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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Alimentatore switching di un potente UMZCH
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Alimentatori Gli alimentatori switching sono ampiamente utilizzati nelle moderne apparecchiature elettroniche. Anche i radioamatori iniziarono a usarli più spesso, come dimostra l'aumento del numero di pubblicazioni nella letteratura di ingegneria radiofonica, in particolare sulla rivista Radio. Tuttavia, nella maggior parte dei casi, vengono descritti progetti a potenza relativamente bassa. L'autore dell'articolo pubblicato porta all'attenzione dei lettori un alimentatore switching con una potenza di 800 W. Si differenzia da quelli descritti in precedenza per l'uso di transistor ad effetto di campo e un trasformatore con un avvolgimento primario con un'uscita media nel convertitore. Il primo fornisce una maggiore efficienza e ridotte interferenze ad alta frequenza, e il secondo - metà della corrente attraverso i transistor chiave ed elimina la necessità di un trasformatore di isolamento nei loro circuiti di gate. Lo svantaggio di una tale soluzione circuitale è l'alta tensione sulle metà dell'avvolgimento primario, che richiede l'uso di transistor con la tensione consentita appropriata. È vero, a differenza di un convertitore a ponte, in questo caso sono sufficienti due transistor invece di quattro, il che semplifica il design e aumenta l'efficienza del dispositivo. Gli alimentatori a commutazione (UPS) utilizzano convertitori ad alta frequenza a uno e due tempi. L'efficienza del primo è inferiore al secondo, quindi non è consigliabile progettare UPS a ciclo singolo con una potenza superiore a 40 ... 60 W. I convertitori push-pull consentono di ottenere molta più potenza in uscita con un'elevata efficienza. Sono divisi in diversi gruppi, caratterizzati dal metodo di eccitazione dei transistor chiave di uscita e dal circuito per includerli nel circuito dell'avvolgimento primario del trasformatore del convertitore. Se parliamo del metodo di eccitazione, si possono distinguere due gruppi: con autoeccitazione ed eccitazione esterna. I primi sono meno popolari a causa delle difficoltà di insediamento. Quando si progettano UPS potenti (più di 200 W), la complessità della loro produzione aumenta irragionevolmente, quindi sono di scarsa utilità per tali alimentatori. I convertitori eccitati esternamente sono adatti per applicazioni UPS ad alta potenza e talvolta richiedono poca o nessuna manutenzione. Per quanto riguarda il collegamento dei transistor chiave al trasformatore, esistono tre schemi: il cosiddetto semiponte (Fig. 1, a), ponte (Fig. 1, b) e con un avvolgimento primario con presa dal centro ( Fig. 1, c). Ad oggi, il convertitore a mezzo ponte più utilizzato [1]. Richiede due transistor con una tensione relativamente bassa Uke max. Come si può vedere dalla figura. 1, un. i condensatori C1 e C2 formano un partitore di tensione al quale è collegato l'avvolgimento primario (I) del trasformatore T2. All'apertura del transistor a chiave, l'ampiezza dell'impulso di tensione sull'avvolgimento raggiunge il valore Upit / 2 - Uke max.
Il convertitore a ponte [2] è simile a quello a mezzo ponte, ma in esso i condensatori sono sostituiti dai transistor VT3 e VT4 (Fig. 1. b), che si aprono diagonalmente a coppie. Questo convertitore ha un'efficienza leggermente superiore a causa di un aumento della tensione fornita all'avvolgimento primario del trasformatore e, quindi, di una diminuzione della corrente che scorre attraverso i transistor VT1 - VT4. L'ampiezza della tensione sull'avvolgimento primario del trasformatore in questo caso raggiunge il valore Upit - 2Uke max. Distinto è il convertitore secondo lo schema di Fig. 1.c. con la massima efficienza. Ciò si ottiene riducendo la corrente dell'avvolgimento primario e. di conseguenza, una diminuzione della dissipazione di potenza nei transistor chiave, che è estremamente importante per gli UPS potenti. L'ampiezza degli impulsi di tensione nella metà dell'avvolgimento primario aumenta al valore Upit - Uke max. Si noti inoltre che, a differenza degli altri convertitori (1,2), non necessita di trasformatore di isolamento in ingresso. Nel dispositivo secondo lo schema di Fig. 1. è necessario utilizzare transistor con un valore elevato di Uke max. Poiché la fine della metà superiore (secondo lo schema) dell'avvolgimento primario è collegata all'inizio di quella inferiore, quando la corrente scorre nel primo di essi (VT1 è aperto), nel secondo viene creata una tensione che è uguale (in valore assoluto) all'ampiezza della tensione sul primo, ma di segno opposto rispetto a Upit. In altre parole, la tensione al collettore del transistor chiuso VT2 raggiunge 2Upit. pertanto, il suo Uke max deve essere maggiore di 2Upit. Nell'UPS proposto viene utilizzato un convertitore push-pull con trasformatore, il cui avvolgimento primario ha una potenza media. Ha un'alta efficienza. basso livello di increspature e irradia debolmente interferenze nello spazio circostante. L'autore lo utilizza per alimentare una versione alimentata a due canali dell'UMZCH. descritto in [3]. Tensione di ingresso UPS - 180...240 V. tensione di uscita nominale (con ingresso 220 V) - 2x50 V. potenza di carico massima - 800 W. la frequenza operativa del convertitore è di 90 kHz. Il diagramma schematico dell'UPS è mostrato in fig. 2. Come puoi vedere, questo è un convertitore con eccitazione esterna senza stabilizzazione della tensione di uscita. All'ingresso del dispositivo è incluso un filtro ad alta frequenza C1L1C2, che impedisce alle interferenze di entrare nella rete. Dopo averlo superato, la tensione di rete viene rettificata dal ponte a diodi VD1 - VD4. le increspature vengono appianate dal condensatore C3. La tensione CC raddrizzata (circa 310 V) viene utilizzata per alimentare il convertitore ad alta frequenza.
Il dispositivo di controllo del convertitore è realizzato su microcircuiti DD1-DD3. È alimentato da una sorgente stabilizzata separata, costituita da un trasformatore step-down T1. raddrizzatore VD5 e regolatore di tensione sui transistor VT1, VT2 e diodo zener VD6. Sugli elementi DDI. 1. DD1.2 ha assemblato un oscillatore principale che genera impulsi con una frequenza di ripetizione di circa 360 kHz. Questo è seguito da un divisore di frequenza per 4, realizzato sui trigger del chip DD2. Con l'aiuto degli elementi DD3.1, DD3.2 vengono create ulteriori pause tra gli impulsi. Una pausa non è altro che un livello logico 0 alle uscite di questi elementi, che appare quando è presente un livello 1 alle uscite dell'elemento DDI.2 e attiva DD2.1 e DD2.2 (Fig. 3). La bassa tensione all'uscita di DD3.1 (DD3.2) blocca DD1.3 (DD1.4) nello stato "chiuso" (all'uscita - livello logico 1).
La durata della pausa è pari a 1/3 della durata dell'impulso (Fig. 3, diagrammi di tensione sui pin 1 DD3.1 e 13 DD3.2), che è abbastanza per chiudere il transistor di commutazione. Dalle uscite degli elementi DD1.3 e DD1, gli impulsi infine generati vengono inviati agli interruttori a transistor (VT4. VT5), che, attraverso i resistori R6, R10, controllano le porte dei potenti transistor ad effetto di campo VT11, VT9. Gli impulsi dalle uscite dirette e inverse del trigger DD2.2 vengono inviati agli ingressi del dispositivo, realizzati sui transistor VT3. VT4. VT7. VT8. Apertura alternativamente, VT3 e VT7. VT4 e VT8 creano le condizioni per una rapida scarica delle capacità di ingresso dei transistor chiave VT9, VT10. cioè la loro rapida chiusura. Inoltre, come si può vedere dalla Fig. 3 (diagrammi delle tensioni ai pin 12 e 13 di DD2.2). VT7 e VT8 si aprono subito dopo la fine dell'impulso, quindi, a qualsiasi potenza di uscita, ciascuno dei transistor VT9, VT10 ha sempre il tempo di chiudersi in modo sicuro prima che si apra il secondo. Se questa condizione non fosse soddisfatta, attraverso di essi, e quindi attraverso l'avvolgimento primario del trasformatore T2, fluirebbe una corrente passante. che non solo riduce l'affidabilità e l'efficienza dell'UPS. ma crea anche picchi di tensione, la cui ampiezza a volte supera la tensione di alimentazione del convertitore. I resistori di resistenza relativamente elevata R9 e R10 sono inclusi nel circuito di gate dei transistor VT10 e VT11 e, insieme alla capacità dei gate, formano filtri a bassa frequenza che riducono il livello delle armoniche all'apertura dei tasti. Allo stesso scopo sono stati introdotti gli elementi VD9-VD12. P16, R17, S12.S13 Nei circuiti stock dei transistor VT9. VT10 includeva l'avvolgimento primario del trasformatore T2. I raddrizzatori della tensione di uscita sono realizzati secondo il circuito a ponte sui diodi VD13 - VD20, che riduce in qualche modo l'efficienza del dispositivo, ma riduce significativamente (più di cinque volte) il livello di ondulazione all'uscita dell'UPS. È importante notare che la forma delle oscillazioni, quasi rettangolare al massimo carico, diventa quasi sinusoidale quando la potenza scende a 10...20 W. che ha un effetto positivo sul livello di rumore dell'UMZCH a basso volume. La tensione raddrizzata dell'avvolgimento IV del trasformatore T2 viene utilizzata per alimentare i ventilatori (vedi sotto). Il dispositivo utilizza condensatori K73-17 (C1. C2. C4). K50-17 (Do3), MBM (Do12.Do13). K73-16 (C14-C21. C24. C25). K50-35 (Do5-Do7). KM (altri). Invece di quelli indicati nello schema, è consentito utilizzare microcircuiti della serie K176. K564. I diodi D246 (VD1-VD4) sono intercambiabili con qualsiasi altro diodo progettato per corrente continua di almeno 5 A e tensione inversa di almeno 350 V (KD202K. KD202M. KD202R, KD206B. D247B). o un ponte raddrizzatore a diodi con gli stessi parametri, diodi KD2997A (VD13-VD20) - su KD2997B. KD2999B. diodo zener D810 (VD6) - su D814V. Come VT1, puoi utilizzare qualsiasi transistor delle serie KT817, KT819. come VT2-VT4 e VT5, VT6 - rispettivamente, qualsiasi delle serie KT315, KT503, KTZ102 e KT36K KT502. KT3107. al posto di VT9, VT10 - KP707V1, KP707E1. Si sconsiglia la sostituzione dei transistor KT3102ZH (VT7. VT8). Trasformatore T1 - TS-10-1 o qualsiasi altro con una tensione di avvolgimento secondario di 11 ... 13 V con una corrente di carico di almeno 150 mA. La bobina del filtro di rete L1 è avvolta su un anello di ferrite (M2000NM1) di dimensioni K31M8,5u7 con filo PZV-1 1,0 (2x25 spire), il trasformatore T2 è avvolto su tre anelli di ferrite incollati insieme della stessa marca, ma di dimensioni K45x28x12. L'avvolgimento I contiene 2x42 giri di filo PEV-2 1,0 (fili leggermente avvolgenti), avvolgimenti II e III - 7 giri ciascuno (in cinque fili PEV-2 0,8), avvolgimento IV - 2 giri PEV-2 0.8. Tra gli avvolgimenti sono posati tre strati di isolamento in nastro PTFE. I circuiti magnetici delle strozzature L2, L3 sono barre di ferrite (1500NMZ) con un diametro di 6 e una lunghezza di 25 mm (trimmer da nuclei di armatura B48). Gli avvolgimenti contengono 12 giri di filo PEV-1 1.5. Transistor VT9. VT10 è installato sui dissipatori di calore delle ventole utilizzati per raffreddare i microprocessori Pentium (sono adatti anche nodi simili dei processori 486). I diodi VD13-VD20 sono fissati su dissipatori con una superficie di circa 200 cm2. Per raffreddare i transistor dello stadio di uscita UMZCH, una ventola è installata sulla parete posteriore da un alimentatore per computer o qualsiasi altro con una tensione di alimentazione di 12 V. Quando si installa l'UPS, è necessario assicurarsi che tutti i collegamenti siano i più corti possibile e nella sezione di alimentazione utilizzare un cavo della sezione trasversale più grande possibile. È auspicabile racchiudere l'UPS in una schermatura metallica e collegarlo al terminale 0 V dell'uscita della sorgente, come mostrato in fig. 4. Il filo comune dell'alimentatore non deve essere collegato allo schermo. Poiché l'UPS non è dotato di un dispositivo di protezione da cortocircuito e sovraccarico, è necessario includere fusibili da 10 A nel circuito di alimentazione UMZCH.
L'UPS descritto praticamente non ha bisogno di essere regolato. È importante solo mettere in fase correttamente le metà dell'avvolgimento primario del trasformatore T2. Se le parti sono in buone condizioni e non ci sono errori nell'installazione, l'unità inizia a funzionare immediatamente dopo essere stata collegata alla rete. Se necessario, la frequenza del convertitore viene regolata selezionando il resistore R3. Per aumentare l'affidabilità dell'UPS, è auspicabile farlo funzionare con un UMZCH, che fornisce il soffiaggio tramite un ventilatore. Letteratura
Autore: D.Kolganov, Kaluga
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