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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Stabilizzatore di commutazione compromesso (prezzo / qualità). Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Protettori di sovratensione Gli stabilizzatori di tensione di commutazione (ISN) sono molto popolari tra i radioamatori. Negli ultimi anni, tali dispositivi sono stati costruiti sulla base di microcircuiti specializzati, transistor ad effetto di campo e diodi Schottky. Grazie a ciò, le caratteristiche tecniche dell'ISN sono notevolmente migliorate, soprattutto l'efficienza, che "ha superato" oltre il 90%, semplificando la circuiteria. Tuttavia, il costo delle parti per l'assemblaggio di un tale ISN è aumentato molte volte. L'ISN descritto nell'articolo è il risultato di una ricerca di un compromesso tra indicatori di qualità, complessità e prezzo. L'ISN proposto è costruito secondo lo schema con autoeccitazione. Ha prestazioni e affidabilità sufficientemente elevate, ha protezione contro sovraccarichi e cortocircuiti dell'uscita, nonché contro la comparsa di tensione di ingresso in uscita in caso di guasto di emergenza del transistor di regolazione. Il diagramma schematico dell'ISN è mostrato in fig. 1. La sua base è l'unità organizzativa comune KR140UD608A. A differenza di molti dispositivi con questo scopo, per monitorare la tensione di uscita e la corrente di sovraccarico, viene utilizzato un comune circuito OOS formato dal transistor VT4 e l'induttore L2 (il componente attivo della sua resistenza) viene utilizzato come sensore di corrente, che fa anche parte del filtro LC (L2C3), che riduce l'ondulazione della tensione di uscita. La tensione di uscita è determinata dal diodo zener VD2 e dalla giunzione dell'emettitore del transistor VT4: Uout \u4d Ube VT2 + UVD2, e la corrente di sovraccarico è la resistenza attiva normalizzata dell'induttore L6: lcpa4 \u2d Ube VTXNUMX / RlXNUMX- Tutto ciò ha permesso di semplificare in qualche modo l'ISN, ridurre l'ondulazione della tensione di uscita e aumentare l'efficienza grazie alla combinazione del sensore di corrente con il filtro LC. Lo svantaggio di una tale soluzione circuitale è un'impedenza di uscita alquanto sovrastimata del dispositivo.
Le principali caratteristiche tecniche dell'ISN sono le seguenti (ottenuto utilizzando LATR, un trasformatore step-down ~ 220 / ~ 18 V e un raddrizzatore a onda intera con condensatore di livellamento):
Nel caso di alimentazione da una sorgente CC stabilizzata, il dispositivo rimane operativo quando la tensione di ingresso scende quasi allo stato aperto del transistor VT3. Un'ulteriore diminuzione della tensione di ingresso porta a un'interruzione della generazione, ma VT3 rimane aperto. Se allo stesso tempo si verifica un sovraccarico o un cortocircuito in uscita, la generazione viene ripristinata e lo stabilizzatore inizia a funzionare nella modalità di limitazione della corrente. Questa proprietà ne consente l'utilizzo come fusibile elettronico senza "latch". Lo stabilizzatore funziona come segue. A causa del diverso rapporto tra le resistenze dei resistori divisori R6R7 e R8R9, la tensione all'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale DA1 al momento dell'accensione è maggiore rispetto a quella invertente, quindi viene impostato un livello alto alla sua uscita. I transistor VT1 -VT3 si aprono e i condensatori C2, C3 iniziano a caricarsi e la bobina L1 accumula energia. Dopo che la tensione all'uscita dello stabilizzatore raggiunge un valore corrispondente alla rottura del diodo zener VD2 e all'apertura del transistor VT4, la tensione all'ingresso non invertente dell'amplificatore operazionale DA1 diventa inferiore a quella invertente (a causa dello shunt R9 con il resistore R10) e alla sua uscita viene impostato un livello basso. Di conseguenza, i transistor VT1-VT3 si chiudono, la polarità della tensione ai terminali della bobina L1 cambia bruscamente al contrario, il diodo di commutazione VD1 si apre e l'energia immagazzinata nella bobina L1 e nei condensatori C2, C3 viene trasferita al carico. In questo caso, la tensione di uscita diminuisce, il diodo zener VD2 e il transistor VT4 si chiudono, all'uscita dell'amplificatore operazionale compare un livello alto e il transistor VT3 si riapre, avviando così un nuovo ciclo operativo dello stabilizzatore. Quando la corrente di carico aumenta oltre il valore nominale, la crescente caduta di tensione attraverso la resistenza attiva della bobina L2 inizia ad aprire maggiormente il transistor VT4, la retroazione di corrente diventa predominante e il diodo zener VD2 si chiude. A causa dell'azione dell'OOS, la corrente di uscita si stabilizza e la tensione di uscita e la corrente di ingresso diminuiscono, garantendo così il funzionamento sicuro del transistor VT3. Dopo aver eliminato il sovraccarico o il cortocircuito, il dispositivo ritorna alla modalità di stabilizzazione della tensione. Le caratteristiche corrente-tensione dello stabilizzatore sono mostrate in fig. 2.
Come si può vedere dal diagramma, i transistor VT1 e VT3 formano un transistor composito. Tale progetto di circuito è ottimale se utilizzato come elemento chiave di un transistor bipolare, poiché in questo caso viene fornita una caduta di tensione relativamente piccola attraverso il transistor aperto VT3 a correnti di controllo relativamente basse. In questo caso, il transistor VT1 è saturo, fornendo perdite statiche ottimali del transistor composito, e VT3 non è saturo, fornendo perdite dinamiche ottimali. Un potente transistor della serie KT4 viene utilizzato come sensore di corrente VT817. In linea di principio, qui è anche possibile utilizzare un transistor a bassa potenza più economico, tuttavia, per quelli potenti a basse correnti operative (come in questo caso), la tensione di apertura della giunzione dell'emettitore è solo di circa 0,4 V, mentre per quelli a bassa potenza, ad esempio KT3102, è di circa 0,55 V. Pertanto, con la stessa corrente di attuazione di protezione, la resistenza del resistore di misura nel caso di utilizzo di un transistor potente è inferiore, fornendo così un guadagno nell'efficienza dello stabilizzatore. Nell'ISN descritto, come notato, viene fornita protezione contro la comparsa di tensione di ingresso in uscita durante un guasto del transistor di regolazione VT3. In questo caso, la tensione al diodo zener VD3 diventa superiore a 15 V, la corrente nel circuito di alimentazione aumenta bruscamente e il fusibile FU1 si brucia. Si presume che quest'ultimo si bruci prima che accada con il diodo zener (a causa di sovraccarichi termici). Una simulazione di incidente (cortocircuito dei terminali di collettore ed emettitore VT3) ha mostrato che i diodi zener KS515A (in una custodia metallica) proteggono perfettamente i dispositivi alimentati dall'ISN: quando il fusibile si brucia, essi, guastandosi, rimangono "in un profondo" cortocircuito (non si rompono). Gli stessi risultati sono stati ottenuti durante il test dei diodi zener KS515G, nonché di quelli importati simili (in custodie di plastica). Simili diodi zener nelle custodie di vetro si sono comportati in modo insoddisfacente: sono riusciti a bruciarsi contemporaneamente alla miccia. Nell'ISN è possibile utilizzare qualsiasi transistor della serie indicata nello schema (ad eccezione di KT816A come VT1). Condensatori di ossido C2, C3 - marca straniera SR (analogo approssimativo di K50-35). Nel processo di prototipazione dello stabilizzatore, è stata verificata la possibilità di utilizzare gli amplificatori operazionali KR140UD708, KR140UD8A-KR140UD8V, KR544UD1 A, KR544UD2A, KR544UD2B, KR574UD1A, KR574UD1 B. Allo stesso tempo, la frequenza di conversione, il tipo di processi di commutazione e l'efficienza sono leggermente cambiati. Il sostituto più adatto per KR140UD608 è KR140UD708 (ha lo stesso "pinout"), tuttavia, attenzione: nella pratica dell'autore, questi amplificatori operazionali incontravano una disposizione "inversa" degli ingressi, ovvero l'ingresso non invertente era collegato al pin 2 e l'ingresso invertente era collegato al pin 3!). Il fatto che si tratti dell'OU KR140UD708 è stato indicato dalla marcatura sulla custodia. L'induttore di accumulo L1 è posto in un nucleo magnetico corazzato di due coppe 422 M2000NM con un'intercapedine di circa 0,2 mm formato da due strati di carta autoadesiva. Questo viene fatto nel modo seguente. Da un foglio di carta autoadesiva ritagliate un quadrato leggermente più grande del diametro esterno della coppetta. Dopo aver rimosso lo strato protettivo, la carta viene posizionata con il lato adesivo rivolto verso l'alto su una superficie dura e uniforme (non liscia). Quindi una delle tazze viene posizionata con l'estremità rivolta verso il basso sul braccio e strofinata saldamente contro la carta. Di conseguenza, la carta si attacca all'estremità della tazza a tal punto che non è difficile tagliarne l'eccesso con un bisturi affilato lungo i frammenti del contorno. Allo stesso modo, la guarnizione viene incollata alla seconda coppa. La bobina è avvolta con filo PEL 1,0 su un telaio pieghevole, costituito da un perno lungo 50 ... 100 mm con una filettatura M4 ad entrambe le estremità, due rondelle di guancia restrittive con un diametro di 16 e uno spessore di 0,5 mm, una boccola con un diametro esterno di 10, un interno 5 e una lunghezza di 7,5 mm e due dadi M4. Il telaio è assemblato su un perno (nella sequenza: dado, rondella, manicotto, rondella, dado) e strettamente, da bobina a bobina, la bobina viene avvolta - 20 giri su tre file (7 + 7 + 6). Dopo l'avvolgimento, le sue conclusioni vengono attorcigliate di circa 90 ° (in modo che le spire non si "allarghino") e il telaio viene accuratamente smontato su un lato. Quindi, tenendo le spire, la bobina viene accuratamente rimossa dal telaio e inserita in una delle coppe, i conduttori vengono srotolati e posizionati nelle corrispondenti fessure della coppa. A causa delle proprietà elastiche del filo, la bobina è fissata abbastanza bene nella tazza. Affinché la bobina non "squittisca" alla frequenza di conversione, la coppa con l'avvolgimento viene immersa per qualche tempo in una vasca con vernice nitro, quindi rimossa e la vernice viene lasciata scolare. Dopodiché, si mette la coppa su una vite di serraggio precedentemente inserita nel corrispondente foro della tavola, si infila una seconda coppa e si serra l'insieme così ottenuto con una vite con dado e rondella. Dopo che la vernice si è asciugata, i conduttori della bobina vengono accuratamente puliti, stagnati e saldati ai corrispondenti contatti della scheda. Quindi il resto delle parti viene montato. Il sensore di corrente della bobina L2 è inserito in un circuito magnetico di due coppe Ch14 in ferrite della stessa marca della bobina L1, e la stessa guarnizione dielettrica. Per l'avvolgimento viene utilizzato un filo PEL 0,5 lungo 700 mm, non è necessario impregnarlo di vernice. Questa bobina può anche essere realizzata in modo diverso avvolgendo un filo del diametro e della lunghezza specificati su uno starter DPM-0,6 standard, tuttavia, in questo caso, l'efficienza della soppressione degli impulsi alla frequenza di conversione diminuirà leggermente. Lo stabilizzatore è assemblato su un circuito stampato in fibra di vetro a lamina unilaterale, il cui disegno è mostrato in fig. 3.
Se l'ISN verrà utilizzato alla massima corrente di carico, il transistor VT3 deve essere installato su un dissipatore di calore sotto forma di una piastra di alluminio con un'area di 100 m2 e uno spessore di 1,5 ... 2 mm. Se, tuttavia, è previsto un funzionamento a lungo termine del dispositivo in modalità sorgente di corrente o cortocircuito, sullo stesso dissipatore di calore viene fissato anche un diodo di commutazione VD1 tramite una guarnizione isolante (ad esempio mica). A correnti di carico inferiori a 1 A non è richiesto un dissipatore di calore per il transistor VT3 e il diodo VD1, tuttavia in questo caso la corrente di intervento della protezione deve essere ridotta a 1,2 A sostituendo la bobina L2 con una resistenza C5-16 con una resistenza di 0,33 Ohm e una potenza di 1 W. L'ISN descritto praticamente non ha bisogno di essere regolato. Tuttavia, potrebbe essere necessario chiarire la corrente di intervento della protezione, per la quale il filo della bobina L2 dovrebbe essere preso inizialmente di lunghezza maggiore. Dopo averlo saldato ai corrispondenti contatti della scheda, si accorcia gradualmente fino ad ottenere la corrente di intervento di protezione richiesta, quindi si avvolge la bobina L2 nel modo sopra descritto. Non utilizzare uno stabilizzatore con correnti di carico superiori a 4 A. La limitazione è principalmente correlata alla corrente di impulso massima consentita del collettore del transistor della serie KT805 (8 A a timp < 200 ms a Q=1,5), che, in linea di principio, può avvenire in condizioni sfavorevoli. Autore: A. Moskvin, Ekaterinburg
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