Las fuentes de alimentación de micropotencia con aislamiento galvánico de la red de ~220 V se pueden fabricar mediante optoacopladores, conectándolos en serie para aumentar el voltaje de salida (Fig. 3.2-1). La transferencia de energía se realiza a través de un flujo de luz unidireccional dentro del optoacoplador (el optoacoplador contiene elementos emisores y absorbentes de luz), por lo que no se produce ninguna conexión galvánica con la red.

Un optoacoplador produce 0,5-0,7 V para AOD101. AOD302 y 4 V - para AOT102, AOT110 (entrada 0,2 mA). Para garantizar los valores de tensión y corriente requeridos, los optoacopladores se conectan en serie o en paralelo. Se puede utilizar un ionistor, una batería o una capacitancia de 100-1000 µF como elemento de almacenamiento intermedio. Los LED se alimentan a través de una capacitancia de no más de 0.2 µF para evitar su destrucción. Hay que recordar que la eficiencia de los optoacopladores disminuye con el tiempo (aproximadamente un 25% en 15000 horas de funcionamiento).

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2. Micro estabilizador de potencia de bajo consumo.

Algunos diseños de radioaficionados requieren estabilizadores de micropotencia que consumen microamperios en modo de estabilización. En la Fig. 3.2-4 muestra un diagrama esquemático de dicho estabilizador con un consumo de corriente interna de 10 μA y una corriente de estabilización de 100 mA.

Para los elementos indicados en el diagrama, el voltaje de estabilización es Uout \u3.4d 1 V, para cambiarlo, en lugar del LED HL522, puede encender los diodos KD0.7 en serie (en cada caída de voltaje hay 1 V: en los transistores VT2, VT0,3 - 30 V). La tensión de entrada de este estabilizador (Uin) no es superior a XNUMX V. Se deben utilizar transistores con una ganancia máxima.

3. Fuentes de alimentación con condensadores de desacoplamiento.

En fuentes de alimentación de micropotencia con conexión galvánica a una red industrial, las denominadas. condensadores de separación, que no son más que resistencias en derivación conectadas en serie al circuito de potencia. Se sabe que un condensador instalado en un circuito de corriente alterna tiene una resistencia que depende de la frecuencia y se denomina reactivo. La capacidad del condensador de acoplamiento (suponiendo que se utilice en una red industrial ~220 V, 50 Hz) se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

Por ejemplo: un cargador para baterías de níquel-cadmio de 12 V con una capacidad de 1 A/h se puede alimentar desde la red a través de un condensador de desacoplamiento. Para las baterías de níquel-cadmio, la corriente de carga es el 10% del valor nominal, es decir 100 mA en nuestro caso. Además, teniendo en cuenta que la caída de voltaje a través del estabilizador es de aproximadamente 3-5 V, encontramos que es necesario proporcionar un voltaje de ~18 V en la entrada del cargador con una corriente de funcionamiento de 100 mA. Sustituyendo estos datos obtenemos:

según la primera fórmula:

Así, elegimos C = 1,5 μF con una tensión de funcionamiento doble de 500 V (se pueden utilizar condensadores de los siguientes tipos: MBM, MGBP, MBT).

El circuito completo de un cargador con condensador de aislamiento se muestra en la figura. 3.2-2. El dispositivo es adecuado para cargar baterías con una corriente no superior a 100 mA y una tensión de carga no superior a 15 V. La resistencia recortadora R2 establece el valor de voltaje de carga requerido. R1 actúa como un limitador de corriente al comienzo de la carga y el voltaje generado a través de él se suministra al LED. Por la intensidad del LED se puede juzgar qué tan descargada está la batería.

Al operar esta fuente de energía (y cualquier otra fuente de alimentación sin aislamiento galvánico de la red), es necesario recordar las medidas de seguridad. El dispositivo y la batería que se están cargando están siempre en tensión de red. En algunos casos, tales restricciones imposibilitan el funcionamiento normal de los dispositivos, por lo que es necesario garantizar el aislamiento galvánico de la fuente de alimentación de la red.

Una fuente de alimentación de baja potencia con condensador de aislamiento, pero con aislamiento galvánico de la red industrial, se puede fabricar sobre la base de un transformador de transición o un relé de arranque magnético, y su tensión de funcionamiento puede ser inferior a 220 V. En la Fig. La Figura 3.2-3 muestra un diagrama esquemático de dicha fuente de energía.

La capacitancia del condensador de separación se calcula teniendo en cuenta los parámetros del transformador (es decir, conociendo la relación de transformación, primero calcule el voltaje que debe proporcionarse en la entrada del transformador y luego, asegurándose de que dicho voltaje sea permisible para transformador utilizado, calcular los parámetros del condensador).

La energía suministrada por dicha fuente de energía puede alimentar fácilmente un timbre, un receptor o un reproductor de audio.

4. Fuentes de alimentación con condensadores de desacoplamiento.

En fuentes de alimentación de micropotencia con conexión galvánica a una red industrial, las denominadas. condensadores de separación, que no son más que resistencias en derivación conectadas en serie al circuito de potencia. Se sabe que un condensador instalado en un circuito de corriente alterna tiene una resistencia que depende de la frecuencia y se denomina reactivo. La capacidad del condensador de acoplamiento (suponiendo que se utilice en una red industrial ~220 V, 50 Hz) se puede calcular mediante la siguiente fórmula:

Por ejemplo: un cargador para baterías de níquel-cadmio de 12 V con una capacidad de 1 A/h se puede alimentar desde la red a través de un condensador de desacoplamiento. Para las baterías de níquel-cadmio, la corriente de carga es el 10% del valor nominal, es decir 100 mA en nuestro caso. Además, teniendo en cuenta que la caída de voltaje a través del estabilizador es de aproximadamente 3-5 V, encontramos que es necesario proporcionar un voltaje de ~18 V en la entrada del cargador con una corriente de funcionamiento de 100 mA. Sustituyendo estos datos obtenemos:

según la primera fórmula:

Así, elegimos C = 1,5 μF con una tensión de funcionamiento doble de 500 V (se pueden utilizar condensadores de los siguientes tipos: MBM, MGBP, MBT).

El circuito completo de un cargador con condensador de aislamiento se muestra en la figura. 3.2-2. El dispositivo es adecuado para cargar baterías con una corriente no superior a 100 mA y una tensión de carga no superior a 15 V. La resistencia recortadora R2 establece el valor de voltaje de carga requerido. R1 actúa como un limitador de corriente al comienzo de la carga y el voltaje generado a través de él se suministra al LED. Por la intensidad del LED se puede juzgar qué tan descargada está la batería.

Al operar esta fuente de energía (y cualquier otra fuente de alimentación sin aislamiento galvánico de la red), es necesario recordar las medidas de seguridad. El dispositivo y la batería que se están cargando están siempre en tensión de red. En algunos casos, tales restricciones imposibilitan el funcionamiento normal de los dispositivos, por lo que es necesario garantizar el aislamiento galvánico de la fuente de alimentación de la red.

Una fuente de alimentación de baja potencia con condensador de aislamiento, pero con aislamiento galvánico de la red industrial, se puede fabricar sobre la base de un transformador de transición o un relé de arranque magnético, y su tensión de funcionamiento puede ser inferior a 220 V. En la Fig. La Figura 3.2-3 muestra un diagrama esquemático de dicha fuente de energía.

La capacitancia del condensador de separación se calcula teniendo en cuenta los parámetros del transformador (es decir, conociendo la relación de transformación, primero calcule el voltaje que debe proporcionarse en la entrada del transformador y luego, asegurándose de que dicho voltaje sea permisible para transformador utilizado, calcular los parámetros del condensador).

La energía suministrada por dicha fuente de energía puede alimentar fácilmente un timbre, un receptor o un reproductor de audio.

5. Fuentes de alimentación lineales

Actualmente, las fuentes de alimentación lineales tradicionales están siendo reemplazadas cada vez más por fuentes conmutadas. Sin embargo, a pesar de esto, siguen siendo una solución muy conveniente y práctica en la mayoría de los casos de diseño de radioaficionados (a veces en dispositivos industriales). Esto se debe a varias razones: en primer lugar, las fuentes de alimentación lineales son estructuralmente bastante simples y fáciles de configurar, en segundo lugar, no requieren el uso de costosos componentes de alto voltaje y, por último, son mucho más fiables que las fuentes de alimentación conmutadas.

Una fuente de alimentación lineal típica contiene: un transformador reductor de red, un puente de diodos con un filtro y un estabilizador que convierte el voltaje no estabilizado recibido del devanado secundario del transformador a través del puente de diodos y el filtro en un voltaje de salida estabilizado, y este El voltaje de salida siempre es más bajo que el estabilizador de voltaje de entrada no estabilizado.

La principal desventaja de este esquema es la baja eficiencia y la necesidad de reservar energía en casi todos los elementos del dispositivo (es decir, requiere la instalación de componentes que puedan soportar cargas mayores que las esperadas para la fuente de alimentación en su conjunto, por ejemplo , para una fuente de alimentación con una potencia de 10 W, se requiere un transformador con una potencia de al menos 15 W, etc.). La razón de esto es el principio según el cual funcionan los estabilizadores de suministro de energía lineal. Consiste en disipar algo de potencia en el elemento regulador Ppac = Icarga * (Uin - Uout). De la fórmula se deduce que cuanto mayor sea la diferencia entre el voltaje de entrada y salida del estabilizador, más potencia se debe disipar en el elemento regulador. .

Por otro lado, cuanto más inestable sea el voltaje de entrada del estabilizador y cuanto más dependa de los cambios en la corriente de carga, mayor debe ser en relación con el voltaje de salida. Por lo tanto, está claro que los estabilizadores de suministro de energía lineal operan dentro de un rango bastante estrecho de voltajes de entrada permitidos, y estos límites se reducen aún más cuando se imponen requisitos estrictos a la eficiencia del dispositivo. Pero el grado de estabilización y supresión del ruido impulsivo logrado en las fuentes de alimentación lineales es muy superior al de otros esquemas. Echemos un vistazo más de cerca a los estabilizadores utilizados en las fuentes de alimentación lineales.

Los estabilizadores más simples (los llamados paramétricos) se basan en el uso de las características corriente-voltaje de algunos dispositivos semiconductores, principalmente diodos Zener. Se distinguen por una alta impedancia de salida. bajo nivel de estabilización y baja eficiencia. Estos estabilizadores se utilizan sólo para cargas pequeñas, normalmente como elementos de circuito (por ejemplo, como fuentes de tensión de referencia). En la Fig. 3.3 se muestran ejemplos de estabilizadores paramétricos y fórmulas de cálculo. 1-XNUMX.

Los estabilizadores lineales de paso en serie tienen las siguientes características: el voltaje de carga no depende del voltaje de entrada ni de la corriente de carga, se permiten valores altos de corriente de carga, se proporciona un alto coeficiente de estabilización y una baja resistencia de salida. El diagrama de bloques de un estabilizador lineal típico se muestra en la Fig. 3.3-2. El principio básico en el que se basa su trabajo es la comparación de la tensión de salida con una tensión estabilizada.

voltaje de referencia y control, según los resultados de esta comparación, del elemento de potencia principal del estabilizador (en el diagrama de bloques, el llamado transistor de paso VT1, que opera en modo lineal, pero también puede ser un grupo de componentes) , en el que se disipa el exceso de potencia (consulte la fórmula anterior).

En la mayoría de los casos de diseño de radioaficionados, las fuentes de alimentación lineales basadas en microcircuitos estabilizadores lineales de la serie K(KR)142 se pueden utilizar como fuentes de alimentación para dispositivos. Tienen muy buenos parámetros, tienen circuitos integrados de protección contra sobrecargas, circuitos de compensación térmica, etc., son de fácil acceso y fáciles de usar (la mayoría de los estabilizadores de esta serie están completamente implementados dentro de los circuitos integrados, que (tienen solo tres pines). Sin embargo, al diseñar fuentes de alimentación lineales de alta potencia (25-100 W), se requiere un enfoque más sutil, a saber: el uso de transformadores especiales con núcleos blindados (que tienen un factor de eficiencia más alto), el uso directo solo de estabilizadores integrales es imposible debido a su potencia es insuficiente, es decir, se necesitan componentes de potencia adicionales y, como consecuencia, circuitos adicionales de protección contra sobrecargas, sobrecalentamientos y sobretensiones. Estas fuentes de alimentación generan mucho calor, requieren la instalación de muchos componentes en radiadores grandes y, en consecuencia, son bastante grande; para lograr un alto coeficiente de estabilización de voltaje de salida, se requieren soluciones de circuitos especiales.

6. Estabilizador con corriente de carga hasta 5A

En la Fig. La Figura 3.3-3 muestra un circuito básico para construir estabilizadores potentes que proporcionan una corriente de carga de hasta 5 A, que es suficiente para alimentar la mayoría de los diseños de radioaficionados. El circuito se realiza mediante un microcircuito estabilizador de la serie KR142 y un transistor de paso externo.

Con un consumo de corriente bajo, el transistor VT1 se cierra y solo funciona el chip estabilizador, pero a medida que aumenta el consumo de corriente, el voltaje asignado a R2 y VD5 abre el transistor VT1 y la mayor parte de la corriente de carga comienza a fluir a través de su unión. La resistencia R1 sirve como sensor de corriente de sobrecarga. Cuanto mayor es la resistencia R1, menor es la corriente que se activa la protección (el transistor VT1 se cierra). La bobina de inductancia del filtro L 1 sirve para suprimir la ondulación de la corriente alterna con carga máxima.

Usando el diagrama anterior, puede ensamblar estabilizadores para un voltaje de 5-15 V. Los diodos de potencia VD1-VD4 deben estar clasificados para una corriente de al menos 10 A. La resistencia R4 ajusta con precisión el voltaje de salida (el valor base lo establece el tipo de chip estabilizador utilizado, la serie KR142). Los elementos de potencia se instalan en radiadores con un área de al menos 200 cm^2.

Como ejemplo, demos un cálculo de un estabilizador de voltaje con las siguientes características:

fuera - 12 V, Ineg - 3A; Unidad - 20 V.

Seleccionamos un estabilizador de voltaje de 12 V de la serie KR142 - KR142EN8B. Seleccionamos un transistor de paso capaz de disipar la potencia máxima de carga Pras = Uin* Iload = 20 • 3 = 60 W (es aconsejable elegir una potencia de transistor 1.5-2 veces mayor) - el KT818A común es adecuado (Pras = 100 W , Ik máx = 15 A). Como VD1-VD5 se pueden utilizar cualquier diodo de potencia adecuado para corriente, por ejemplo, KD202D.

7. Conmutación de fuentes de alimentación

A diferencia de las fuentes de alimentación lineales tradicionales, que implican extinguir el exceso de voltaje no estabilizado en un elemento lineal de paso, las fuentes de alimentación por impulsos utilizan otros métodos y fenómenos físicos para generar un voltaje estabilizado, a saber: el efecto de la acumulación de energía en los inductores, así como la posibilidad. de transformación de alta frecuencia y conversión de energía acumulada en presión constante. Hay tres circuitos típicos para construir fuentes de alimentación pulsadas (ver Fig. 3.4-1): elevador (el voltaje de salida es mayor que el voltaje de entrada), reductor (el voltaje de salida es menor que el voltaje de entrada) e inversor (el voltaje de salida tiene polaridad opuesta respecto a la entrada). Como puede verse en la figura, se diferencian sólo en la forma en que conectan la inductancia; por lo demás, el principio de funcionamiento permanece sin cambios, es decir.

El elemento clave (generalmente se utilizan transistores bipolares o MIS), que opera con una frecuencia del orden de 20-100 kHz, aplica periódicamente el voltaje no estabilizado de entrada completo al inductor durante un corto tiempo (no más del 50% del tiempo). . Corriente de pulso. El flujo a través de la bobina asegura la acumulación de reservas de energía en su campo magnético de 1/2LI^2 en cada pulso. La energía almacenada de esta manera desde la bobina se transfiere a la carga (ya sea directamente, utilizando un diodo rectificador, o a través del devanado secundario con rectificación posterior), el condensador del filtro de suavizado de salida asegura un voltaje y corriente de salida constantes. La estabilización del voltaje de salida está garantizada mediante el ajuste automático del ancho o la frecuencia del pulso en el elemento clave (un circuito de retroalimentación está diseñado para monitorear el voltaje de salida).

Este esquema, aunque bastante complejo, puede aumentar significativamente la eficiencia de todo el dispositivo. El caso es que, en este caso, además de la carga en sí, no hay elementos de potencia en el circuito que disipen una potencia significativa. Los transistores clave funcionan en modo de conmutación saturado (es decir, la caída de voltaje a través de ellos es pequeña) y disipan energía solo en intervalos de tiempo bastante cortos (tiempo de pulso). Además, al aumentar la frecuencia de conversión, es posible aumentar significativamente la potencia y mejorar las características de peso y tamaño.

Una ventaja tecnológica importante de las fuentes de alimentación por impulsos es la capacidad de construir sobre su base fuentes de alimentación de red de pequeño tamaño con aislamiento galvánico de la red para alimentar una amplia variedad de equipos. Estas fuentes de alimentación se construyen sin el uso de un voluminoso transformador de potencia de baja frecuencia mediante un circuito convertidor de alta frecuencia. Se trata, de hecho, de un típico circuito de alimentación conmutada con reducción de tensión, donde se utiliza tensión de red rectificada como tensión de entrada y un transformador de alta frecuencia (de pequeño tamaño y alta eficiencia) como elemento de almacenamiento, de cuyo devanado secundario se elimina la tensión estabilizada de salida (este transformador también proporciona aislamiento galvánico de la red).

Las desventajas de las fuentes de alimentación pulsadas incluyen: la presencia de un alto nivel de ruido pulsado en la salida, alta complejidad y baja confiabilidad (especialmente en la producción artesanal), la necesidad de utilizar componentes costosos de alto voltaje y alta frecuencia, que en el caso Al más mínimo fallo de funcionamiento, es fácil que fallen “en masa” (en este caso, por regla general, se pueden observar impresionantes efectos pirotécnicos). Aquellos a quienes les guste profundizar en el interior de los dispositivos con un destornillador y un soldador deberán tener mucho cuidado al diseñar fuentes de alimentación conmutadas de red, ya que muchos elementos de dichos circuitos están bajo alto voltaje.

8. Estabilizador de conmutación eficaz y de baja complejidad.

Sobre una base de elemento similar a la utilizada en el estabilizador lineal descrito anteriormente (Fig. 3.3-3), es posible construir un estabilizador de voltaje de pulso. Con las mismas características, tendrá dimensiones significativamente menores y mejores condiciones térmicas. En la figura 3.4 se muestra un diagrama esquemático de dicho estabilizador. 2-3.4. El estabilizador se ensambla de acuerdo con un circuito de reducción de voltaje estándar (Fig. 1-XNUMXa).

Cuando se enciende por primera vez, cuando el condensador C4 se descarga y se conecta una carga suficientemente potente a la salida, la corriente fluye a través del regulador lineal IC DA1. La caída de voltaje en R1 causada por esta corriente desbloquea el transistor clave VT1, que inmediatamente entra en modo de saturación, ya que la reactancia inductiva de L1 es grande y una corriente suficientemente grande fluye a través del transistor. La caída de voltaje en R5 abre el elemento clave principal: el transistor VT2. Actual. Al aumentar en L1, se carga C4, mientras que a través de la retroalimentación en R8 se bloquean el estabilizador y el transistor clave. La energía almacenada en la bobina alimenta la carga. Cuando el voltaje en C4 cae por debajo del voltaje de estabilización, DA1 y el transistor clave se abren. El ciclo se repite con una frecuencia de 20-30 kHz.

Circuito R3. R4, C2 establecerá el nivel de voltaje de salida. Se puede ajustar suavemente dentro de pequeños límites, desde Uct DA1 hasta Uin. Sin embargo, si Uout se eleva cerca de Uin, aparece cierta inestabilidad con la carga máxima y un mayor nivel de ondulación. Para suprimir las ondulaciones de alta frecuencia, se incluye el filtro L2, C5 en la salida del estabilizador.

El esquema es bastante simple y más efectivo para este nivel de complejidad. Todos los elementos de potencia VT1, VT2, VD1, DA1 están equipados con pequeños radiadores. El voltaje de entrada no debe exceder los 30 V, que es el máximo para los estabilizadores KR142EN8. Utilice diodos rectificadores para una corriente de al menos 3 A.

9. Dispositivo de alimentación ininterrumpida basado en un estabilizador de conmutación.

En la Fig. 3.4-3 proponemos para su consideración un dispositivo para el suministro de energía ininterrumpida de sistemas de seguridad y videovigilancia basado en un estabilizador de pulso combinado con un cargador. El estabilizador incluye sistemas de protección contra sobrecargas, sobrecalentamiento, sobretensiones de salida y cortocircuitos.

El estabilizador tiene los siguientes parámetros:

• Tensión de entrada, Uvx - 20-30 V:
• Tensión de salida estabilizada, Uvyx-12V:
• corriente de carga nominal, Icarga nominal -5A;
• Corriente de disparo del sistema de protección contra sobrecargas, Iprotect - 7A;.
• Voltaje de funcionamiento del sistema de protección contra sobretensiones, protección Uout - 13 V;
• Corriente máxima de carga de la batería, Icharge batería máx. - 0,7 A;
• Nivel de ondulación. Impulso ascendente - 100 mV
• Temperatura de funcionamiento del sistema de protección contra sobrecalentamiento, Tzasch - 120 C;
• Velocidad de cambio a batería, tswitch - 10ms (relé RES-b RFO.452.112).

El principio de funcionamiento del estabilizador de pulso en el dispositivo descrito es el mismo que el del estabilizador presentado anteriormente.

El dispositivo se complementa con un cargador fabricado con los elementos DA2, R7, R8, R9, R10, VD2, C7. Estabilizador de voltaje IC DA2 con divisor de corriente en R7. R8 limita la corriente de carga inicial máxima, el divisor R9, R10 establece el voltaje de carga de salida, el diodo VD2 protege la batería de la autodescarga en ausencia de voltaje de suministro.

La protección contra sobrecalentamiento utiliza el termistor R16 como sensor de temperatura. Cuando se activa la protección, la alarma sonora, ensamblada en el DD 1 IC, se enciende y, al mismo tiempo, la carga se desconecta del estabilizador, pasando a alimentación de la batería. El termistor está montado en el radiador del transistor VT1. El ajuste fino del nivel de respuesta de protección de temperatura se realiza mediante la resistencia R18.

El sensor de voltaje está ensamblado en el divisor R13, R15. La resistencia R15 establece el nivel exacto de protección contra sobretensiones (13 V). Si se excede el voltaje en la salida del estabilizador (si este último falla), el relé S1 desconecta la carga del estabilizador y lo conecta a la batería. Si se desconecta la tensión de alimentación, el relé S1 pasa al estado "predeterminado", es decir. conecta la carga a la batería.

El circuito que se muestra aquí no tiene protección electrónica contra cortocircuitos para la batería. Esta función la desempeña un fusible en el circuito de alimentación de la carga, diseñado para el máximo consumo de corriente.

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10. Fuentes de alimentación basadas en convertidor de impulsos de alta frecuencia.

Muy a menudo, al diseñar dispositivos, existen requisitos estrictos para el tamaño de la fuente de alimentación. En este caso, la única solución es utilizar una fuente de alimentación basada en convertidores de impulsos de alta tensión y alta frecuencia. que están conectados a una red de ~220 V sin el uso de un gran transformador reductor de baja frecuencia y pueden proporcionar alta potencia con un tamaño pequeño y disipación de calor.

En la Figura 34-4 se muestra el diagrama de bloques de un convertidor de pulsos típico alimentado desde una red industrial.

El filtro de entrada está diseñado para evitar que el ruido impulsivo ingrese a la red. Los interruptores de potencia suministran pulsos de alto voltaje al devanado primario de un transformador de alta frecuencia (se pueden usar circuitos de uno y dos tiempos). La frecuencia y la duración de los pulsos se establecen mediante un generador controlado (generalmente se usa el control del ancho del pulso, con menos frecuencia, la frecuencia). A diferencia de los transformadores de señal sinusoidales de baja frecuencia, las fuentes de alimentación pulsadas utilizan dispositivos de banda ancha que proporcionan una transferencia de energía eficiente en señales con flancos rápidos. Esto impone importantes requisitos en cuanto al tipo de circuito magnético utilizado y al diseño del transformador.

Por otro lado, con un aumento de frecuencia, las dimensiones requeridas del transformador (mientras se mantiene la potencia transmitida) disminuyen (los materiales modernos permiten construir transformadores potentes con una eficiencia aceptable en frecuencias de hasta 100-400 kHz). Una característica especial del rectificador de salida es el uso de diodos Schottky de alta velocidad en lugar de diodos de potencia convencionales, lo que se debe a la alta frecuencia del voltaje rectificado. El filtro de salida suaviza la ondulación del voltaje de salida. El voltaje de retroalimentación se compara con un voltaje de referencia y luego controla el oscilador. Tenga en cuenta la presencia de aislamiento galvánico en el circuito de retroalimentación, que es necesario si queremos asegurar el aislamiento de la tensión de salida de la red.

En la fabricación de este tipo de IP, surgen importantes requisitos para los componentes utilizados (lo que aumenta su coste en comparación con los tradicionales). En primer lugar, se trata de la tensión de funcionamiento de los diodos rectificadores, los condensadores de filtro y los transistores clave, que no debe ser inferior a 350 V para evitar averías. En segundo lugar, se deben utilizar transistores clave de alta frecuencia (frecuencia de funcionamiento 20-100 kHz) y condensadores cerámicos especiales (los electrolitos de óxido convencionales se sobrecalentarán a altas frecuencias debido a su alta inductancia). Y en tercer lugar, la frecuencia de saturación del transformador de alta frecuencia, determinada por el tipo de núcleo magnético utilizado (por regla general, se utilizan núcleos toroidales) debe ser significativamente mayor que la frecuencia de funcionamiento del convertidor.

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En la Fig. 3.4-5 muestra un diagrama esquemático de una fuente de alimentación clásica basada en un convertidor de alta frecuencia. El filtro, compuesto por condensadores C1, C2, C3 y bobinas L1, L2, sirve para proteger la red de suministro de interferencias de alta frecuencia del convertidor. El generador está construido según un circuito autooscilante y combinado con una etapa clave. Los transistores clave VT1 y VT2 funcionan en antifase, abriéndose y cerrándose a su vez. El arranque del generador y su funcionamiento fiable están garantizados por el transistor VT3, que funciona en modo de avalancha. Cuando el voltaje en C6 aumenta a través de R3, el transistor se abre y el capacitor se descarga a la base de VT2, arrancando el generador. La tensión de retroalimentación se elimina del devanado adicional (III) del transformador de potencia Tpl.

Transistores VT1. VT2 se instala sobre radiadores de placas de al menos 100 cm^2. Los diodos VD2-VD5 con barrera Schottky se colocan sobre un pequeño radiador de 5 cm^2.

Datos de bobinas y transformadores: L1-1. L2 se enrolla en anillos de ferrita 2000NM K12x8x3 en dos cables utilizando un cable PELSHO de 0,25: 20 vueltas. TP1 - en dos anillos plegados, ferrita 2000NN KZ 1x18.5x7; bobinado 1 - 82 vueltas con hilo PEV-2 0,5: bobinado II - 25+25 vueltas con hilo PEV-2 1,0: bobinado III - 2 vueltas con hilo PEV-2 0.3. TP2 está enrollado sobre un anillo de ferrita 2000NN K10x6x5. todos los devanados están hechos de alambre PEV-2 0.3: devanado 1 - 10 vueltas: devanados II y III - 6 vueltas cada uno, ambos devanados (II y III) están enrollados de modo que ocupen el 50% del área del anillo sin tocarse ni superpuestos entre sí, el devanado I se enrolla uniformemente alrededor de todo el anillo y se aísla con una capa de tela barnizada. Las bobinas de filtro rectificador L3, L4 están enrolladas en ferrita 2000NM K 12x8x3 con cable PEV-2 1,0, número de vueltas - 30. KT1A se puede utilizar como transistores clave VT2, VT809. KT812, KT841.

Las clasificaciones de los elementos y los datos del devanado de los transformadores se dan para un voltaje de salida de 35 V. En el caso de que se requieran otros valores de parámetros operativos, el número de vueltas en el devanado 2 Tr1 debe cambiarse en consecuencia.

El circuito descrito tiene importantes inconvenientes debido al deseo de reducir al máximo el número de componentes utilizados, entre ellos un bajo nivel de estabilización de la tensión de salida, un funcionamiento inestable y poco fiable y una baja corriente de salida, pero es bastante adecuado para alimentar los diseños más simples de de diferente potencia (si se utilizan componentes adecuados), tales como: calculadoras, números de llamadas, dispositivos de iluminación, etc.

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En la figura 3.4 se muestra otro circuito de alimentación basado en un convertidor de impulsos de alta frecuencia. 6-3. La principal diferencia entre este esquema y la estructura estándar que se muestra en la Fig. 4 .4-2 es la ausencia de un circuito de retroalimentación. En este sentido, la estabilidad de voltaje en los devanados de salida del transformador HF Tr142 es bastante baja y se requiere el uso de estabilizadores secundarios (el circuito utiliza estabilizadores integrados universales basados ​​​​en el IC de la serie KRXNUMX).

11. Estabilizador de conmutación con transistor MIS clave con lectura de corriente

La miniaturización y la mayor eficiencia en el desarrollo y construcción de fuentes de alimentación conmutadas se ven facilitadas por el uso de una nueva clase de inversores semiconductores: transistores MOS, así como: diodos de alta potencia con rápida recuperación inversa, diodos Schottky, ultra alta velocidad. diodos, transistores de efecto de campo con puerta aislada, circuitos integrados para controlar elementos clave. Todos estos elementos están disponibles en el mercado nacional y pueden utilizarse en el diseño de fuentes de alimentación, convertidores, sistemas de encendido para motores de combustión interna (ICE) y sistemas de arranque de lámparas fluorescentes (LDL) de alta eficiencia. Una clase de dispositivos de potencia llamados HEXSense (transistores MOS con detección de corriente) también puede ser de gran interés para los desarrolladores. Son elementos de conmutación ideales para fuentes de alimentación conmutadas listas para controlar. La capacidad de leer la corriente del transistor de conmutación se puede utilizar en fuentes de alimentación conmutadas para proporcionar la retroalimentación de corriente requerida por un controlador de modulación de ancho de pulso. Esto logra la simplificación del diseño de la fuente de energía: la exclusión de resistencias y transformadores de corriente.

En la Fig. La Figura 3.4-7 muestra un diagrama de una fuente de alimentación conmutada de 230 W. Sus principales características de rendimiento son las siguientes:

• Voltaje de entrada: -110V 60Hz:
• Tensión de salida: 48 V CC:
• Corriente de carga: 4.8 A:
• Frecuencia de conmutación: 110 kHz:
• Eficiencia a plena carga: 78%;
• Eficiencia a 1/3 de carga: 83%.

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El circuito se basa en un modulador de ancho de pulso (PWM) con un convertidor de alta frecuencia en la salida. El principio de funcionamiento es el siguiente.

La señal de control para el transistor clave proviene de la salida 6 del controlador PWM DA1, el ciclo de trabajo está limitado al 50% por la resistencia R4, R4 y C3 son los elementos de sincronización del generador. La fuente de alimentación para DA1 la proporciona la cadena VD5, C5, C6, R6. La resistencia R6 está diseñada para suministrar voltaje de suministro durante el arranque del generador; posteriormente, se activa la retroalimentación de voltaje a través de L1, VD5. Esta retroalimentación se obtiene del devanado adicional del inductor de salida, que opera en modo inverso. Además de alimentar el generador, el voltaje de retroalimentación a través del circuito VD4, Cl, Rl, R2 se suministra a la entrada de retroalimentación de voltaje DA1 (pin 2). A través de R3 y C2 se proporciona compensación, lo que garantiza la estabilidad del circuito de retroalimentación.

El elemento clave de VT2 es un transistor MOS IRC830 con detección de corriente de International Rectifier. La señal de lectura actual se suministra desde VT2 al pin 3 de DA1. El nivel de voltaje en el pin de lectura de corriente lo establece la resistencia R7 y es proporcional a la corriente de drenaje, C9 suprime las sobretensiones en el borde anterior del pulso de corriente de drenaje, que pueden causar un funcionamiento prematuro del controlador. VT1 y R5 se utilizan para establecer la ley de control requerida. Tenga en cuenta que la corriente de detección regresa al cristal en el pin fuente. Esto se hace con este propósito. para evitar errores de lectura de corriente que puedan ocurrir debido a una caída de voltaje a través de la resistencia del pin de la fuente parásita.

A partir de este circuito, es posible construir estabilizadores de pulso con otros parámetros de salida.

12. Dispositivos modernos de descarga de gas.

Aproximadamente el 25% de la electricidad mundial se consume mediante iluminación artificial, lo que la convierte en un área extremadamente atractiva para los esfuerzos por mejorar la eficiencia energética y reducir el consumo de energía.

Actualmente, las fuentes de luz económicas más habituales son las lámparas de descarga de gas, que se utilizan cada vez más en lugar de las lámparas incandescentes convencionales. El principio de funcionamiento de tales lámparas es el brillo luminiscente del gas contenido en el interior de la lámpara cuando la corriente fluye a través de ella (ruptura de alto voltaje), que se garantiza aplicando alto voltaje a los electrodos de la lámpara. Las lámparas de descarga de gas se pueden dividir en dos tipos, el primero son las lámparas de alta intensidad, entre las cuales las más comunes son: lámparas de mercurio, lámparas de sodio de alta presión y lámparas de halogenuros metálicos, el segundo tipo son las lámparas fluorescentes de baja presión.

Las lámparas de baja presión se utilizan para la iluminación en la mayoría de los casos de la vida cotidiana: en edificios administrativos, oficinas, edificios residenciales: se distinguen por una luz blanca intensa. cerca de la luz del día (de ahí el nombre - "lámparas fluorescentes"). Las lámparas de alta presión se utilizan para la iluminación exterior: en farolas, reflectores, etc.

Mientras que una lámpara incandescente convencional tiene una carga resistiva constante cuando se enciende, todas las lámparas HID tienen características de impedancia negativa. que requieren una estabilización actual. Además, es necesario tener en cuenta puntos tales como: modo de funcionamiento resonante, protección en caso de fallo de la lámpara; Encendido de alto voltaje, control especial del bus de potencia. El modo principal que debe observar una lámpara fluorescente durante toda su vida útil es el modo actual (idealmente, la estabilización de potencia es necesaria durante todo el período de funcionamiento de la lámpara). Como regla general, las lámparas funcionan con voltaje alterno para igualar el desgaste de los electrodos (si funcionan con voltaje constante, la vida útil es un 50% más corta).

13. Balastos magnéticos y electrónicos

Para controlar las lámparas de descarga de gas, las llamadas balastro magnético (ver diagrama en la Fig. 3.5-1), sin embargo, debido a su ineficiencia y falta de confiabilidad, los circuitos de control electrónico se han vuelto cada vez más comunes recientemente: el balastro electrónico, que puede aumentar significativamente la eficiencia y la vida útil de los sistemas de iluminación, hace que la luz más uniforme y natural para los ojos.

El circuito básico de un balastro electrónico con resonancia en serie se muestra en la Fig. 3.5-2. Con la ayuda de balastos electrónicos, puede controlar lámparas de cualquier potencia, se pueden integrar cualquier dispositivo adicional en el circuito (por ejemplo, un relé fotográfico que enciende la iluminación al anochecer y la apaga al amanecer).

14. Circuito de control para una lámpara fluorescente con una potencia de hasta 40W.

Para controlar una lámpara fluorescente (FLL) con una potencia de hasta 40 W, se utiliza el circuito que se muestra en la Fig. 3.5-3.

Se suministra una tensión de alimentación de ~220 V a las entradas L1 y L2. La tensión continua rectificada por los diodos VD1 -VD4 es de aproximadamente 320 V. Los condensadores C1 y C2 funcionan como un filtro de entrada capacitivo. También es posible utilizar una red de ~110V, en este caso la alimentación se suministra a las entradas L1 (L2) y N. y a los diodos VD1. VD3 (VD2, VD4) con condensadores C1 y C2 funcionan como un duplicador de voltaje de media onda.

DA1 (IR2151) es un circuito de control de transistor MOS con un oscilador interno que opera directamente desde el bus de alimentación a través de R1. El estabilizador interno fija la tensión de alimentación en 15 V. Las puertas se bloquean cuando la tensión de alimentación cae por debajo de 9 V.

Con un voltaje nominal del bus de CC de 230 V, el pulso de onda cuadrada de salida tiene un voltaje efectivo de 160 V y la frecuencia se establece seleccionando R2 y C4 para acercarse a la frecuencia de resonancia de la lámpara. La lámpara funciona en su circuito resonante en serie, que consta de un inductor en serie L1 y un condensador en derivación C6, que está en paralelo con un termistor de coeficiente de temperatura positivo.

Un termistor (también se puede utilizar una bombilla de neón para este fin) tiene una resistencia baja cuando está frío y una resistencia muy alta cuando está caliente, cuando se calienta debido a la corriente que lo atraviesa. El propósito del termistor es garantizar un aumento suave del voltaje a través de los electrodos de la lámpara cuando se enciende. En los casos en que la lámpara esté constantemente encendida o se encienda/apague muy raramente, se puede quitar el termistor. En este caso, la lámpara se enciende instantáneamente, lo que puede provocar un desgaste rápido.

15. Circuito de control subminiatura para lámparas fluorescentes hasta 26W.

El siguiente diagrama de circuito mostrado en la Fig. 3.5-4, le permite controlar una lámpara fluorescente (FLL), aunque tiene dimensiones subminiatura, ya que no utiliza inversores de potencia (IC IR51H420 combina IC IR2151 y interruptores MIS en una sola carcasa). La potencia máxima de la lámpara en este caso no debe exceder los 26 W, que es suficiente para iluminar un lugar de trabajo.

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16. Convertidores elevadores y multiplicadores de voltaje.

Normalmente, si el diseño tiene alimentación de red, se utilizan transformadores para obtener todos los voltajes de suministro. Los convertidores elevadores y los multiplicadores de voltaje se utilizan cuando es necesario obtener voltajes superiores al voltaje de suministro en dispositivos portátiles alimentados por baterías o baterías recargables. Los convertidores de baja potencia (hasta 100-200 mW) se pueden ensamblar utilizando elementos discretos sin el uso de transformadores; los convertidores de alta potencia requieren un transformador. Para obtener el doble o el triple de voltaje, puede utilizar el llamado. multiplicadores de voltaje (ver Capítulo 2).

17. Duplicador de voltaje sin transformador para dispositivos pequeños

En la Fig. 3.6-1 muestra un diagrama de un convertidor de voltaje de 9 V -> 18 V para dispositivos que no consumen más de 100 mA a un voltaje de suministro de 18 V. El convertidor está incluido en un práctico circuito de sirena para sistemas de seguridad y alarma.

El generador de control se fabrica según un diseño estándar. En la salida D 1.2 se generan impulsos rectangulares con una frecuencia de 1 Hz. Los pulsos se suministran a un generador controlado Dl.3, D1.4 y una cadena de R3, R2, C2, lo que afecta la profundidad de modulación. R4, R5, C3, C4 se seleccionan de acuerdo con la frecuencia de resonancia del emisor piezocerámico B 1 dentro del rango de 1,5-3 kHz. Para aumentar la amplitud del piezocristal, se introduce un multiplicador en el circuito. La señal de la salida DD1.4 va al par complementario VT5, VT6 y luego al multiplicador VD3, VD4, C5, Sat. El voltaje en C6 con una corriente de carga de 50 mA y una fuente de alimentación principal de 9 V es de aproximadamente 16 V. La potencia del multiplicador se puede aumentar ligeramente utilizando condensadores de mayor potencia. El circuito se puede alimentar con un voltaje de 6-15 V (15 V es el máximo para el IC serie 561), en el caso de un suministro de 15 V, el voltaje en la salida del multiplicador será ns inferior a 25 V a una carga de 80 mA.

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En este diseño, la amplitud en el cristal del elemento piezoeléctrico será cuádruple, dado que se enciende en antifase con respecto a los brazos de los transistores VT1, VT3. Como emisor se utiliza una placa cerámica especialmente desarrollada con revestimiento por ambas caras, la llamada trimorfa, con un diámetro de cristal de 32 mm.

18. Potente convertidor para alimentar electrodomésticos.

En la Fig. La Figura 3.6-2 muestra un diagrama esquemático de un potente convertidor para alimentar electrodomésticos (TV, taladro, bomba eléctrica, etc.) desde la batería de un automóvil. El convertidor proporciona una tensión de salida de 220 V, 50 Hz para una carga de hasta 100 W. Con carga máxima, la corriente consumida de la batería no supera los 10 A.

El número de piezas del dispositivo se mantiene al mínimo. El chip DD1.1 contiene un oscilador maestro con una frecuencia de 100 Hz. El ajuste fino de la frecuencia (que es importante para el funcionamiento normal del equipo) se realiza mediante las resistencias R1 y R2. La división de frecuencia por 2 y el control del transistor los proporciona la segunda mitad del microcircuito: D1.2. Se incluyen transistores VT1, VT2 para garantizar el funcionamiento normal de las salidas DD1.2 con la corriente de carga máxima. Los transistores de salida VT3, VT4 se instalan en radiadores con un área de al menos 350 cm^2.

Para suavizar los frentes rectangulares se diseña el condensador C3, que junto con el devanado de salida y la carga forma un sistema resonante. Su capacidad depende en gran medida de la naturaleza de la carga. El transformador TP1 está fabricado sobre un núcleo magnético de la marca ShLM o PLM con una potencia total de 100 W. Los devanados I y II contienen cada uno 17 vueltas de cable PEV-2 de 2,0 mm, el devanado III contiene 750 vueltas de cable PEV-2 de 0,7 mm.

Este circuito es muy fácil de convertir en un convertidor de voltaje de alta frecuencia (frecuencia de conversión ~25 kHz). Para hacer esto, basta con aumentar la frecuencia del oscilador maestro en D1.1 a -50 kHz, cambiando las capacitancias C1 y C2 en 180 pF y reemplazar TP1 con un transformador de alta frecuencia. La potencia del convertidor depende de la carga de los transistores de salida, la corriente máxima que pueden proporcionar no debe exceder los 8A en el brazo. Para aumentar la corriente, el número de vueltas del transformador en los devanados 1 y 8 se reduce a 10-25. En la salida del convertidor se instalan un puente de diodos y un filtro de paso alto, los componentes utilizados en ellos deben garantizar un funcionamiento normal a una frecuencia de XNUMX kHz.

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19 Protección contra sobretensión

En las redes industriales y domésticas, con bastante frecuencia se pueden registrar sobretensiones inesperadas y el voltaje en la red puede exceder el voltaje nominal en un 20-40%. Estos lanzamientos se pueden dividir en dos clases:

1. A corto plazo: un aumento de la amplitud durante varios períodos.

2. A largo plazo: aumento del voltaje durante varios segundos o minutos.

El primero se puede atribuir más bien al ruido impulsivo, que está asociado con la conmutación de algunas cargas potentes en la línea (máquinas de soldar, motores, elementos calefactores). Sin duda repercuten en los electrodomésticos y, especialmente, en los elementos sensibles de las fuentes de alimentación de televisores y centros de audio. que a menudo están de servicio las XNUMX horas del día.

20. Dispositivo de protección contra ruido impulsivo de red.

El dispositivo de protección contra el ruido impulsivo se muestra en la Fig. 3.7-1. El circuito consta de los siguientes nodos:

• fuente de alimentación: VD1-VD4, R6, R7, VD5, VD7, Cl, C2;
• comparador de sensores: Rl, R2, R3, R4, R5, HL1, VD8, DA1, R8, R9;
• restablecer el controlador con retardo de apagado: VD9, R10, DD1.1, DD1.2, VD10, R11, C3;
• Generador de impulsos de alta frecuencia de 25 kHz para controlar un triac-DD 1.3, DD1.4, R 12, R 13, C4, C5, R14, TP1, VS1.
• zumbador (opcional) - R14, R15, C6, C7, HA1, DD2.

La fuente de alimentación produce dos voltajes: +24 V - para alimentar el transformador de pulso, +5 V - para alimentar el dispositivo IC.

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La unidad de control de tensión está montada en Rl, R2, R3. Desde el divisor, el voltaje se suministra a la entrada del comparador. El nivel de activación de sobretensión se establece mediante la resistencia R2 (la posición del control deslizante se selecciona de modo que el comparador esté a punto de activarse en una entrada de 245 V). Cuando la entrada del comparador excede el valor de amplitud especificado, cambia y aparecen pulsos rectangulares con una frecuencia de 25 Hz en la salida.

En el estado inicial, la salida D1.2 se mantiene en un nivel lógico alto, permitiendo la operación del generador de control triac (para mantenerlo en estado abierto). El transistor VT1 controla el transformador de pulso. formando potentes pulsos de voltaje abiertos. La frecuencia del generador se elige en 25 kHz para desbloquear rápidamente el interruptor de encendido en los momentos de transición a "cero" (si la frecuencia de control es insuficiente, puede suceder que cuando aparezcan sobretensiones durante el encendido y la forma del La señal sinusoidal está distorsionada, el sistema no tendrá tiempo de reaccionar y la señal distorsionada se enviará a la carga).

El circuito diferenciador de los elementos D1.1 y D1.2 prohíbe el funcionamiento del generador cuando llega un nivel bajo desde la salida del comparador (cuando aumenta la tensión umbral en la red) y, con un retraso de 9 s, permite la El generador arranca cuando el voltaje cae a un valor umbral de 240 V.

El transformador de impulsos TP1 está enrollado en un matnitowire de tamaño estándar K20x10x7,5 de ferrita de grado 2000NN y contiene: devanado I - 100 vueltas, devanado II - 40 vueltas de cable PELSHO-0,22. Los devanados se aíslan del anillo con una capa de tela barnizada y se colocan en lados opuestos del anillo.

Cuando la potencia de carga sea superior a 300 W, se deberá instalar el triac en el radiador.

Publicación: cxem.net

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