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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Fuente de alimentación de 1 kilovatio para ULF. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación En las revistas de radioaficionados, los circuitos de fuente de alimentación de conmutación con una potencia de más de 500 W no son comunes. Por lo tanto, se desarrolló una fuente de alimentación conmutada estabilizada con los siguientes parámetros:
Un diagrama esquemático de una fuente de alimentación conmutada (UPS) se muestra en la fig. una.
El circuito se basa en el chip DAI TL494CN de la familia de controladores con modulación de ancho de pulso. Este microcircuito se usa en el UPS de las computadoras y ha demostrado ser muy bueno. Considere su funcionamiento en el circuito del convertidor con más detalle. El TL494CN incluye un amplificador de error, un oscilador variable incorporado, un comparador de ajuste de tiempo muerto, un disparador de control, una referencia de voltaje de precisión (REF) de 5 V y un circuito de control de etapa de salida. El amplificador de error emite un voltaje de modo común en el rango de 0,3...2 V. El comparador de ajuste de tiempo muerto tiene una compensación constante que limita el tiempo muerto mínimo a aproximadamente el 5 % del ancho del pulso de salida. Los controladores de salida independientes en los transistores brindan la capacidad de operar la etapa de salida en un circuito de emisor común. La corriente de los transistores de salida del microcircuito es de hasta 200 mA. TL494CN está operativo con una tensión de alimentación de 7 ... 40 V. En la fig. 2 muestra el circuito de conmutación del microcircuito y el diseño estructural de sus circuitos internos.
Cuando se aplica energía, se inician el generador de voltaje en diente de sierra 2 y la fuente de voltaje de referencia 5. El voltaje en diente de sierra de la salida del generador 2 (Fig. 3a) se suministra a las entradas inversoras de los comparadores 3 y 4. La entrada no inversora del comparador 4 recibe voltaje del amplificador de error 1. Dado que la salida todavía no hay voltaje de la fuente de alimentación en este momento, la señal de retroalimentación del divisor R2R4 a la entrada no inversora del amplificador de error es cero. La entrada inversora de este amplificador recibe una tensión positiva del divisor R5R7, al que ya está conectada la tensión de referencia Uop de la salida ION. El voltaje de salida del amplificador de error 1 es inicialmente cero, pero a medida que aumenta el voltaje en el circuito de retroalimentación del divisor R2R4, aumenta. También aumenta el voltaje en la salida del amplificador de error. Por lo tanto, el voltaje de salida del comparador 4 tiene la forma de una secuencia de pulsos que aumentan de ancho (Fig. 3,6). La entrada no inversora del comparador 3, que proporciona una pausa, está conectada al pin 4 del microcircuito. Este pin recibe voltaje de un circuito RC externo C2R3 conectado al bus de voltaje de referencia Uorr. Cuando aparece el voltaje de referencia, se aplica a este circuito. A medida que se carga el condensador C2, la corriente a través de él y la resistencia R3 disminuye: el voltaje Uop en la resistencia R3 tiene la forma de una exponencial descendente (Fig.3, c) El voltaje de salida del comparador 3 es una secuencia de pulsos que disminuye en ancho ( Fig. 3, d) Del diagrama voltajes de salida de los comparadores 3 y 4 (Fig. 3,6, d) se puede ver que son mutuamente opuestos. Los voltajes de salida de los comparadores 3 y 4 se ingresan al elemento lógico "2OR". Por lo tanto, la duración del impulso en la salida del elemento lógico está determinada por el impulso de entrada más amplio. El voltaje de salida del elemento "2OR" se muestra en la Fig. 3d, de lo cual se deduce que en el momento inicial el ancho de los pulsos de salida del comparador 3 excede el ancho de los pulsos de salida del comparador 4, por lo tanto, la conmutación del comparador 4 no afecta el ancho del pulso de salida del “2OR " elemento. En el intervalo de tiempo (t0; t1) (Fig. 3a), el papel decisivo lo desempeña la tensión de salida del comparador 3. En la Fig. 3, f, g muestra los pulsos de salida en los colectores de los transistores VT1, VT2. La amplitud de estos pulsos aumenta gradualmente en el intervalo (t0; t1). En el momento t1, el pulso de salida del comparador 3 se compara con el pulso de salida del comparador 4. En este caso, el control del elemento lógico "2OR" se transfiere del comparador 3 al comparador 4, ya que sus pulsos de salida comienzan a exceder el ancho. de los pulsos de salida del comparador 3. Así, en el período de tiempo (t0; t1) los pulsos de salida en los colectores de los transistores VT1, VT2 aumentan suavemente y aseguran un arranque suave del convertidor de voltaje.
Antes de encender cada UPS, se debe descargar el capacitor C2 (Fig. 2), que asegura un arranque suave. Es hora de pasar al diagrama general de la Fig. 1 convertidor de voltaje. La función del condensador de arranque suave la realiza el condensador C3. Cuando se corta la alimentación, el condensador se descarga rápidamente a través de la resistencia R1, la unión base-colector del transistor VT1 y el diodo VD1. Los transistores VT1, VT2 realizan la función de protección del disparador. Cuando se aplica un voltaje de desbloqueo a la base del transistor VT2, se abre. Al mismo tiempo, el transistor VT1 se abre, desviando el condensador C3 y bloqueando así el funcionamiento del convertidor de voltaje. El voltaje del colector del transistor VT1 a través del circuito R4VD2 mantiene abierto el transistor VT2. La protección del disparador se apaga solo después de que se elimina el voltaje de suministro. Como interruptores de alimentación se utilizan potentes transistores de efecto de campo con una capacitancia de fuente de puerta bastante grande. Por lo tanto, para controlar estos transistores, se utilizan dos bloques de interruptores en los transistores VT3, VT5, VT7 y VT4, VT6, VT8. Considere el trabajo de uno de ellos. Cuando hay un alto voltaje en el pin 8 del chip DAI (el transistor dentro del chip está cerrado), los transistores de efecto de campo VT3 y VT7 se abren. Este último deriva la capacitancia de la puerta del transistor VT9, descargándolo instantáneamente. El transistor VT5 está cerrado. Tan pronto como se establezca un voltaje bajo en el pin 8 del microcircuito, los transistores VT3 y VT7 se cerrarán, y VT5 se abrirá y se aplicará un voltaje de desbloqueo a la puerta del transistor VT9. La resistencia R18 evita la falla de los transistores VT5, VT7 si uno de ellos está cerrado y el otro no está completamente abierto. Los oscilogramas de voltaje en las puertas de los transistores VT9, VT10 se muestran en la Fig. 3,3, yo. Los circuitos de puerta de los transistores VT9, VT10 incluyen resistencias R20, R21, que junto con las capacitancias de puerta forman un filtro de paso bajo que reduce el nivel de armónicos cuando se abren las teclas. Los circuitos R22, R23, C8, C9, VD5-VD8 también sirven para reducir los armónicos durante el funcionamiento del convertidor. El devanado primario del transformador T1 está conectado a los circuitos de drenaje de los transistores VT9, VT10. Para estabilizar el voltaje del convertidor, el voltaje de retroalimentación se elimina del devanado III del transformador. A través de un divisor en las resistencias R7, R8 pasa al chip DA1. La resistencia R10 se puede utilizar para regular el voltaje de salida del UPS dentro de límites pequeños. Los elementos R6, C4 determinan la frecuencia de funcionamiento del generador de voltaje interno en diente de sierra del microcircuito DA1 (con las clasificaciones indicadas en el diagrama, esta frecuencia está cerca de 50 kHz). Al cambiar la resistencia de la resistencia R6 y la capacitancia del capacitor C4, es posible, si es necesario, cambiar la frecuencia del convertidor de voltaje. La parte de potencia del circuito se alimenta a través del filtro de red C10, Cl1, L1, el rectificador VD4 y los condensadores C12, C13. La resistencia R24 descarga el condensador de filtro en el convertidor de apagado. El chip DA1 y las claves de los transistores VT3-VT8 están alimentados por una fuente de alimentación estabilizada en los elementos T2, VD3, C5-C7 y el estabilizador DA2. La resistencia R25 sirve para reducir la corriente de entrada a través de los condensadores de filtro cuando el SAI está conectado a la red. El rectificador de voltaje de salida del convertidor se fabrica de acuerdo con el circuito puente en los diodos VD12-VD15. El arranque suave del convertidor de voltaje permite el uso de condensadores de filtro de capacidad bastante grande en los circuitos secundarios, lo cual es necesario cuando se alimenta un amplificador de potencia. Los inductores L2, L3, junto con los condensadores de filtro, suavizan las ondulaciones en el voltaje de salida del UPS. La protección del convertidor de tensión a flujo se realiza mediante transistores VT11, VT12. A medida que aumenta la corriente a través de las resistencias R27-R30, los transistores VT11, VT12 se abren y los LED de los optoacopladores Ul.l, U1.2 se encienden. Los transistores de los optoacopladores se abren y suministran un voltaje de desbloqueo a la base del transistor VT2, lo que hace que funcione la protección del disparador. El condensador C1 evita que se active la protección contra ruidos impulsivos aleatorios. Construcción y detalles Estructuralmente, el UPS está hecho en una placa de circuito impreso de un solo lado (Fig. 4a, b).
Todos los elementos del circuito están ubicados en la placa, excepto SA1, FU1 y T2. También en un tablero pequeño separado se encuentran las resistencias R22, R23 y los condensadores C8, C9. Están conectados mediante cables a la placa principal en los puntos indicados por las letras a, b, c. Las resistencias R22, R23 se calientan mucho durante el funcionamiento, por lo que la placa con ellas debe colocarse de manera que las resistencias no calienten el resto de los elementos del circuito. Los diodos VD12-VD15 se montan en un radiador de aguja separado de 10x12 cm y se conectan a la placa principal con un cable con un diámetro de al menos 1 mm. En un lado de la placa de circuito impreso hay un radiador (Fig. 4,6) de 170 cm de largo y 10 cm de alto. Es recomendable utilizar un radiador de agujas, pero en caso de necesidad, cualquier otro servirá. Los elementos de placa DA2, VD4, VT9, VT10 están unidos a este radiador mediante juntas aislantes. Se instala un ventilador en el lado opuesto del radiador para que el flujo de aire sople bien sobre el radiador. Puede utilizar un ventilador de la fuente de alimentación de una computadora. Se le suministra energía a través de una resistencia con una resistencia de 320 ohmios y una potencia de 7,5 W desde la salida de +50 V del convertidor. Puede utilizar una resistencia tipo PEV y colocarla en cualquier parte del cuerpo. También es posible enrollar un devanado adicional en el transformador T1 para alimentar el ventilador (Fig. 1). Para hacer esto, deberá enrollar dos vueltas de cable con un diámetro de 0,4 mm y conectar el ventilador de acuerdo con la Fig. 5.
El transformador T1 del convertidor está enrollado en cuatro anillos de ferrita de 2000 NM plegados juntos con dimensiones K45x28x12. Los datos de bobinado del transformador se dan en la tabla.
Los devanados I y II del transformador están separados del resto de los devanados por dos o tres capas de tela barnizada. El transformador T2 se usa listo para usar con un voltaje alterno de 16 V. La bobina L1 consta de 2x20 vueltas enrolladas en un anillo de ferrita hecho de ferrita de 2000NM con dimensiones KZ1x18x7 en dos cables con un diámetro de 1 mm. Las bobinas L2, L3 se enrollan en piezas de ferrita con un diámetro de 8 ... 10 mm y una longitud de aproximadamente 25 mm con un alambre con un diámetro de 1,2 mm en una capa a lo largo de toda la ferrita. En el circuito del convertidor, es deseable utilizar condensadores electrolíticos importados con una marca de 105 °. En casos extremos, está permitido usar otros condensadores que sean de tamaño adecuado. El condensador C12 está formado por tres condensadores con una capacidad de 220 uFx400 V. Condensadores no electrolíticos de cualquier tipo, por ejemplo K73-17. Como resistencia R25 se utilizan tres resistencias del tipo SCK105 o similar, conectadas en paralelo, utilizadas en fuentes de alimentación de ordenadores. Resistencias R22, R23 tipo C5-5-10W, R27-R30 - C5-16V-5W. Las resistencias restantes son de cualquier tipo, por ejemplo MLT. Resistencia trimmer R9 tipo SPZ-19AV u otra de pequeño tamaño. Es deseable utilizar diodos de alta frecuencia como se indica en el diagrama (KD212 y KD2999), ya que los diodos importados, que ahora se usan mucho, no siempre funcionan bien a altas frecuencias, especialmente por encima de 50 kHz. Los puentes de diodos se pueden utilizar en cualquier tamaño adecuado: VD3 - con una corriente rectificada de al menos 500 mA; VD4: con una corriente rectificada de al menos 8 A y un voltaje de al menos 400 V. Los transistores BSS88 se pueden reemplazar con otros transistores de efecto de campo similares con una puerta aislada y canal n (voltaje de fuente de drenaje de más de 50 V, corriente de drenaje 0,15 ... 0,5, 123 A). Estos pueden ser transistores BSS108, BS2, 1336SK2, etc. En lugar de los potentes transistores de efecto de campo 956SK2, son adecuados los transistores de tipo 787SK50, IRFPE494. El chip TL494CN puede ser reemplazado por el chip TL25LN, lo que permitirá que el convertidor de voltaje se use a temperaturas ambiente de hasta -494 ° C, ya que el TL0CN solo funciona a temperaturas superiores a 7500 ° C. Además, en su lugar, puede usar el KA101V analógico. El optoacoplador AOT101BS se puede reemplazar por AOT2501AC, PS2-2. Se puede utilizar como chip DA142 KR8EN7815E o 7815. Si se utiliza el chip 502 en una caja aislada, no se requiere una junta aislante al instalarlo en un radiador. Los transistores KT503E, KT502E se pueden reemplazar por KT503G, KT510G y diodos KD503A, con casi cualquier diodo de pulso, por ejemplo, KD522, KDXNUMX, etc. Ajuste Antes de encender el convertidor por primera vez en la red, es necesario quitar la tensión de red de los circuitos de alimentación y aplicar energía solo al transformador T2. En primer lugar, asegúrese de que la tensión de alimentación sea de +15 V desde la salida DA2. Luego, utilizando un osciloscopio, se aseguran de que haya pulsos en las puertas de los transistores de efecto de campo VT9, VT10 y que correspondan a los oscilogramas de la Fig. 3, y. Cuando el condensador C9 está en cortocircuito, los pulsos deben desaparecer y el voltaje debe establecerse en cero en las puertas VT10, VT9. Además, al colocar el control deslizante de la resistencia RXNUMX en la posición media, el voltaje de suministro se aplica al resto del circuito. Usando un voltímetro, controle el voltaje en el pin 1 de DA1, configurando el valor a 2,5 V seleccionando la resistencia de la resistencia R7. La resistencia de corte R9 puede cambiar ligeramente el voltaje de salida del convertidor, sin embargo, es necesario controlar los pulsos en las puertas de los transistores de efecto de campo VT9, VT10 para que su duración no se acerque a los límites extremos (demasiado corto o demasiado largo ), pero está en la posición media. De lo contrario, con un aumento en la carga o un cambio en el voltaje de suministro, la estabilización del voltaje de salida se deteriorará. Para no sobrecargar el convertidor de voltaje y no quemar potentes transistores de efecto de campo, es mejor configurar la protección actual de la siguiente manera. En lugar de las resistencias R27-R30, se sueldan temporalmente resistencias con una resistencia de 1 ohmio y una potencia de 2 vatios. Una carga y un amperímetro están conectados a la salida del convertidor. La corriente de carga se establece en 1,3 ... 1,4 A y al seleccionar las resistencias de las resistencias R32, R33, se activa la protección de corriente. Luego, las resistencias R27-R30 se sueldan en su lugar. Esto completa el ajuste del convertidor de voltaje. Si se requiere un voltaje diferente para alimentar el amplificador o alguna otra carga, entonces el voltaje de salida del convertidor se puede cambiar cambiando el número de vueltas de los devanados IV y V del transformador T1. Debe tenerse en cuenta que una vuelta del devanado secundario representa unos 7 V. Basado en materiales de la revista Radioamator; Publicación: cxem.net
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