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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Ci proteggiamo... con l'alimentazione. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Protezione delle apparecchiature dal funzionamento di emergenza della rete, gruppi di continuità Quando si utilizzano apparecchiature da una rete CA, si verificano molte situazioni in cui l'alimentazione non riesce a "distruggere la vita del resto dell'apparecchiatura". Passiamo al circuito di alimentazione (PSU) mostrato in fig. uno.
La corrente alternata con una tensione di 220 V scorre nel circuito dell'avvolgimento primario del trasformatore T1 attraverso i contatti chiusi dell'interruttore di rete SA1 e del fusibile FU1, che protegge l'alimentazione dalla completa distruzione in caso di guasto del trasformatore T1. Il filtro di potenza C5-L1-L2-C6 non consente interferenze dalla rete all'apparecchiatura e viceversa alla rete - interferenze che si verificano durante il funzionamento dell'apparecchiatura radio alimentata. Un raddrizzatore e un filtro capacitivo sono collegati all'avvolgimento secondario T1, i cui condensatori hanno una grande capacità con correnti operative elevate (C9 -100000 μF). Quando vengono caricati al momento dell'accensione, si verifica un impulso di corrente molto grande, che non solo può bruciare il fusibile FU1, ma anche sfondare i diodi raddrizzatori (VD2, VD3), che porteranno alla corrente alternata che li attraversa fino al condensatori di filtro, riscaldando questi ultimi e provocando un'esplosione. Per evitare ciò, è necessario limitare la corrente di spunto dell'alimentatore collegando in serie all'avvolgimento primario T1 la resistenza R7, che dopo alcuni secondi viene cortocircuitata utilizzando i contatti del relè K1.1, progettati (per affidabilità) per un corrente di 5...10 A. Il tempo di ritardo per l'accensione dell'alimentatore è determinato dalla resistenza R11 e dalla capacità C11. Subito dopo l'accensione C11 bypassa l'avvolgimento del relè K1 impedendone il funzionamento. Man mano che C11 si carica, la tensione su di esso aumenta e quando raggiunge la tensione di risposta del relè K1, quest'ultimo si accende e con i contatti K1.1 cortocircuita R7, fornendo corrente operativa nell'avvolgimento primario del trasformatore T1. Il diodo VD7 è progettato per sopprimere i picchi di tensione sull'avvolgimento del relè quando viene attivato. È molto conveniente utilizzare i ponti a diodi nei raddrizzatori CA, soprattutto perché sono prodotti in un design a blocchi e sono facili da installare. Tuttavia, all'aumentare della corrente fornita dall'alimentatore al carico, si verifica il problema del “abbassamento* della tensione di alimentazione sotto carico, che in un circuito a ponte aumenta a causa di due diodi collegati in serie (la caduta di tensione totale ai loro capi è fino a 1.4 V per diodi al silicio o fino a 0,8 V per diodi a barriera al germanio e Schottky). Modificando il raddrizzatore da ponte a circuito con punto medio, si ottiene una caduta di tensione di circa 0,7 V per i diodi al silicio e di 0,3...0,4 V per i diodi al germanio e Schottky. L'uso dei diodi Schottky è giustificato anche perché dissipano meno potenza, e questo riduce le dimensioni dei radiatori su cui sono installati i diodi ad alte correnti raddrizzate. Avvolgere l'avvolgimento secondario di un trasformatore di potenza diventa più conveniente, poiché il diametro del filo di avvolgimento diminuisce (la corrente che scorre in ciascuna metà dell'avvolgimento è vene metà della corrente totale all'uscita del raddrizzatore). È vero, dovrai avvolgere il doppio dei giri, ma per una bassa tensione di uscita questo non è troppo difficile, poiché i giri sono pochi. Nei raddrizzatori ad alta tensione è più consigliabile utilizzare ponti raddrizzatori. Un condensatore (C7, C8) è collegato in parallelo a ciascun diodo raddrizzatore. Questi condensatori proteggono l'alimentazione dal cosiddetto fondo “moltiplicativo”, quando i diodi raddrizzatori reagiscono alle interferenze RF provenienti dalla rete come antenne. Per il funzionamento del transistor di regolazione dello stabilizzatore lineare in serie dopo il filtro, è richiesta una certa differenza minima di tensione collettore-emettitore per i transistor bipolari (BT) o drain-source per i transistor ad effetto di campo (FET), alla quale continuano a funzionare . Nel caso di BT potenti, questo è 3...5 V, e per PT potenti - 0,5...3 V. Ne consegue che con una corrente di carico massima di 30 A e una tensione di uscita dello stabilizzatore di 13,8 V, la tensione alla sorgente del transistor VT2 non deve scendere sotto 13,8+0,5=14,3 (V). In questo modo, è possibile selezionare la capacità minima richiesta C9 nell'alimentatore finito caricando la sua uscita con la corrente massima (ad esempio 30 A) e misurando la caduta di tensione attraverso il transistor di controllo. La fornitura di questa tensione, ovviamente, non danneggerà nel senso di compensare una diminuzione della tensione di rete, ma è irta di un aumento della potenza dissipata dal transistor VT2, che porterà alla necessità di aumentare la potenza dimensione del radiatore su cui è installato questo transistor. Infatti, con una corrente di 30 A e una caduta di tensione di 0,5 V, su VT2 si dissipano 0,5-30 = 15 (W), e con la stessa corrente, ma una caduta di tensione di 3 V - 3 30 = 90 (W) . La differenza è piuttosto significativa! Lo schema dello stabilizzatore descritto (senza protezioni) è preso in prestito da [1] (ulteriori dettagli continuano le designazioni dell'originale). Le caratteristiche di alta qualità di questo stabilizzatore sono dovute all'uso di un potente transistor ad effetto di campo a canale P IRL2505. Per aumentare il coefficiente di stabilizzazione, l'alimentatore utilizza un "diodo zener regolabile" - il microcircuito TL431 (analogico domestico - KR142EN19). Questo microcircuito è prodotto nel pacchetto TO-92 (Fig. 2). La struttura interna dell'IC è mostrata in Fig. 3, e i parametri massimi ammessi sono riportati nella tabella. Le caratteristiche di regolazione del TL431 sono illustrate dal grafico in Fig. 4.
Il transistor VT1 nell'alimentatore (Fig. 1) è un transistor di adattamento, il diodo zener VD1 stabilizza la tensione nel suo circuito di base. La tensione di uscita dello stabilizzatore può essere calcolata utilizzando la formula: Uout=2.5(1+R5/R6) Lo stabilizzatore funziona come segue. Diciamo che quando si collega un carico, la tensione di uscita dello stabilizzatore diminuisce. Quindi diminuirà anche la tensione nel punto medio del divisore R5-R6. Chip DA1. come stabilizzatore parallelo, consumerà meno corrente e la caduta di tensione sul suo carico (resistore R2) diminuirà. Questo resistore si trova nel bersaglio dell'emettitore del transistor VT1, quindi, con una tensione stabilizzata alla base di VT1, il transistor si chiuderà, garantendo un aumento della tensione al gate del transistor di regolazione VT2, che si aprirà più fortemente e compensare la caduta di tensione all'uscita dell'alimentatore. Il resistore R6 imposta la tensione di uscita. Diodo Zener VD6 collegato tra la sorgente e il gate VT2. serve a proteggere il PT dal superamento della tensione gate-source consentita ed è un elemento obbligatorio negli stabilizzatori con tensione di ingresso maggiore (da 15 V e superiore). Uno stabilizzatore va bene per tutti, ma cosa succede se la corrente di carico supera il valore limite per il transistor di regolazione (si verifica un cortocircuito)? Obbedendo all'algoritmo del suo funzionamento, VT2 si aprirà completamente e poi fallirà a causa del surriscaldamento del canale. Per limitare la corrente massima attraverso il PT, è possibile selezionare la modalità operativa del transistor VT1. Ma è ancora più sicuro usare una protezione speciale. Ad esempio, su un fotoaccoppiatore, come descritto in [2]. Questa protezione è presentata in una forma leggermente modificata nella proposta BP. Lo stabilizzatore parametrico sul diodo zener VD4 fornisce una tensione di 6,2 8. Per una maggiore stabilità di questa tensione, utilizzando il resistore di carico R8, il punto operativo di VD4 viene avvicinato al centro della sua caratteristica (IVD410 mA). Il rumore del diodo zener è bloccato dal condensatore SY. La tensione di uscita dello stabilizzatore viene confrontata con la tensione di riferimento risultante attraverso la catena: fotoaccoppiatore LED VU 1 - diodo VD5-resistenza di limitazione R10. Mentre la tensione di uscita dello stabilizzatore è superiore (più negativa) rispetto alla tensione di riferimento, il diodo VD5 è bloccato e nessuna corrente scorre attraverso il LED. Se i terminali di uscita sono cortocircuitati sul terminale destro (secondo lo schema) del resistore R10, la tensione negativa scomparirà, il diodo di riferimento VD5 si aprirà, il LED dell'accoppiatore ottico si accenderà e il fototriac dell'accoppiatore ottico funzionerà, il che chiuderà il cancello VT2 con la sorgente e il transistor si chiuderà. La corrente di uscita dello stabilizzatore si fermerà. Per mettere l'alimentatore in modalità operativa, spegnerlo utilizzando l'interruttore di rete SA1. eliminare il cortocircuito e riaccendere. La protezione ritorna al suo stato originale. L'uso di tali stabilizzatori sul PT rende superfluo un circuito di protezione contro le sovratensioni derivanti dalla rottura del transistor di controllo, poiché qui questa tensione aumenterà solo di 0.5... 1 V. Per apparecchiature più critiche, possiamo proporre un "hard" circuito limitatore, chiamato in Occidente limitatore “duro”, “crow bar”. Il principio di protezione quando viene superata la tensione di soglia impostata all'uscita dello stabilizzatore consiste nel bruciare un fusibile collegato in serie al carico utilizzando un potente tiristore. Se lo si desidera, tale protezione può essere introdotta in altri stabilizzatori. Lo stabilizzatore è posizionato su un circuito stampato di dimensioni 52x55 mm. Il disegno della scheda è mostrato in Fig. 5, e la disposizione degli elementi è in Fig. 6. Nella fig. 1 questo nodo è cerchiato con una linea tratteggiata. Il pannello è realizzato in fibra di vetro a doppia faccia con uno spessore di 1...1.5 mm. La lamina sul lato inferiore della scheda è collegata al bus negativo dello stabilizzatore. I conduttori liberi del fotoaccoppiatore VU1 non devono essere saldati. È possibile montare parti di protezione aggiuntive utilizzando il montaggio a cerniera, utilizzando, ad esempio, pezzi di pellicola in fibra di vetro incollati al radiatore VT2 come supporti. Come K1 nell'alimentatore, è possibile utilizzare un relè RES9 con avvolgimento da 12 V, collegando i suoi gruppi di contatti in parallelo. Il filtro contro le sovratensioni è costituito da due condensatori con una capacità di 0,01 μF per una tensione operativa di 630 V e due bobine collegate tra loro. Le bobine sono avvolte con un cavo di alimentazione piatto su un'asta di ferrite con un diametro di 8...10 mm e una lunghezza di 140...160 mm dall'antenna magnetica della radio. Lo stesso avvolgimento simultaneo di bobine su un anello di ferrite con una permeabilità di 2000...10000 e un diametro di 32...60 mm fino al riempimento possibile. Il trasformatore per tale alimentatore deve avere una potenza complessiva Pr di circa 500 W. In effetti, facciamo i conti. La tensione di uscita dello stabilizzatore è 13.8 V, la corrente massima è 30 A. La caduta di tensione sul transistor di controllo, sui diodi e sui cavi di collegamento sarà pari a circa 1 V. La potenza sull'avvolgimento secondario del trasformatore T1 P sarà: P = (13.8 + 1) 30 = 444 ( W) Consideriamo le perdite dovute all'inversione di magnetizzazione del nucleo T1 - 10%. o 44,4 W. Allora Pg=444+44.4=488,4 (L). Lasceremo il resto /P, fino a 500 W, come riserva per il consumo proprio dell’alimentatore. La sezione trasversale del nucleo S, ad esempio, per un nucleo T1 a forma di W, sarà: S=(P)1/2=22,4 (cm2). La corrente nell'avvolgimento primario sarà 500/220 = 2.27 (A). Diametro filo avvolgimento primario: d1=0.8(I)1/2= 0.8-1,5= 1,2 (mm). Allo stesso modo, calcoliamo il diametro del filo dell'avvolgimento secondario, tenendo conto che in un circuito di rettifica con un punto medio, la corrente nei semiavvolgimenti secondari è la metà (non 30, ma 15 A). , anche per le “proprie esigenze” di alimentazione. e supponiamo che negli avvolgimenti secondari “cammini” una corrente di 16 A. Ciò significa che il diametro del filo è: d2 = 0.8(16)1/2 = 3.2(MM). L'utilizzo di fili di sezione inferiore porterà ad un aumento della caduta di tensione all'ingresso dello stabilizzatore, che non consentirà di ottenere la corrente massima dall'alimentatore. per il quale è stato progettato. Anche calcolare il numero di spire del trasformatore per il nostro caso non è difficile. Numero di spire negli avvolgimenti T1 a 1 V - w1: w1 = 50/S = 50/22,36 = 2.24. Numero di giri di avvolgimento I -W1: W1=w1Ui= 2.24-220= 493 (giro), avvolgimenti 2 (avvolgimenti secondari identici - due) - W2: W2 \u1d w2U2,24 \u14,8d 33-XNUMX \uXNUMXd XNUMX (turno). Per migliorare i parametri di alimentazione, dopo aver avvolto gli avvolgimenti secondari, è necessario bilanciare le tensioni di uscita T1 in modo che entrambe le metà dell'avvolgimento secondario forniscano esattamente le stesse tensioni. Prima di assemblare l'alimentatore, assicurarsi di controllare le caratteristiche nominali di tutte le parti e la loro funzionalità. Parallelamente a tutti i condensatori all'ossido, i condensatori non polari con una capacità di 0,1 ... 0,22 μF devono essere saldati direttamente ai loro terminali. Quando si utilizza l'alimentatore come laboratorio, è più conveniente visualizzare l'asse R6 sul pannello frontale del dispositivo e anche dotare l'alimentatore di teste di misura per misurare tensione e corrente. L'aspetto del mio blocco è mostrato in Fig. 7. Quando si lavora con apparecchiature di trasmissione radio, è necessario evitare interferenze con le parti e i cavi dello stabilizzatore. Si consiglia di inserire ai terminali di uscita dell'alimentatore un filtro simile al filtro di rete (Fig. 1), con l'unica differenza che le bobine devono essere avvolte su un anello di ferrite o un tubo di ferrite, utilizzato nei vecchi monitor e televisori di fabbricazione estera e contengono solo 2-3 giri di filo isolato di grande sezione e i condensatori sono progettati per una tensione operativa inferiore. Fonti di informazione
Autore: V.Besedin, UA9LAQ, Tyumen
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