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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Fuente de alimentación de red de 5 voltios 6 amperios con altos parámetros específicos. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación El artículo que se llama la atención de los lectores describe un convertidor de pulso para alimentar dispositivos electrónicos con un voltaje de 5 V desde una red de corriente alterna. El convertidor no contiene elementos escasos y costosos, es fácil de fabricar y ajustar. La fuente de alimentación está equipada con protección contra sobretensiones de salida y sobrecorriente con retorno automático al modo de funcionamiento después de su eliminación. Principales parámetros técnicos tipo="disco">En la fig. 1 muestra un diagrama del dispositivo. La unidad de control implementa el principio de ancho de pulso de estabilización de voltaje de salida. En los elementos DD1.1, DD1.2, se fabrica un oscilador maestro que opera a una frecuencia de aproximadamente 100 kHz con un ciclo de trabajo cercano a dos. Los pulsos con una duración de aproximadamente 5 μs a través del condensador C11 se alimentan a la entrada del elemento DD1.3 y luego se amplifican por la corriente de los elementos DD1.4-DD1.6 conectados en paralelo. Para estabilizar el voltaje de salida de la fuente de alimentación, la duración del pulso se reduce durante la regulación. El transistor VT1 "acorta" los pulsos. Al abrir cada período de operación del generador, establece forzosamente un nivel bajo en la entrada del elemento DD1.3. Este estado se mantiene hasta el final del siguiente período por un condensador C11 descargado.
En los transistores VT2, VT3, se fabrica un potente amplificador de corriente que proporciona una conmutación forzada del transistor de conmutación VT4. Los diagramas de voltaje en los elementos principales de la fuente de alimentación durante su arranque se muestran en la fig. 2. Cuando el transistor VT4 está abierto, la corriente que lo atraviesa y el devanado I del transformador T1 aumentan linealmente (Fig. 2,6). El voltaje de pulso del sensor de corriente R11 a través de la resistencia R7 se suministra a la base del transistor VT1. Para evitar la falsa apertura del transistor, el capacitor C12 suaviza los picos de corriente. Durante los primeros períodos después del arranque, el voltaje instantáneo en la base del transistor VT1 permanece menor que el voltaje de apertura U6e abierto * 0,7 V (Fig. 2, c). Tan pronto como el voltaje instantáneo durante el próximo período alcance el umbral de 0,7 V, el transistor VT1 se abrirá, lo que, a su vez, conducirá al cierre del transistor de conmutación VT4. Así, la corriente en el devanado I, y por tanto en la carga, no puede exceder un cierto valor predeterminado por la resistencia de la resistencia R11. Esto asegura que la fuente de alimentación esté protegida contra sobrecorriente. La fase de los devanados del transformador T1 se establece de tal manera que durante el estado abierto del transistor VT4, los diodos VD7 y VD9 están cerrados por voltaje inverso. Cuando el transistor de conmutación se cierra, el voltaje en todos los devanados cambia de signo y aumenta hasta que estos diodos se abren. Luego, la energía acumulada durante el pulso en el campo magnético del transformador T1 se dirige a cargar los condensadores del filtro de salida C15-C17 y el condensador C9. Tenga en cuenta que dado que las fases de los devanados II y III coinciden, el voltaje a través del capacitor C9 en el modo de estabilización de voltaje de salida también se estabiliza independientemente del valor del voltaje de entrada de la fuente de alimentación. El elemento regulador de la fuente de alimentación es un microcircuito DA2 KR142EN19A. Cuando el voltaje en el pin de control 1 del microcircuito alcanza los 2,5 V, una corriente comienza a fluir a través de él y del diodo emisor del optoacoplador, aumentando al aumentar el voltaje de salida. El fototransistor del optoacoplador se abre y la corriente que fluye a través de las resistencias R5, R7 y R11 crea una caída de voltaje a través de ellas, que también aumenta al aumentar el voltaje de salida. El voltaje instantáneo en la base del transistor VT1, igual a la suma de la caída de voltaje a través de la resistencia R7 y el sensor de corriente R11, no puede exceder 0,7 V. Por lo tanto, a medida que aumenta la corriente del fototransistor del optoacoplador, el voltaje constante a través de la resistencia R7 aumenta y la amplitud del componente de pulso en la resistencia R11 disminuye, lo que, a su vez, ocurre solo debido a una disminución en la duración del estado abierto del transistor de conmutación VT4. Si la duración del pulso disminuye, entonces también se reduce la "porción" de energía bombeada en cada período por el transformador T1 a la carga.
Así, si la tensión de salida de la fuente de alimentación es inferior al valor nominal, por ejemplo, durante su arranque, la duración del pulso y la energía transferida a la salida son máximas. Cuando el voltaje de salida alcance el nivel nominal, aparecerá una señal de retroalimentación, como resultado de lo cual la duración del pulso disminuirá a un valor en el que se estabiliza el voltaje de salida. Si por alguna razón aumenta el voltaje de salida, por ejemplo, cuando la corriente de carga disminuye repentinamente, la señal de retroalimentación también aumenta y la duración del pulso disminuye hasta cero y el voltaje de salida de la fuente de alimentación vuelve al valor nominal. En el chip DA1, se realiza el nodo de inicio del convertidor. Su función es bloquear el funcionamiento de la unidad de control si la tensión de alimentación es inferior a 7,3 V. Esta circunstancia se debe a que el interruptor, el transistor de efecto de campo IRFBE20, no abre completamente cuando la tensión de puerta es inferior a 7 V. El nodo de lanzamiento funciona de la siguiente manera. Cuando se enciende la fuente de alimentación, el condensador C9 comienza a cargarse a través de la resistencia R8. Mientras que el voltaje a través del capacitor es de unos pocos voltios, la salida (pin 3) del chip DA1 se mantiene baja y la operación de la unidad de control se bloquea. En este momento, el chip DA1 en el pin 1 consume una corriente de 0,2 mA y la caída de tensión en la resistencia R1 es de unos 3 V. Después de unos 0,15 ... 0,25 s, la tensión en el condensador alcanzará los 10 V, momento en el que el voltaje en el pin 1 del chip DA1 es igual al valor umbral (7,3 V). En su salida aparece un nivel alto que permite el funcionamiento del oscilador maestro y de la unidad de control. El convertidor se pone en marcha. En este momento, la unidad de control es alimentada por la energía almacenada en el capacitor C9. El voltaje en la salida del convertidor comenzará a aumentar, lo que significa que también aumentará en el devanado II durante la pausa. Cuando sea mayor que el voltaje a través del capacitor C9, el diodo VD7 se abrirá y el capacitor continuará recargándose cada período desde el devanado auxiliar II. Aquí, sin embargo, conviene prestar atención a una característica importante de la fuente de alimentación. La corriente de carga del condensador a través de la resistencia R8, dependiendo del voltaje de entrada de la fuente de alimentación, es de 1...1.5 mA, y el consumo de la unidad de control durante el funcionamiento es de 10... 12 mA. Esto significa que durante el arranque, el condensador C9 se descarga. Si su voltaje disminuye al nivel umbral del chip DA1, la unidad de control se apagará y, como en el estado apagado no consume más de 0,3 mA, el voltaje en el condensador C9 aumentará hasta que se vuelva a encender. Esto sucede durante una sobrecarga o durante una carga capacitiva grande, cuando el voltaje de salida no tiene tiempo de aumentar al valor nominal durante el tiempo de inicio de 20...30 ms. En este caso, es necesario aumentar la capacitancia del condensador C9. Por cierto, esta característica del funcionamiento de la centralita permite que la fuente de alimentación esté en modo sobrecarga por tiempo ilimitado, ya que en este caso funciona en modo pulsante, y el tiempo de funcionamiento (arranque) es 8. .. 10 veces menos que el tiempo en estado no laborable. ¡Los elementos de conmutación ni siquiera se calientan! Otra característica de la fuente de alimentación es la protección de la carga contra sobretensiones, que ocurre, por ejemplo, cuando falla cualquier elemento del circuito de retroalimentación. En el modo de funcionamiento, la tensión en el condensador C9 es de aproximadamente 10 V y el diodo zener VO1 está cerrado. En caso de rotura del circuito de retroalimentación, la tensión de salida aumenta por encima del valor nominal. Pero junto con esto, el voltaje en el condensador C9 aumenta y, a un valor de aproximadamente 13 V, se abre el diodo zener VD1. El proceso dura 50...500 ms, durante los cuales la corriente a través del diodo zener aumenta gradualmente, superando muchas veces su valor máximo. En este caso, el cristal del elemento se calienta y se funde: el diodo zener prácticamente se convierte en un puente con una resistencia de varias a varias decenas de ohmios. El voltaje en el condensador C9 disminuye a valores insuficientes para encender la unidad de control. El voltaje de salida, habiendo recibido un aumento de 1,3...1,8 veces dependiendo de la corriente de carga, disminuye a cero. Se realiza un filtro adicional en los elementos L2C19, que reduce la amplitud de las ondas de voltaje de salida. Para reducir la penetración de interferencias de alta frecuencia en la red, se instala un filtro C1-C3L1C4-C7 en la entrada, que también suaviza la corriente pulsada consumida durante el funcionamiento a una frecuencia de 100 Hz. El termistor RK1 (TP-10) tiene una resistencia relativamente alta en estado frío, lo que limita la corriente de arranque del convertidor cuando se enciende y protege los diodos rectificadores. Durante el funcionamiento, el termistor se calienta, su resistencia disminuye varias veces y prácticamente no afecta la eficiencia de la fuente de alimentación. Cuando el transistor VT4 está cerrado, aparece un pulso de voltaje en el devanado I del transformador T1 (en la Fig. 2, d se muestra con una línea de puntos en los primeros tres períodos del voltaje UcVT4). cuya amplitud está determinada por la inductancia de fuga. Para reducirlo, se instala un circuito VD8R9C14 en el convertidor. Elimina el riesgo de ruptura del transistor de conmutación y reduce los requisitos de voltaje máximo en su drenaje, lo que aumenta la confiabilidad del convertidor en su conjunto. La fuente de energía se fabrica principalmente con elementos estándar nacionales e importados, a excepción de los productos de bobinado. Los chokes L1 y L2 están enrollados sobre anillos K10x6x4,5 de aleación permanente MP 140. Los núcleos magnéticos se aíslan primero con una capa de tela barnizada. Cada devanado se enrolla con alambre PETV 0,35 vueltas por vuelta en dos capas en su mitad del anillo, y debe haber un espacio de al menos 1 mm entre los devanados del inductor L1. Los devanados del inductor L1 contienen 26 vueltas y los del inductor L2, siete vueltas, pero con ocho conductores cada uno. Los estranguladores para heridas se impregnan con cola BF-2 y se secan a una temperatura de aproximadamente 60°C. El transformador es la parte principal y más importante de la fuente de alimentación. La calidad de su fabricación depende de la confiabilidad y estabilidad del convertidor, sus características dinámicas y su funcionamiento en modo inactivo y de sobrecarga. El transformador está realizado sobre un anillo K17x10x6,5 de permalloy MP140. Antes de enrollar, el núcleo magnético se aísla con dos capas de tela barnizada. El cable se coloca firmemente, pero sin tensión. Cada capa del devanado se recubre con pegamento BF-2 y luego se envuelve con tela barnizada. Primero se enrolla el devanado I. Contiene 228 vueltas de alambre PETV 0,2 ... 0,25, enrolladas vuelta a vuelta en dos capas, entre las cuales se coloca una capa de tela barnizada. El devanado está aislado con dos capas de tela barnizada. El devanado III se enrolla a continuación. Contiene siete vueltas de cable PETV 0,5 en seis conductores distribuidos uniformemente por el perímetro del anillo. Se coloca una capa de tela barnizada encima. Y finalmente, el devanado II se enrolla en último lugar, contiene 13 vueltas de cable PETV 0,15 ... 0,2 en dos conductores, que se coloca uniformemente alrededor del perímetro del anillo con alguna interferencia para ajustarse firmemente al devanado III. Después de eso, el transformador terminado se envuelve con dos capas de tela barnizada, se recubre por fuera con pegamento BF-2 y se seca a una temperatura de 60 ° C. En lugar del transistor VT4, puede usar otro con un voltaje de drenaje permitido de al menos 800 V y una corriente máxima de 3 ... 5 A, por ejemplo, BUZ80A, KP786A, y en lugar del diodo VD8, cualquier diodo de alta velocidad con un voltaje inverso permitido de al menos 800 V y una corriente de 1 ... 3 A, por ejemplo, FR106. La fuente de alimentación está realizada en un tablero con unas dimensiones de 95x50 mm y un espesor de 1,5 mm. Hay seis orificios en las esquinas de la placa y en el medio de los lados largos, a través de los cuales se atornilla la placa al disipador de calor. En un lado de la placa, un transistor VT4 y un diodo VD9 están soldados con bridas hacia afuera, y en el otro lado, están instaladas las partes restantes. Para reducir el tamaño de la placa, todos los elementos, excepto los condensadores C8, C9, el microcircuito DD1, la resistencia R9, el transformador y el optoacoplador, se instalan verticalmente de modo que su altura máxima sobre la placa no supere los 20 mm. El disipador de calor está conectado al punto común de los condensadores C1 y C2. En este caso, es mejor conectar la fuente de alimentación a un enchufe de tres clavijas con conexión a tierra. Estas medidas pueden reducir significativamente el ruido emitido por el convertidor. El disipador de calor del convertidor es un soporte en forma de U de 95 mm de largo, 60 mm de ancho y 30 mm de alto, doblado en lámina de aluminio con un espesor de al menos 2 mm. El convertidor se instala en la "parte inferior" de este "canal" con las bridas metálicas de los elementos VT4 y VD9 hacia abajo y atraídos con tornillos M0,05 a través de los agujeros en el tablero. Las bridas están preaisladas con juntas conductoras de calor, por ejemplo, de Noma-con, Bergquist o, en casos extremos, con mica de XNUMX mm de espesor. Así, estructuralmente, el transductor está, por así decirlo, en una carcasa de metal que lo protege del impacto mecánico. Para aumentar la confiabilidad, es conveniente cubrir la placa del convertidor con 2 o 3 capas de barniz para eliminar la posibilidad de averías en condiciones de alta humedad ambiental. Si todos los elementos de la fuente de alimentación están en buen estado, correctamente fabricados y conectados de acuerdo con el esquema, no es difícil de establecer. Un osciloscopio está conectado en paralelo con la resistencia R10. Una fuente de alimentación de laboratorio, por ejemplo, B9-5, con una corriente máxima de no más de 45 ... 15 mA está conectada al condensador C17 en la polaridad adecuada, y el voltaje comienza a aumentar lentamente, comenzando desde cero. A un voltaje de 9,5 ... 10,5 V, se establece un voltaje de unidad lógica en la salida del microcircuito DA1, el oscilador maestro se enciende y deben aparecer pulsos rectangulares con una frecuencia de aproximadamente 100 kHz y un ciclo de trabajo de aproximadamente 2 la pantalla del osciloscopio (Fig. 2, a). Además, no se debe aumentar el voltaje, porque a un valor de aproximadamente 13 V, el diodo zener VD1 puede abrirse. La corriente consumida por la unidad de control no debe exceder el máximo especificado. Si ahora reducimos la tensión de alimentación, a 7,2...7,6 V, la generación desaparecerá. Esto significa que la unidad de control del convertidor está funcionando correctamente. A continuación, se conecta una carga con una resistencia de 4 ... 5 ohmios y una potencia de 10 ... 15 W a la salida del convertidor, y se suministra voltaje a la entrada desde la segunda fuente de alimentación de laboratorio B5-49, y con la unidad de control en marcha, el voltaje de entrada comienza a aumentar. Primero, configúrelo en un nivel de 7 ... 10 V y verifique con un osciloscopio que los devanados del transformador T1 estén conectados correctamente. Además, controlan la forma del voltaje en el drenaje del transistor VT4 (Fig. 2,d) y verifican el voltaje en la salida del convertidor con un voltímetro. Con un voltaje de entrada de 150 ... 170 V, el voltaje de salida alcanza los 5 V y se estabiliza. Después de eso, la fuente de alimentación de la unidad de control se apaga y continúa funcionando en una entrada. Un aumento adicional en el voltaje de entrada debe conducir a una disminución en el ancho del pulso de control (Fig. 2, a), que también debe controlarse en la resistencia R10. Además, con un voltaje de entrada de 200 V, la corriente de carga aumenta (pero no más de 7 A) y su valor se fija, en el que el voltaje de salida del convertidor comienza a disminuir. Si esto no se puede hacer con una corriente de hasta 7 A, se aumenta la resistencia de la resistencia R11. Como resultado del ajuste, su clasificación debe configurarse de modo que a una corriente de carga de 6,5 ... 7 A y el voltaje de entrada mínimo permitido, el voltaje de salida del convertidor comience a disminuir. Esto completa el ajuste de la fuente de alimentación. Si la calidad del devanado del transformador T1 es deficiente, las "sobretensiones" del transistor \L "4 aumentan, lo que puede causar un funcionamiento inestable de la fuente de alimentación e incluso la ruptura del transistor de conmutación. Si necesita una fuente con un voltaje de salida diferente, debe hacer lo siguiente: cambie la resistencia de las resistencias R13, R14, dado que el voltaje de umbral del chip DA2 es de 2,5 V; cambio en proporción directa al número de vueltas e inversamente proporcional a la sección transversal de los conductores del devanado III; seleccione el diodo VD9 y los condensadores C15-C17, C19 para el voltaje apropiado; instale la resistencia R16 con resistencia (en ohmios) calculada según la fórmula R16=100(UBblx-4). Al configurar y trabajar con el convertidor, recuerde que sus elementos están bajo alto voltaje, lo que pone en peligro la vida. ¡Sé atento y cuidadoso! Autor: A. Mironov, Lyubertsy, región de Moscú; Publicación: cxem.net
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