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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Alimentatore switching da laboratorio
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Alimentatori Una caratteristica dell'alimentatore bipolare offerto all'attenzione dei lettori è la presenza di stadi di controllo impulsivi e lineari in ciascun braccio, che ha permesso di ridurre la caduta di tensione e la potenza sul transistor di controllo e, di conseguenza, di ridurre le dimensioni del il dissipatore di calore. Il dispositivo, che l'autore utilizza con successo da più di cinque anni, si è rivelato, forse, non del tutto ottimale, ma speriamo che i radioamatori possano modificarlo utilizzando la base di elementi disponibile per adattarlo ai loro compiti. Il problema principale che si pone nella realizzazione di un alimentatore operante in un'ampia gamma di tensioni di uscita e con una grande corrente di carico è quello di garantire la minima dissipazione di potenza sull'elemento di regolazione e, di conseguenza, ottenere la massima efficienza del dispositivo come un'intera. Un modo per risolvere questo problema è utilizzare un trasformatore con un avvolgimento a più sezioni [1]. I principali svantaggi sono la necessità di manipolare l'interruttore, che è molto scomodo, e la complessità della produzione del trasformatore. La soluzione di maggior successo è una sorgente regolata pulsata con successivo filtraggio delle ondulazioni mediante uno stabilizzatore di compensazione. La complicazione del dispositivo è compensata dalle ridotte dimensioni dei dissipatori, in quanto la caduta di tensione, e quindi la potenza erogata sul transistor di controllo dello stabilizzatore lineare, può essere resa minima ed indipendente dalla tensione di carico. L'alimentatore da laboratorio descritto in [2] è stato preso come base. Il suo principale svantaggio è uno strozzatore molto voluminoso, che aumenta notevolmente il peso e le dimensioni del dispositivo. Nella versione proposta della sorgente, la regolazione della tensione primaria viene effettuata ad alta frequenza (15 ... 50 kHz), quindi l'induttore è realizzato su un circuito magnetico in ferrite, che ha ridotto notevolmente le dimensioni e il peso del dispositivo Principali caratteristiche tecniche
Il circuito di alimentazione è mostrato in fig. 1. La linea tratteggiata segna gli stessi nodi in entrambe le braccia. Considera il funzionamento del dispositivo usando l'esempio di una sorgente di tensione positiva.
La tensione alternata dell'avvolgimento secondario del trasformatore di rete T rettifica il ponte a diodi VD1-VD4 e filtra il condensatore Sat. Quindi viene fornita una tensione costante al transistor di commutazione VT4 del regolatore di commutazione e al trigger Schmitt, assemblato sui transistor VT5, VT6, la cui tensione di alimentazione è stabilizzata dallo stabilizzatore parametrico R13VD18. Nel momento iniziale dopo l'accensione dell'alimentazione, il sensore di tensione - il transistor VT7 è chiuso, il transistor VT5 del trigger Schmitt è aperto ei transistor VT1 e VT2 sono chiusi. Il transistor VT3 è una corrente aperta che scorre attraverso la sua giunzione dell'emettitore e i resistori R6 R7. Pertanto, anche il transistor di commutazione VT4 è aperto. Il condensatore C8 inizia a caricarsi. La tensione su di esso aumenta fino a quando non si avvicina all'uscita impostata. Un ulteriore aumento della tensione attraverso il condensatore C8 aprirà il sensore di tensione VT7 e attiverà il trigger di Schmitt. Di conseguenza, i transistor VT1 e VT2 si apriranno e i transistor VT3 e VT4 si chiuderanno. Quindi viene inserita l'induttanza L1.La tensione di autoinduzione apre il diodo VD17 e l'energia accumulata nell'induttanza viene trasferita al carico. Dopo che la riserva di energia nell'induttore è esaurita, il diodo VD17 si chiude e la corrente scorre nel carico dal condensatore C8.La tensione ai suoi capi inizia a diminuire e ad un certo punto il sensore di tensione VT7 si chiude. Il trigger Schmitt commuterà (il transistor VT6 sarà chiuso e il transistor VT5 aperto), i transistor VT1 e VT2 si chiuderanno e i transistor VT3 e VT4 si apriranno. Il condensatore C8 ricomincerà a caricarsi. Il diodo VD16 protegge il transistor di commutazione VT4 in situazioni di emergenza, ad esempio quando il diodo VD17 si guasta o il condensatore C6 perde capacità. Lo stabilizzatore di compensazione sui transistor VT8, VT9, VT11 è assemblato secondo uno schema semplice e non ha caratteristiche. Gli elementi R19, VD20, C10 vengono utilizzati per aumentare gradualmente la tensione di uscita dopo l'accensione dell'alimentatore e impedire che la protezione scatti sotto un carico capacitivo significativo. Al momento dell'accensione, il condensatore C10 viene caricato in due circuiti: attraverso il resistore R19 e il resistore R21, diodo VD20. La tensione sul condensatore (e sulla base del transistor VT9) aumenta lentamente in circa 0,5 s. Di conseguenza, anche la tensione di uscita aumenta finché lo stabilizzatore non entra in uno stato stazionario. Successivamente, il diodo VD20 si chiude e il condensatore C10 viene ricaricato attraverso il resistore R19 e non influisce in futuro sul funzionamento dello stabilizzatore. Il diodo VD19 è necessario per scaricare rapidamente il condensatore C10 dopo lo spegnimento dell'alimentazione e quando la tensione di uscita diminuisce. In questo caso, la tensione sul condensatore C8 diminuisce più velocemente che su C10, il diodo VD19 si apre e la tensione su entrambi i condensatori diminuisce contemporaneamente. Inoltre, il relè K1 viene utilizzato per ridurre rapidamente la tensione di uscita quando l'alimentazione viene interrotta. Dopo che l'unità è stata collegata alla rete, il relè K1 viene eccitato attraverso il resistore R1 da un raddrizzatore a diodi VD7 VD8.La tensione raddrizzata filtra un piccolo condensatore C3. Il relè è attivato, i suoi contatti K1.1 si aprono e non influiscono sul funzionamento dello stabilizzatore. Quando l'unità viene spenta, la tensione sul condensatore C3 scompare più velocemente che su C6, quindi il relè K1 rilascia quasi immediatamente i suoi contatti K1.1 si chiude e il condensatore C10 si scarica rapidamente attraverso il resistore R20. In questo momento il diodo VD20 si apre e la tensione alla base del transistor VT9 scende quasi a zero. La tensione all'uscita dello stabilizzatore scompare. Il circuito R26VD23 serve per accelerare la scarica del condensatore C13 e dei condensatori nel carico quando sono impostati valori di tensione inferiori. In questo caso, la tensione al collettore del transistor VT11 diventa inferiore alla tensione all'uscita dell'unità, il diodo VD23 si apre e il condensatore C13 viene scaricato attraverso il circuito: resistore R26, diodo VD23, sezione collettore-emettitore del transistor VT11 e diodi VD21, VD22. A regime, il circuito R26VD23 non influisce sul funzionamento dell'unità. Il condensatore C12 impedisce l'autoeccitazione dello stabilizzatore. I condensatori C14 e C23 sono collegati direttamente ai terminali di uscita dell'alimentatore per ridurre il ripple ad alta frequenza. Il circuito R6C7 è necessario per ridurre il tempo di chiusura dei transistor VT3, VT4. Se il transistor VT3 è aperto, viene creata una caduta di tensione attraverso il resistore R6, più applicata alla base del transistor. Il condensatore C7 è caricato nella stessa polarità. Quando il transistor VT2 si apre, attraverso la sua sezione collettore-emettitore, la piastra del condensatore inferiore secondo il circuito sarà collegata all'emettitore del transistor VT3. Pertanto, alla giunzione di emettitore del transistor VT3 verrà applicata una tensione di chiusura, che contribuisce alla sua chiusura forzata, e quindi alla chiusura del transistor di commutazione VT4. Quando viene attivata la protezione (durante sovraccarico o cortocircuito nel carico), la base del transistor VT10 attraverso il partitore R22R23 riceve la tensione che lo apre. Di conseguenza, la base del transistor VT9 è collegata a un filo comune attraverso la sezione collettore-emettitore del transistor aperto VT10. La tensione all'uscita del blocco scompare. Notare le caratteristiche della costruzione del canale negativo dell'alimentatore. Lo stabilizzatore di commutazione e il grilletto di Schmitt sono rimasti invariati. Lo stabilizzatore di compensazione è realizzato su transistor di diversa conduttività e l'elemento di controllo VT21 è incluso nel circuito della linea di alimentazione negativa. Ciò ha semplificato il collegamento dello stabilizzatore di compensazione con l'unità di protezione. Il trigger Schmitt (sui transistor VT17, VT18) è collegato direttamente al transistor VT20. La funzione del sensore di tensione è svolta dal transistor VT18 del trigger Schmitt. In modo che quando l'alimentazione viene interrotta, le tensioni di uscita scompaiono in modo sincrono in entrambi i bracci, viene utilizzato un relè comune K1 (contatti K1.2). Il nodo di protezione è alimentato da una sorgente di tensione bipolare. Questo rende molto facile controllare entrambi i bracci dell'alimentatore [3]. La tensione negativa forma un moltiplicatore sui diodi VD5, VD6 e sui condensatori C1, C2 e al livello di -5 V stabilizza lo stabilizzatore parametrico R2VD10. Lo schema del nodo di protezione è mostrato in fig. 2.
Quando la corrente di carico raggiunge il valore impostato, la caduta di tensione attraverso il resistore R30 (vedi Fig. 1) sarà sufficiente per aprire il transistor VT12. L'ingresso S (pin 14) del trigger DD1 riceve un livello alto e passa a uno stato singolo. Apparirà un livello basso all'uscita dell'inverter DD2.1, che attraverso il diodo VD1 e il resistore R50 agisce sul transistor VT19 (vedi Fig. 1), che porterà all'apertura di quest'ultimo e alla chiusura del transistor composito VT20VT21. La tensione all'uscita della sorgente negativa scomparirà. All'uscita dell'inverter DD2.3 apparirà un unico segnale, agente attraverso il diodo VD5 e la resistenza R22 (vedi Fig. 1) sul transistor VT10, che generalmente porta alla chiusura della spalla positiva. Il LED "+" HL1 indica la presenza di un sovraccarico nel braccio positivo dell'alimentatore. Allo stesso modo, l'unità di protezione funziona in caso di sovraccarico di una sorgente negativa. Pertanto, ovunque si verifichi un sovraccarico, entrambi i bracci degli stabilizzatori vengono disattivati e questo stato rimarrà indefinitamente fino a quando non verrà premuto il pulsante SB1 "Return". In questo caso, un livello alto influisce sugli ingressi R (pin 3 e 15) e porta i flip-flop allo stato zero. Le prestazioni degli stabilizzatori verranno ripristinate. Il condensatore C3, che devia i contatti del pulsante SB1, è necessario per impostare i trigger su zero nel momento in cui l'unità è collegata alla rete. I resistori R1, R2 vengono utilizzati per impostare il livello di sensibilità della protezione. I condensatori C1, C2, deviando gli ingressi S dei trigger, impediscono il falso intervento dell'unità di protezione contro i disturbi impulsivi indotti nei conduttori di collegamento. I diodi VD1-VD6 sono necessari per disaccoppiare le uscite dei microcircuiti. È possibile utilizzare qualsiasi trasformatore di rete nell'alimentatore che fornisca l'alimentazione necessaria. Nella versione dell'autore è stato utilizzato un trasformatore già pronto TS-180-2. L'avvolgimento primario rimane invariato. Contiene 680 spire di filo PEV-1 0,69 Tutti gli avvolgimenti secondari vengono rimossi e al loro posto vengono avvolti nuovi avvolgimenti II e III, contenenti 105 spire di filo PEV-1 1,25 ciascuno. Il trasformatore può essere realizzato indipendentemente sulla base del circuito magnetico PL21 x45. Gli induttori L1 e L2 sono avvolti su nuclei magnetici corazzati B-30 realizzati in ferrite M2000NM. Gli avvolgimenti contengono 18 spire di un fascio composto da nove fili PEV-2 0,4. Lo spazio tra le metà del conduttore magnetico è di 0,2 .. 0,5 mm. I diodi KD202R (VD1-VD4, VD12-VD15), posizionati su piccoli dissipatori di calore, possono essere sostituiti da altri progettati per una corrente continua di almeno 3 A e la necessaria tensione inversa. Invece dei diodi KD105B (VD5-VD9) e D223A (VD19-VD23, VD27-VD31), è consentito utilizzare qualsiasi delle serie KD208, KD209. I diodi D9B (VD1-VD6, Fig. 2) sono sostituibili da qualsiasi delle serie KD521, KD522. Relè K1 - RES48A versione RS4 590 202 per una tensione operativa di 12 V. È preferibile scegliere un relè per una tensione più elevata, ad esempio RES48A versione RS4.590.207 con una tensione di 27 V. In questo caso, è necessario utilizzare un resistore limitatore di corrente R1 di resistenza e potenza inferiori. I transistor KT644B (VT3, VT15) sono intercambiabili con KT644A, KT626V, in casi estremi, con KT816V, KT816G o KT814V, KT814G. Al posto dei transistor VT1, VT10, VT13, è consentito utilizzare qualsiasi silicio con una tensione collettore-emettitore consentita di almeno 60 V. Invece dei transistor MP26A (VT7, VT12, VT19, VT22 e VT1, Fig. 2), è possibile utilizzare qualsiasi delle serie MP25, MP26; invece di KT3102A (VT5, VT6, VT11, VT17, VT18) - KT315V-KT315E, KT3102B. Sostituiamo il transistor KT827A (VT8) con uno qualsiasi di questi o della serie KT829, nonché KT908A, KT819G, il transistor KT825A (VT21) - con uno di questi o della serie KT853, nonché la corrente massima del collettore KT818G. Il transistor MP37B (VT23) dovrebbe essere selezionato in base alla massima tensione collettore-emettitore, poiché funziona al limite del valore consentito. I transistor VT4, VT8, VT16, VT21 e i diodi VD17, VD25 sono installati su piccoli dissipatori di calore con dimensioni rispettivamente di 50x50x5 e 40x30x3 mm. I microcircuiti della serie 564 sono intercambiabili con i corrispondenti analoghi della serie K561. I condensatori ad ossido C6 e C15 sono costituiti da due K50-24 da 1000 microfarad ciascuno e da due K52-1B da 100 microfarad ciascuno, tutti per una tensione di 63 V, collegati in parallelo. Condensatori C1, C2, C10, C11, C19, C20 - K50-6, C3, C4, C5, C13, C22 - K50-16, C12, C14, C21, C23 - K73-17. Microamperometri RA1, RA2 - M4205 per una corrente di 100 μA. Tutte le parti del dispositivo vengono controllate in anticipo. Nella versione dell'autore, l'alimentatore è assemblato su più schede mediante montaggio superficiale. Quando si imposta un blocco, è meglio utilizzare un oscilloscopio. È collegato all'emettitore del transistor VT4. Il motore del resistore R28 è impostato sulla posizione centrale e il resistore R22 è temporaneamente saldato. Attivare l'alimentazione alla rete. Gli impulsi rettangolari dovrebbero apparire sull'emettitore del transistor VT4. Se non c'è tensione, prima di tutto dovresti assicurarti che il relè K1 abbia funzionato. Altrimenti, selezionando la resistenza R1, assicurano che il relè funzioni alla minima tensione di rete (190 V). Successivamente, viene misurata la tensione collettore-emettitore del transistor VT8. Dovrebbe essere compreso tra 1,5 ... 2 V ed essere mantenuto quando la tensione di uscita cambia. La commutazione del regolatore di commutazione si verifica quando la tensione di base del collettore del transistor VT9 è approssimativamente uguale a 0,9 V. Se è necessario aumentarla, uno o più diodi nella direzione in avanti devono essere collegati al circuito dell'emettitore del transistor VT7. La frequenza di commutazione dipende in piccola parte dalla resistenza dei resistori R17 (con la sua diminuzione, la frequenza diminuisce) e R15 (con il suo aumento, la frequenza diminuisce). I resistori R27 e R29 selezionano i valori minimo e massimo della tensione di uscita (3 e 30 V). Ora, un carico (o il suo equivalente) con una resistenza di circa 3 ohm con una potenza di almeno 27 W è collegato all'uscita dello stabilizzatore, avendo precedentemente impostato la tensione di uscita a circa 5 V. Aumentando gradualmente la tensione di uscita, assicurarsi che la corrente nel carico non superi i 3 A. Inoltre, si dovrebbe controllare la forma degli impulsi. Se la durata delle pause tra gli impulsi diventa inferiore a 1/5 del periodo, le oscillazioni possono andare in stallo. In questo caso è necessario aumentare l'induttanza dell'induttore utilizzando un grande nucleo magnetico o aumentando il numero di spire. Quindi il microamperometro viene tarato per misurare la corrente di carico. Per misurare la tensione all'uscita dell'alimentatore, è possibile accendere un microamperometro con un resistore aggiuntivo con una resistenza di circa 300 kOhm. Successivamente, saldare il resistore R22. Il motore del resistore R32 è impostato nella posizione superiore (secondo lo schema) e il resistore R28 è la tensione minima. Un resistore da 40 ohm è collegato all'uscita dello stabilizzatore. Accendere l'alimentazione alla rete e, aumentando la tensione di uscita, impostare la corrente di carico su 250 mA. Quindi, utilizzando la resistenza R1 (vedi Fig. 2), assicurano che la protezione funzioni e il LED HL1 si accenda. Per una sorgente di tensione negativa, la corrente minima di funzionamento della protezione è impostata dal resistore R2. Successivamente, il cursore del resistore R32 viene spostato nella posizione inferiore (secondo lo schema). La resistenza di carico viene ridotta e la corrente viene impostata su 3 A. Spostando verso l'alto il cursore del resistore R32 (secondo lo schema), notano il momento in cui viene attivata la protezione. Ora dovresti misurare la resistenza della parte di uscita del resistore R32, mettere un resistore di valore vicino e calibrarlo in base alla corrente di intervento della protezione. La spalla di tensione negativa viene regolata allo stesso modo. In conclusione, la tensione di ripple viene misurata con un oscilloscopio alla massima corrente di carico. Se l'ondulazione supera i 30 mV, installare condensatori aggiuntivi C11 e C20 (mostrati con linee tratteggiate nello schema di Fig. 1). Potrebbe risultare che quando il motore del resistore R28 (R56) viene rapidamente acceso, la tensione di uscita cambia ancora, sebbene il motore sia già fermo.In questo caso, il terminale superiore del resistore R21 deve essere dissaldato e collegato al collettore del transistor VT4 (indicato da una linea tratteggiata). Anche il terminale inferiore del resistore R49 deve essere dissaldato e collegato al punto di connessione degli elementi R2, C2, VD6 (vedi Fig. 1). La resistenza dei resistori R21 e R49 deve essere aumentata a 20 kOhm. L'efficienza dello stabilizzatore di compensazione può essere aumentata se, al posto di VT8 e VT21, vengono utilizzati transistor con una tensione di saturazione collettore-emettitore inferiore, tenendo conto delle raccomandazioni [4]. Invece di MP37B (VT23), è meglio usare un transistor al germanio con una grande tensione collettore-emettitore consentita, ad esempio GT404V, GT404G. Letteratura
Autore: G. Balashov, Shadrinsk, regione di Kurgan.
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