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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Stabilizzatore di tensione di commutazione con maggiore efficienza
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Protettori di sovratensione L'articolo descrive un potente stabilizzatore di commutazione ad alta efficienza, realizzato su un microcircuito specializzato UC3843. Il dispositivo è dotato di protezione da sovracorrente. Il problema dell'aumento dell'efficienza degli alimentatori è particolarmente rilevante per i convertitori ad alta potenza con bassa tensione di uscita (3...5V). Il problema è stato risolto utilizzando moderni elementi estranei: un chip di controllo specializzato; diodi a bassa caduta di tensione e tempo di ripristino; transistor ad effetto di campo con bassa resistenza in conduzione. La figura mostra un circuito di un potente stabilizzatore di tensione di commutazione con protezione da sovracorrente.
Principali caratteristiche tecniche
Lo stabilizzatore utilizza un chip di controllo UC3843 della UNITRODE CORP (per una descrizione dettagliata, vedere il libro "Circuiti integrati: microcircuiti per alimentatori a commutazione e loro applicazione." - M.: DODEKA. 1997). Qui ci soffermeremo solo sulle principali funzioni dei suoi componenti coinvolti nel funzionamento dello stabilizzatore. Il microcircuito UC3843 comprende un'unità trigger che, quando la tensione di alimentazione è superiore a 7,5...8 V (pin 7), trasferisce tutti i nodi dalla modalità standby allo stato operativo. In questo caso, la sorgente di tensione di riferimento (pin 8) produce una tensione stabilizzata di 5 V e l'oscillatore principale (pin 4) produce una tensione a dente di sega, la cui frequenza e rapporto tra i tempi di salita e discesa determinano le valutazioni degli elementi R3 e C10. Il potente amplificatore buffer di uscita (pin 6) genera una tensione di controllo rettangolare con un'ampiezza leggermente inferiore alla tensione di alimentazione del microcircuito. La sua frequenza, durata dell'impulso e pause coincidono con parametri simili della tensione a dente di sega dell'oscillatore principale. Il chip di controllo implementa un metodo a larghezza di impulso per stabilizzare la tensione di uscita. A questo scopo include un'unità di confronto sull'amplificatore operazionale. Parte della tensione di riferimento (2.5 V) viene fornita a un ingresso e parte dell'uscita dal divisore di tensione resistivo R1R4 viene fornita all'altro. Gli elementi R2C8 sono il circuito di correzione di questo amplificatore. Durante la regolazione, la durata dell'impulso in uscita inizia a diminuire rispetto all'originale, non appena la tensione sul pin 2 del microcircuito supera i 2,5 V. La frequenza degli impulsi rimane costante. Per proteggere lo stabilizzatore dalla sovracorrente, il chip è dotato di un comparatore ad alta velocità. Uno dei suoi ingressi viene fornito con una tensione di riferimento di 1 V dalla sorgente integrata e l'altro (pin 3) viene alimentato con una tensione proporzionale alla corrente che scorre attraverso il transistor aperto VT2. Questa tensione è generata dal trasformatore di corrente T1, il cui avvolgimento primario è collegato in serie al transistor VT2. Quando è nello stato aperto. attraverso l'avvolgimento secondario del trasformatore, il diodo VD1 e la resistenza R5 scorre una corrente k volte inferiore alla corrente dell'avvolgimento primario, dove k = wï/w1 è il coefficiente di trasformazione T1. Pertanto, ai capi del resistore R5 si forma una tensione che ripete esattamente la forma della corrente del transistor VT2. il cui valore istantaneo in ogni istante è determinato dall'espressione: Ur5 = lvT2·R5/k. All'inizio di ogni periodo, la tensione di uscita di controllo del microcircuito apre il transistor VT2 e quando la tensione sul pin 3 raggiunge 1 V, viene forzato a chiudersi. Quando lo stabilizzatore è sovraccarico, questo processo si verifica ad ogni periodo, impedendo così alla corrente di aumentare attraverso il transistor VT2. e quindi attraverso il carico. IRF4905 è un transistor ad effetto di campo a canale P di INTERNATIONAL RECTIFIER. La sua resistenza aperta è di circa 20 mOhm. e il ritardo in apertura e chiusura è inferiore a 0,1 μs. Acquisisce tali caratteristiche solo se controllato da un potente amplificatore di impulsi, che fornisce una corrente elevata (diversi A) per ricaricare la capacità gate-source e gate-drain. Nello stabilizzatore di tensione in esame, questo amplificatore è costituito da microassiemi di transistor VT1.1, VT1.2. Inoltre, inverte il segnale di controllo prodotto dal chip. Il filtro di livellamento dell'uscita è formato dai condensatori C12 - C17. Il loro numero (sei) e la scelta del tipo sono sufficienti per un filtraggio di alta qualità della tensione di uscita senza filtro ad alta frequenza aggiuntivo. È necessario un filtro di ingresso a forma di U per sopprimere le interferenze ad alta frequenza derivanti dalla natura pulsata della corrente consumata dallo stabilizzatore. È stato possibile ridurre le perdite di commutazione aumentando l'efficienza dello stabilizzatore grazie all'utilizzo di un diodo Schottky con una bassa caduta di tensione e un tempo di recupero di circa 2 μs come VD0,05. Il dispositivo è realizzato su elementi standard, ad eccezione degli elementi di avvolgimento. Lo starter L1 è avvolto su un anello K10x6x4.5 in permalloy MP 140 e contiene 5 spire di 6 fili PEV 0,5. disposti uniformemente su tutto il perimetro dell'anello. Lo starter L2 è realizzato su un anello K19X11x4,8 dello stesso materiale e contiene 12 spire di 10 fili dello stesso diametro. Il trasformatore T1 è avvolto su un anello K1Ox6x2000 realizzato in ferrite 1NM0.2. L'avvolgimento secondario w„ è costituito da filo PEV 200 e contiene 2 spire, disposte uniformemente attorno all'intero perimetro dell'anello. L'avvolgimento primario è un filo che passa attraverso il foro dell'anello, le cui estremità collegano rispettivamente il terminale positivo dei condensatori C7-C2 e la sorgente del transistor VTXNUMX. Quando si collega un trasformatore, è necessario osservare attentamente la corretta fasatura degli avvolgimenti. Per il filtraggio di alta qualità delle interferenze ad alta frequenza, vengono utilizzati condensatori al tantalio senza piombo (C 1-C7, C12-C17) nell'alloggiamento D (condensatori a montaggio superficiale) di NEC, NICHCON, TDK, ecc.. Condensatori all'ossido K53-28, Da quelli domestici sono adatti K53-25, ecc.. K53-22. È vero, gli ultimi due tipi di condensatori devono essere sigillati dopo l'installazione. Lo stabilizzatore, ovviamente, non necessita di regolazione se l'installazione è eseguita correttamente. Le peculiarità del funzionamento del microcircuito DA1 includono il fatto che non "ama" lavorare con valori del ciclo di lavoro degli impulsi di controllo inferiori a 2, ovvero con una bassa tensione di alimentazione. Ciò si manifesta nel fatto che coppie di impulsi di periodi adiacenti hanno durate diverse, ma costanti per una determinata tensione di alimentazione. In effetti, ciò significa che la forma dell'ondulazione della tensione di uscita riceverà un altro inviluppo alla frequenza metà della frequenza operativa dell'oscillatore principale. Questa caratteristica può essere eliminata collegando tra i pin 3 e 4 del microcircuito un circuito seriale costituito da un resistore con una resistenza di 0,1...2 kOhm e un condensatore con una capacità di 1000...10000 pF. Tuttavia, la frequenza di queste oscillazioni “parassite” è elevata, praticamente non aumenta l'ampiezza delle pulsazioni della tensione di uscita e non influisce in alcun modo sulle proprietà dinamiche dello stabilizzatore nel suo insieme. Il regolatore di commutazione deve essere montato su un circuito stampato con conduttori corti e larghi. Minore è la sua dimensione, minore sarà l'interferenza indotta, che determina in larga misura la stabilità del dispositivo nel suo insieme. Il transistor VT2 e il diodo VD2 sono installati su un dissipatore con una superficie effettiva di almeno 100 cm2 e per ridurre i disturbi indotti è opportuno installare questi elementi tramite guarnizioni isolanti e il dissipatore stesso è collegato elettricamente al negativo terminale dei condensatori C2 - C7. Il terminale destro dell'induttore 12 secondo lo schema dovrebbe essere collegato al terminale positivo del condensatore C12, e il terminale destro del resistore R4 secondo il circuito dovrebbe essere collegato al terminale positivo del condensatore C17. Fornisce inoltre la tensione di uscita al carico. Il prototipo dello stabilizzatore è stato realizzato su un circuito stampato bifacciale di dimensioni 60x90 mm e spessore 2 mm. Sul lato superiore della scheda sono presenti elementi "alti": induttanze, un trasformatore, un microcircuito e sul lato "inferiore" sono presenti condensatori di tantalio di filtraggio, gruppo transistor VT1, transistor VT2 e diodo VD2 con flange rivolte verso l'esterno. Attraverso sei fori distribuiti uniformemente sul perimetro, la scheda viene avvitata ad una piastra dissipatrice in alluminio delle stesse dimensioni e spessore della scheda, spessore 3 mm. Il risultato è stato una struttura piana di 18 mm di spessore. Per un raffreddamento efficiente, lo stabilizzatore è installato verticalmente. Autore: A.Mironov, Lyubertsy, Regione di Mosca
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