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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Rectificador de diodo capacitor-zener
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Convertidores de tensión, rectificadores, inversores Las fuentes de alimentación de red de baja potencia sin transformador con condensador de extinción se han generalizado principalmente debido a la simplicidad de su diseño, a pesar de un grave inconveniente (la presencia de una conexión galvánica entre la salida de la fuente de alimentación y la red). El artículo propone mejorar el puente rectificador tradicional de dicho bloque reemplazando dos diodos por diodos zener. Esto le permite reducir la cantidad de dispositivos semiconductores, así como utilizar diodos Zener no solo para estabilizar el voltaje, sino también para rectificarlo.
En los equipos de radio electrónicos modernos se utilizan fuentes de alimentación de red de baja potencia con un condensador de extinción. La fuente de alimentación KVS es superior a las unidades tradicionales de transformador y pulso con entrada sin transformador en términos de simplicidad de diseño y base de elementos utilizados, así como de mantenibilidad. Y, sin embargo, por muy sencilla que sea la fuente de alimentación KVS, también es necesario mejorar su diseño sin reducir las ventajas existentes. Por el contrario, se pueden obtener además una serie de propiedades de rendimiento útiles. La parte de entrada de la fuente de alimentación contiene un condensador de balasto C1 y un puente rectificador que consta de diodos VD1, VD2 y diodos Zener VD3, VD4 (Fig. 2a). El oscilograma del voltaje de salida del diodo-rectificador de diodo Zener se muestra en la Fig. 2b (cuando el voltaje de salida excede el voltaje de estabilización del diodo Zener; de lo contrario, funciona como un diodo normal). Desde el comienzo del semiciclo positivo de la corriente a través del condensador C1 hasta el momento t1 El diodo zener VD3 y el diodo VD2 están abiertos, y el diodo zener VD4 y el diodo VD1 están cerrados. En el intervalo de tiempo t1... t3 El diodo zener VD3 y el diodo VD2 permanecen abiertos y un impulso de corriente de estabilización pasa a través del diodo zener abierto VD4. El voltaje en el diodo zener VD4 es igual a su voltaje de estabilización Uartículo.
La corriente de estabilización de impulsos, que pasa por un rectificador de diodo-zener, evita la carga que está conectada a la salida del puente. en el momento t2 la corriente de estabilización alcanza un máximo, y en el momento t3 igual a cero. Hasta el final del semiciclo positivo, el diodo zener VD3 y el diodo VD2 permanecen abiertos. en el momento t4 El semiciclo positivo termina y comienza el semiciclo negativo, desde el inicio del cual hasta el momento t.5 Ya el diodo zener VD4 y el diodo VD1 están abiertos, y el diodo zener VD3 y el diodo VD2 están cerrados. En el intervalo de tiempo t5... t7 El diodo zener VD4 y el diodo VD1 continúan abiertos y a través del diodo zener VD3 a la tensión Uartículo pasa un pulso de corriente de estabilización, máximo en el tiempo t6. A partir de t7 Hasta que se completa el semiciclo negativo, el diodo zener VD4 y el diodo VD1 permanecen abiertos. Esto completa el ciclo de funcionamiento del rectificador de diodo-diodo Zener y el proceso considerado se repite durante el siguiente período eléctrico en la red. Así, una corriente rectificada pasa a través de los diodos zener VD3, VD4 desde el ánodo al cátodo, y una corriente de estabilización pulsada pasa en la dirección opuesta. En intervalos de tiempo t1... t3 y t5... t7 el valor instantáneo del voltaje de estabilización cambia no más de un pequeño porcentaje. El valor de la corriente alterna en la entrada del puente VD1-VD4 es, en primera aproximación, igual a la relación entre la tensión de red y la capacitancia del condensador de balasto C1. El funcionamiento de un rectificador de diodo Zener sin un elemento de balastro (condensador), que limita el valor de la corriente de paso, es imposible. Funcionalmente, son inseparables y forman un todo único: un rectificador de diodo Zener de condensador (KSV). Para limitar el aumento de corriente a través de los diodos y diodos Zener del puente en el momento de la conexión a la red, se debe conectar una resistencia limitadora de corriente con una resistencia de varias decenas de ohmios en serie con el condensador de balasto y descargar el Condensador después de desconectarse de la red, se debe conectar en paralelo una resistencia con una resistencia de cientos de kOhms. Dispersión de valores Uartículo del mismo tipo de diodos Zener es de aproximadamente el 10%, lo que provoca una fluctuación adicional de la tensión de salida con la frecuencia de la red de suministro. La amplitud del voltaje de ondulación es proporcional a la diferencia en los valores de U.artículo diodos zener VD3, VD4. Para realizar pruebas experimentales, se seleccionó al azar un lote de ocho diodos zener D814B, cuyo voltaje de estabilización se proporciona en la Tabla 1. Tabla 1
Se utilizó el diodo Zener No. 8 para ensamblar el KVS, y un par de diodos Zener No. 6 y No. 7 para ensamblar el KSTV. En KSTV también puedes usar pares de diodos zener No. 1 y No. 2 o No. 3 y No. 4. A la salida del KVS y KSTV se conecta un condensador de filtro de óxido con una capacidad de 2000 μF para una tensión nominal de al menos 10 V. El resultado son fuentes de alimentación funcionalmente completas. Para medir sus parámetros y medir características externas, se conectan a la salida una resistencia de carga e instrumentos de medición: un miliamperímetro y un voltímetro. Los resultados del experimento se dan en la tabla. 2, indican la ventaja de KSTV sobre KVS en términos del nivel de ondulación del voltaje de salida en valores de corriente de carga comparables. Tabla 2
La razón de esto es que en el KSV el condensador de filtro se carga al valor de voltaje Uartículo, descargas en el intervalo de tiempo t3... t5 sólo a través de carga. En el KVS, el condensador se descarga durante este período a través de una carga y un diodo zener conectados en paralelo, que tiene una baja resistencia diferencial. Una disminución en la amplitud del voltaje de ondulación en la salida del KSTV con una disminución en la corriente de carga tiene un efecto positivo en la calidad de funcionamiento del equipo alimentado. Por ejemplo, el nivel de fondo de la tensión de alimentación a la salida de los equipos de reproducción de sonido disminuye durante las pausas del sonido. Influencia de la desigualdad de los valores de Uartículo Los diodos Zener VD3, VD4 en la amplitud de ondulación del voltaje de salida se ilustran mediante los valores entre paréntesis de la Tabla 2, que se obtuvieron reemplazando el diodo Zener No. 7 (VD3) por el No. 1 (ver Tabla 1) . Dado que los valores de voltaje de estabilización de las instancias de diodo Zener difieren en 0.6 V (aproximadamente el 7% de Uartículo), la amplitud de las pulsaciones de voltaje de salida aumentó, pero permaneció menor que la del KVS con corrientes de carga bajas. A la corriente máxima, apareció un componente de 100 Hz en el voltaje de ondulación junto con una frecuencia de 50 Hz. A medida que disminuye la corriente de carga, la amplitud de las pulsaciones también disminuye, la proporción del componente con una frecuencia de 50 Hz aumenta y la proporción del componente con una frecuencia de 100 Hz disminuye. Bajo una carga de no más del 10% de la carga nominal, el componente de 100 Hz está ausente y la frecuencia del voltaje de ondulación es de -50 Hz. Utilizando los valores de la Tabla 2, se calculó la resistencia interna de las fuentes de alimentación: KVS - 7 Ohm, KSV (C1= 0.5 μF) - 10 Ohm, KSV (C1= 1 μF) - 5 Ohm. Aproximadamente los mismos valores de resistencia interna son típicos para una batería compuesta por seis celdas galvánicas nuevas 316 o celdas galvánicas parcialmente descargadas de mayor capacidad. Cuando se utilizan diodos Zener potentes (D815A...D817GP), que tienen un pasador de montaje en el cuerpo, se pueden instalar en un radiador común si en su designación de tipo está presente la letra P. De lo contrario, los diodos y los diodos Zener deben ser intercambiado. La conexión galvánica de la red con la salida de la fuente de alimentación, y por tanto con el equipo alimentado, crea un peligro real de descarga eléctrica. Esto debe recordarse al diseñar e instalar unidades con un rectificador de diodo Zener de condensador. La prevención de lesiones eléctricas es posible mediante el uso de doble aislamiento, así como de un dispositivo de corriente residual automático de alta velocidad [4,5]. Literatura
Autor: Kuznetsov A.; Publicación: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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