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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Estabilizador de voltaje en el microcircuito KR142EN19 con protección 27 voltios / 7-25 voltios 2 amperios. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Protectores contra sobretensiones El artículo describe un estabilizador de voltaje con protección confiable contra impulsos. Si la corriente de salida del estabilizador supera el umbral de protección durante algún tiempo, el estabilizador se apaga durante unos segundos para enfriar el transistor de regulación, luego se enciende y se apaga nuevamente hasta que se elimina el accidente en la carga. Dado que el transistor de control está cerrado la mayor parte del tiempo en este modo, la potencia promedio disipada por él, incluso con un cortocircuito en la salida, no es mayor que en el modo normal. El estabilizador propuesto utiliza una unidad de protección de impulsos en un relé de láminas conectado a un circuito de alta corriente. Una unidad de este tipo contiene pocas piezas adicionales, casi no reduce la eficiencia del estabilizador y, lo más importante, la corriente de respuesta de la protección del interruptor de láminas depende muy poco de la temperatura. El coeficiente de estabilización del dispositivo supera 400. La caída de voltaje mínima entre entrada y salida es de 0,5 V. El circuito estabilizador se muestra en la Fig. 1.
El elemento principal del estabilizador es el chip KR142EN19 (DA1). Si la tensión en la entrada de control (pin 1) del microcircuito con respecto al cátodo (pin 2) supera su umbral de apertura (2,5 V), la corriente del ánodo aumenta con una pendiente de unos 2 mA/mV. El voltaje en el ánodo de un microcircuito abierto, determinado por su dispositivo interno, es de al menos 2,5 V. Este microcircuito tiene una característica: si el voltaje de entrada es mayor que el necesario para su apertura total, puede apagarse. Al mismo tiempo, deja de controlar el estabilizador, como resultado de lo cual puede aparecer un voltaje de entrada en su salida. La sobrecarga de la entrada del microcircuito puede ocurrir debido a un aumento de voltaje de salida que ocurre cuando la carga se desconecta del estabilizador operativo. En este caso, la corriente suministrada a la carga antes de que se apague comienza a cargar el capacitor instalado en la salida del estabilizador. Esto conduce a un aumento en el voltaje de salida hasta que el transistor de control se cierra por la señal de error que pasa a través del estabilizador. Obviamente, la sobretensión será menor cuanto mayor sea la capacidad del condensador en la salida del dispositivo y más rápido pase la señal de error a través del estabilizador. Los experimentos con la desconexión de la carga mostraron que una capacitancia de al menos 1000 microfaradios por cada amperio de la corriente de salida es suficiente para evitar que el microcircuito se apague en el estabilizador descrito. Al repetir el dispositivo, debe abstenerse de realizar cambios que conduzcan a una disminución del rendimiento, por ejemplo, por el uso de transistores de baja frecuencia. Es especialmente peligroso reducir artificialmente el rendimiento añadiendo enlaces RC integrados a la ruta de la señal de error para combatir la generación. Dado que parte del voltaje de salida se suministra desde la resistencia de ajuste de voltaje de salida R12 a la entrada de control del microcircuito, un aumento en el voltaje entre los terminales de salida del estabilizador conduce a un aumento en el voltaje entre la entrada de control del microcircuito y su cátodo, lo que conduce a la apertura del microcircuito. Su señal de salida cierra el transistor VT3, conectado según un circuito de puerta común, y luego el transistor de control compuesto VT2VT1, conectado al cable negativo del estabilizador, lo que conduce a una disminución de la corriente a través de él. Si el microcircuito está cerrado, el transistor VT3 debe estar abierto y la corriente de su canal debe estar entre 4...10 mA. Este modo se obtiene si se aplica un voltaje de aproximadamente 5 V a la puerta en relación con el cable positivo común. Resultó que aplicar una parte del voltaje de entrada con ondas a la puerta provoca la aparición de ondas en la salida del estabilizador con una amplitud de aproximadamente 1 mV. Por lo tanto, el voltaje en la puerta del transistor VT3 se estabiliza en relación con el cable común por el diodo zener VD1 y luego también se filtra por los circuitos R2C3, R5C4. El uso de un transistor de efecto de campo permitió reducir significativamente la corriente a través de los filtros y, en consecuencia, sus dimensiones. La resistencia R7 evita la autoexcitación. Sin él, la etapa del transistor VT3 puede autoexcitarse a una frecuencia de unos 20 MHz. El estabilizador descrito tiene tres grados de protección contra accidentes tanto en la carga como en el propio estabilizador. La resistencia R8 proporciona una protección rápida contra sobrecargas a corto plazo. Con un exceso significativo, aproximadamente dos veces, de la corriente de carga de un máximo dado de 2 A, la caída de voltaje a través de la resistencia R8 aumenta al nivel del voltaje de entrada, el transistor VT2 se satura como resultado y deja de amplificar la corriente, lo que lleva a limitar la corriente de carga. De fallas más largas, el estabilizador está protegido por protección de impulso en el relé de láminas K1. Si la corriente de carga excede la corriente de activación del relé (2 A), el interruptor de láminas se cierra y el capacitor C3 se descarga rápidamente a través de la resistencia R1. Esto también inicia la descarga del capacitor C4 a través de la resistencia R5. Pero este proceso es mucho más lento debido a la resistencia relativamente grande de la resistencia R5. Cuando la caída de voltaje a través del capacitor C4 disminuye a aproximadamente 1 V, el transistor VT3 se cerrará, apagando así el estabilizador. El retraso para apagar el estabilizador por el circuito R5C4 se introduce para que el capacitor C3 tenga tiempo de descargarse casi por completo antes de la apertura del interruptor de láminas K1.1. Después de abrir el interruptor de láminas, comienza la carga lenta del capacitor C3 a través de la resistencia R2. Esto conduce a la apertura gradual del transistor VT3 y al lanzamiento del estabilizador. Del mismo modo, el estabilizador se inicia cuando se enciende la alimentación. Si el UMZCH se alimenta de este estabilizador, al encenderlo no habrá clic en los sistemas acústicos. El estabilizador descrito, como cualquier dispositivo con retroalimentación profunda, puede ser propenso a la generación. Al realizar el prototipo del dispositivo se observó generación en forma de pulsos a la salida del estabilizador con una amplitud de unos 5 mV y una frecuencia de unos 100 kHz. Resultó que la calidad del condensador C5 afecta sobre todo la tendencia del estabilizador a generar. Para entender por qué sucede esto, el siguiente razonamiento ayuda. Digamos que el voltaje en la salida del estabilizador cambió accidentalmente en 1 mV. El IC convierte este voltaje en un cambio de corriente de salida de 2 mA. Los transistores reguladores lo amplificarán aproximadamente 500 veces, lo que resultará en un cambio en la corriente a través del estabilizador y el capacitor C5 en 1 A. Este cambio en la corriente causará una caída de voltaje a través de la resistencia en serie equivalente (ESR) del capacitor. que pasará por el circuito de retroalimentación "en el segundo círculo". Si esta caída de voltaje excede 1 mV, puede ocurrir una oscilación. Obviamente, la estabilidad del estabilizador puede garantizarse mediante el condensador C5 con una ESR inferior a 0,001 ohmios. Para elegir, se midieron la ESR de condensadores de varias series. A través de una resistencia se aplicó al capacitor un voltaje unipolar con una frecuencia de 100 kHz y una oscilación de corriente de 1 A. La ESR se calculó a partir del voltaje a través del capacitor medido con un osciloscopio. Resultó que para capacitores con una capacidad de más de 500 μF, la ESR a una frecuencia de 100 kHz depende principalmente del diseño del capacitor y depende débilmente de su capacitancia y voltaje nominal. De acuerdo con los resultados de la medición, el capacitor C5 está compuesto por diez capacitores de la serie K50-24 de 470 microfaradios conectados en paralelo, como resultado de lo cual se suprime la autoexcitación sin el uso de otros medios. Para aprovechar al máximo la baja resistencia del banco de condensadores C5, es necesario que la longitud de los cables de conexión desde los terminales del condensador C5 hasta el terminal derecho de la resistencia R13 de acuerdo con el circuito de salida y el punto de conexión de las resistencias R10 y R14 sean lo más cortos posible, como se muestra en el diagrama. La tendencia a generar del estabilizador, como se desprende de lo anterior, aumenta con el aumento de la máxima amplitud posible del pulso de corriente que el estabilizador puede suministrar al condensador C5. Esto puede ser un problema importante cuando se trata de aumentar la corriente de salida máxima. Puede mejorar la estabilidad del estabilizador seleccionando una resistencia R10, que crea una retroalimentación negativa local en el circuito del cátodo del microcircuito. Al establecer un estabilizador, esta resistencia se cierra con un puente, luego se elimina la generación aumentando la cantidad de capacitores en la batería C5, luego de lo cual se retira el puente. El estabilizador adquiere un margen de estabilidad suficiente para su funcionamiento normal incluso después de una pérdida parcial de la capacidad de la batería C5. El condensador C2 elimina la influencia de la inductancia del devanado del relé de láminas en la estabilidad del estabilizador. Se puede agregar otro grado de protección al estabilizador: contra el sobrecalentamiento del transistor regulador VT1. Para hacer esto, basta con presionar un relé térmico con una placa bimetálica en el cuerpo de este transistor, que funciona a una temperatura de 60 ... 70 ° C. Los contactos cerrados del relé térmico están incluidos en el circuito abierto del drenaje del transistor VT3. El sobrecalentamiento del transistor VT1 hará que los contactos del relé térmico se abran, por lo que el transistor VT1 se cerrará hasta que se enfríe. El transistor KP507A (VT3) será reemplazado por los parámetros cercanos KP508A. Está permitido reemplazar el microcircuito KR142EN19 (DA1) con KR142EN19A o un análogo extranjero TL431. Los condensadores C3, C4, utilizados en el nodo de protección como temporización, deben ser de baja fuga, por ejemplo, de las series FT, K78, K71-4. La capacitancia del capacitor C3 determina el período de operación de la protección contra impulsos, así como la duración del lanzamiento del estabilizador. Con la resistencia de la resistencia R2 y la capacitancia del capacitor C3 indicadas en el diagrama, este período es aproximadamente igual a 3 s. No debe reducirse significativamente reduciendo la capacidad del condensador C3, ya que si el arranque es demasiado rápido, la corriente de carga de los condensadores que pueden formar parte de la carga puede superar los 2 A, lo que provocará el disparo de la protección. Relé de láminas K1 - hecho en casa. En el interruptor de láminas KEM1 (u otro similar), se enrollan 15 vueltas de alambre de bobinado con un diámetro de 0,4-0,7 mm. Luego, el número de vueltas se especifica mediante la operación del interruptor de láminas a una corriente de carga de 2 A. El transistor VT1 debe instalarse en un disipador de calor con un área de superficie de enfriamiento de al menos 200 cm cuadrados. Al ajustar, se aplica voltaje a la entrada desde la salida de la fuente de alimentación del laboratorio. Su valor máximo no debe exceder los 30 V (el voltaje límite del ánodo-cátodo del microcircuito DA1). Al seleccionar la resistencia R14, el límite superior del ajuste del voltaje de salida se establece en 0,5 ... 1 V menos que el voltaje de entrada. La resistencia R8 se selecciona de modo que la caída de tensión a través de ella a una corriente de carga de aproximadamente 2 A sea igual a la mitad de la tensión de entrada. El estabilizador debe utilizarse con precaución en fuentes bipolares debido a su lento arranque. Dado que el interruptor de láminas de la protección contra impulsos puede cerrarse debido a fuertes sacudidas, no se recomienda utilizar el estabilizador propuesto en los sistemas de a bordo. Autor: S. Kanygin, Jarkov; Publicación: cxem.net
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