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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Stabilizzatore di tensione su un potente transistor ad effetto di campo. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Protettori di sovratensione L'articolo descrive uno stabilizzatore di tensione analogico per un alimentatore ad alta potenza. L'autore è riuscito a migliorare significativamente i parametri dello stabilizzatore utilizzando un potente transistor ad effetto di campo di commutazione come elemento di potenza. Quando si costruiscono stabilizzatori di tensione ad alta corrente, i radioamatori utilizzano solitamente microcircuiti specializzati della serie 142 e simili, "potenziati" da uno o più transistor bipolari collegati in parallelo. Se per questi scopi viene utilizzato un potente transistor ad effetto di campo di commutazione, sarà possibile assemblare uno stabilizzatore ad alta corrente più semplice. Lo schema di una delle varianti di tale stabilizzatore è mostrato in Fig. 1. Utilizza un potente transistor ad effetto di campo IRLR2905 come transistor di potenza. Sebbene sia progettato per funzionare in modalità di commutazione, in questo stabilizzatore viene utilizzato in modalità lineare. Il transistor ha una resistenza di canale molto bassa nello stato aperto (0,027 Ohm), fornisce una corrente fino a 30 A con una temperatura del case fino a 100 °C, ha un'elevata transconduttanza e richiede solo 2,5...3 V per tensione di controllo al gate [1]. La potenza dissipata dal transistor può raggiungere i 110 W.
Il transistor ad effetto di campo è controllato da un chip stabilizzatore di tensione parallelo KR142EN19 (TL431). Il suo scopo, progettazione e parametri sono descritti in dettaglio nell'articolo [2]. Lo stabilizzatore funziona (Fig. 1) come segue. Quando il trasformatore di rete T1 è collegato alla rete, sul suo avvolgimento secondario appare una tensione alternata di circa 13 V (valore effettivo). Viene raddrizzato dal ponte a diodi VD1 e una tensione costante di circa 16 V viene rilasciata su un condensatore di livellamento ad alta capacità (di solito diverse decine di migliaia di microfarad). Va allo scarico del potente transistor VT1 e attraverso il resistore R1 al gate, aprendo il transistor. Parte della tensione di uscita attraverso il divisore R2R3 viene fornita all'ingresso del microcircuito DA1, chiudendo il circuito OOS. La tensione all'uscita dello stabilizzatore aumenta finché la tensione all'ingresso di controllo del microcircuito DA1 raggiunge la soglia, circa 2,5 V. In questo momento, il microcircuito si apre, abbassando la tensione al gate del potente transistor, cioè parzialmente chiudendolo e il dispositivo entra in modalità di stabilizzazione. Il condensatore C3 accelera l'uscita dello stabilizzatore in modalità operativa. Il valore della tensione di uscita può essere impostato nell'intervallo da 2,5 a 30 V selezionando la resistenza R2; il suo valore può variare entro ampi limiti. I condensatori C1, C2 e C4 assicurano un funzionamento stabile dello stabilizzatore. Per la versione descritta dello stabilizzatore, la caduta di tensione minima sul transistor di potenza di regolazione VT1 è di 2,5...3 V, sebbene potenzialmente questo transistor possa funzionare con una tensione drain-source prossima allo zero. Questo inconveniente è dovuto al fatto che la tensione di controllo al gate proviene dal circuito di drain, quindi, con una caduta di tensione inferiore ai suoi capi, il transistor non si aprirà, perché deve esserci una tensione positiva al gate di un transistor aperto rispetto alla fonte. Per ridurre la caduta di tensione sul transistor di controllo, è consigliabile alimentare il suo circuito di gate da un raddrizzatore separato con una tensione di 5...7 V superiore alla tensione di uscita dello stabilizzatore. Se non è possibile realizzare un raddrizzatore aggiuntivo, è possibile inserire un diodo e un condensatore aggiuntivi nel dispositivo (Fig. 2).
L'effetto di una modifica così semplice può essere eccezionale. Il fatto è che la tensione fornita allo scarico del transistor è pulsante e presenta una componente variabile significativa, che aumenta all'aumentare del consumo di corrente. Grazie al diodo VD2 e al condensatore C5, la tensione di gate sarà approssimativamente uguale al valore pulsante di picco, ad es. potrebbe essere qualche volt in più rispetto alla media o al minimo. Pertanto, lo stabilizzatore funziona con una tensione drain-source media inferiore. I migliori risultati si ottengono se il diodo VD2 è collegato ad un ponte raddrizzatore (Fig. 3).
In questo caso, la tensione sul condensatore C5 aumenterà, poiché la caduta di tensione sul diodo VD2 sarà inferiore alla caduta di tensione sui diodi del ponte, specialmente alla corrente massima. Se è necessario regolare gradualmente la tensione di uscita, il resistore costante R2 deve essere sostituito con un resistore variabile o di regolazione. Il valore della tensione di uscita può essere determinato dalla formula Uout = 2,5(1+R2/R3). È consentito utilizzare nel dispositivo un transistor adatto dall'elenco nel foglio di riferimento sopra, preferibilmente evidenziato in giallo. Se si utilizza, ad esempio, IRF840, il valore minimo della tensione di controllo al gate sarà 4,5...5 V. I condensatori sono al tantalio di piccole dimensioni, i resistori sono MLT, S2-33, P1-4. Diodo VD2 - raddrizzatore con bassa caduta di tensione (germanio, diodo Schottky). I parametri del trasformatore, del ponte a diodi e del condensatore C1 sono selezionati in base alla tensione e alla corrente di uscita richieste. Sebbene il transistor sia progettato per correnti elevate e dissipazione di potenza elevata, per realizzare tutte le sue capacità è necessario garantire un'efficace dissipazione del calore. Il transistor utilizzato è destinato all'installazione su un radiatore mediante saldatura. In questo caso è consigliabile utilizzare una piastra intermedia di rame spessa diversi millimetri, alla quale è saldato il transistor e sulla quale è possibile installare le restanti parti (Fig. 4). Successivamente, al termine dell'installazione, è possibile posizionare la piastra sul radiatore. In questo caso non è più necessaria la saldatura, poiché la piastra avrà un'ampia zona di contatto termico con il radiatore.
Se si utilizza un microcircuito DA1 del tipo TL431C, resistori del tipo P1-12 e corrispondenti condensatori a chip per il montaggio superficiale, è possibile posizionarli su un circuito stampato (Fig. 5) in fibra di vetro a un lato. La scheda è saldata ai terminali del transistor e incollata con colla alla suddetta piastra di rame. Come tale piastra, è possibile utilizzare, ad esempio, un alloggiamento con una flangia di un transistor bipolare ad alta potenza danneggiato, ad esempio KT827, utilizzando il montaggio a cerniera.
Stabilire uno stabilizzatore si riduce all'impostazione del valore richiesto della tensione di uscita. È necessario controllare il dispositivo per l'assenza di autoeccitazione nell'intero intervallo di correnti operative. Per questo, le tensioni in vari punti del dispositivo vengono monitorate utilizzando un oscilloscopio. Se si verifica l'autoeccitazione, in parallelo con i condensatori C1, C2 e C4, devono essere collegati condensatori ceramici con una capacità di 0,1 μF con cavi di lunghezza minima. Questi condensatori sono posizionati il più vicino possibile al transistor VT1 e al chip DA1. Letteratura
Autore: I. Nechaev, Kursk
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