscita superiore a 7,5 A, è necessario aggiungere un altro stabilizzatore DA5 in parallelo a DA1 (Fig. 2). Quindi la corrente di carico massima raggiungerà 15 A. In questo caso, l'induttore L3 viene avvolto con un fascio costituito da quattro fili PEV-2 con un diametro di 1 mm e la capacità dei condensatori C1-C3 è circa raddoppiata. I resistori R18, R19 sono selezionati in base allo stesso grado di riscaldamento dei microcircuiti DA1, DA5. Il controller PHI deve essere sostituito con un altro che consenta il funzionamento a una frequenza più elevata, ad esempio KR1156EU2.

Se non è necessaria una corrente di carico elevata, lo stabilizzatore KR142EN22A può essere sostituito con KR142EN22 (corrente massima 5 A) o KR142EN12A (1,5 A).

Letteratura

1. Mironov A. Stabilizzatore di tensione di commutazione con maggiore efficienza. - Radio, 2000, n. 11, pag. 44, 45.
2. Mironov A. Applicazione di raddrizzatori sincroni negli stabilizzatori di tensione a impulsi. - Radio, 2001, n. 10, pag. 38, 39.
3. Semenov B.Yu. Elettronica di potenza per amatori e professionisti. - M.: Solon-R 2001, p. 115-121

Autore: S.Korenev, Krasnoyarsk

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