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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Tres fuentes de alimentación con reguladores de conmutación. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación En los viejos tiempos, las fuentes de alimentación caseras con estabilizadores de tensión conmutados eran muy difíciles de fabricar y configurar, ya que tenían que fabricarse íntegramente a partir de elementos discretos. Por lo tanto, en el entorno de los radioaficionados, las fuentes de alimentación con estabilizadores lineales eran mucho más populares. Las principales desventajas de los estabilizadores lineales son la baja eficiencia con una gran diferencia entre los voltajes de entrada y salida, la necesidad de utilizar un disipador de calor de tamaño significativo, lo que conlleva un aumento en el peso y las dimensiones de la estructura. Los dispositivos con un regulador de conmutación brindan mayor eficiencia, pesan menos y generalmente son más pequeños en comparación con los diseños que usan reguladores de voltaje lineales. Mediante el uso de circuitos integrados especializados para estabilizadores de conmutación, es posible simplificar significativamente los circuitos de los estabilizadores de conmutación y, al mismo tiempo, aumentar su confiabilidad y características de rendimiento. En la figura 1 se muestra un diagrama esquemático de una fuente de alimentación de baja potencia con un estabilizador de voltaje conmutado. 3,3. Esta fuente de alimentación proporciona un voltaje de salida de 9 V a 0,5 V con una corriente de carga de hasta 34063 A. El regulador de conmutación en este diseño se implementa en un circuito integrado popular y económico como el MC3AP de Motorola. Este microcircuito permanece operativo a un voltaje de entrada de 40...1,5 V y le permite crear convertidores de voltaje elevador, reductor e inversor. El chip se incluye como convertidor reductor de conmutación. usarlo en este modo será más racional si el voltaje de entrada excede el voltaje estabilizado en al menos 3 veces. Con una diferencia menor entre los voltajes de entrada y salida, la eficiencia del estabilizador disminuye, acercándose a la eficiencia de los estabilizadores lineales. La diferencia mínima entre el voltaje de entrada y salida requerida para el funcionamiento normal del convertidor reductor es de XNUMX V.
La tensión de red de 220 V CA se suministra al devanado primario del transformador reductor T1 a través del fusible FU1 y la resistencia protectora no inflamable R1. La tensión del devanado secundario del transformador se suministra a través de un fusible autorregenerable FU2 a un puente rectificador fabricado con diodos Schottky VD1...VD4. El condensador C1 suaviza las ondulaciones del voltaje rectificado. El varistor RU1 protege el transformador de red y los diodos del puente rectificador contra daños durante sobretensiones de red y ruido de pulso. La resistencia de baja resistencia R2 es necesaria para proteger el microcircuito DA1 de sobrecargas; cuanto mayor es su resistencia, menor es la corriente que se activa la protección incorporada del microcircuito. La frecuencia del generador de microcircuitos la establece el condensador C4. El diodo Schottky VD5 y el inductor de almacenamiento L1 participan en la conversión del alto voltaje de entrada en un voltaje de salida bajo estabilizado, cuyo valor depende de la resistencia de la resistencia R5 y la resistencia total de la resistencia constante R3 y la variable R4 conectadas en serie. Dado que el comparador del microcircuito se esfuerza por mantener un voltaje de aproximadamente 5 V en el pin 1,25, cuanto mayor sea la resistencia total de las resistencias R3 y R4, menor será el voltaje de salida del estabilizador. Los inductores L2 y L3 son parte de los filtros LC que suavizan las ondulaciones del voltaje de salida estabilizado. El potente diodo Zener VD7 protege la carga de daños si el estabilizador falla y se dispara el fusible autorreintable FU2. El diodo VD6 reduce la probabilidad de dañar el microcircuito. El LED HL1 se enciende cuando hay un estabilizador de voltaje en la salida. Realizado impecablemente según el esquema de la fig. 1 de las piezas reparables es una fuente de alimentación que no requiere configurar una fuente de alimentación con un estabilizador de voltaje de CC conmutado fabricado en el popular circuito integrado de la serie LM2575; los estabilizadores de voltaje conmutados fabricados en microcircuitos de esta serie son capaces de entregar corriente hasta a 1 A a la carga. El voltaje de entrada de los estabilizadores integrados de la serie LM2575T puede ser de hasta 40 V. Este diseño utiliza un microcircuito del tipo LM2575T-5.0, diseñado para un voltaje estabilizado de salida fijo de +5 V. Para ampliar Para el ámbito de aplicación de un dispositivo con dicho estabilizador, se utilizó una solución de circuito que permite obtener otros voltajes en la salida de la fuente de alimentación. El nodo del transformador reductor T1 funciona de la misma manera que un nodo similar en el primer dispositivo. Los condensadores C1, C2, C3 son el filtro de potencia para el chip DA1. El acelerador L1 es acumulativo. Las ondulaciones en el voltaje de salida del estabilizador se suavizan mediante un filtro de paso bajo de dos etapas C4C9L2C10C11L3 C12C13. Usando el interruptor SB1, puede seleccionar el voltaje de salida de 5 o 9 V. Cuando los contactos de este interruptor están abiertos, el voltaje al pin 4 de DA1 se suministra a través de la resistencia R2, cuya resistencia determina el voltaje de salida del estabilizador. Cuanto mayor sea la resistencia de esta resistencia, mayor será el voltaje de salida. Cuando los contactos SB1 están cerrados, el voltaje en la salida del estabilizador será igual al voltaje de salida operativo aplicado. Cabe señalar que los estabilizadores de voltaje de conmutación reductores consumen menos corriente del rectificador que la corriente que suministran a la carga. Además, cuanto mayor sea la diferencia entre el voltaje de entrada y salida del estabilizador, menor será esta corriente con una corriente de carga constante. Para un funcionamiento estable del dispositivo, los condensadores C2, C3 deben instalarse lo más cerca posible de los pines de alimentación del chip DA1. También es deseable que se cumpla esta condición para el condensador C1. En la Fig. 2. Se presenta el diagrama de un microcircuito más potente, en este caso 5,0...5,2 V.
La resistencia R3 y el diodo VD6 reducen la probabilidad de dañar el microcircuito. Cuando la tensión de salida es de 5 V, se enciende el LED verde HL1. Con un voltaje de salida de 9 V, el LED "rojo" HL2 también se encenderá, ya que el voltaje en la salida del estabilizador será mayor que el voltaje de funcionamiento total del LED HL2 y el diodo zener VD8. Un potente diodo zener VD7 instalado en la salida del estabilizador de voltaje reduce la probabilidad de dañar la carga si el estabilizador no funciona correctamente. Sin lugar a dudas fabricado a partir de piezas reparables según el diagrama de la Fig. 2 la fuente de alimentación comienza a funcionar inmediatamente después de ser conectada a la red. Si es necesario, al seleccionar la resistencia de la resistencia R2, puede configurar con mayor precisión el voltaje de salida de 9 V o algo parecido que necesite. También se puede instalar una resistencia variable en lugar de R2, entonces será posible regular suavemente el voltaje de salida, por ejemplo, de 5 a 12 V. La carcasa metálica de la resistencia variable debe conectarse a un cable común. Con un voltaje de salida del estabilizador de 9 V, una corriente de carga de 1 A, un voltaje de entrada de 16 V, la corriente consumida por el estabilizador será de aproximadamente 0,6 A, lo que corresponde a su eficiencia de aproximadamente el 93% sin tener en cuenta las pérdidas en el paso. -transformador de bajada y puente rectificador. En comparación, la eficiencia de un estabilizador lineal en las mismas condiciones no sería superior al 56%. Con un voltaje de entrada de 19 V, un voltaje de salida de 5 V, una corriente de carga de 1 A, la corriente consumida por el estabilizador del puente rectificador será de aproximadamente 0,31 A, lo que corresponde a una eficiencia de aproximadamente el 84%, la amplitud de la tensión de ondulación en la salida del estabilizador a la corriente de carga máxima no supera los 20 mV a la frecuencia de funcionamiento del convertidor de impulsos DA1. En la Fig. La Figura 3 muestra un diagrama esquemático de una fuente de energía aún más poderosa, que es un cargador y dispositivo de suministro de energía con un estabilizador de voltaje de pulso. Este dispositivo le permite conectar dos dispositivos simultáneamente, por ejemplo, un reproductor Flash de bolsillo, una cámara, un teléfono móvil para recargar sus baterías incorporadas a través de un cable de interfaz USB o directamente para alimentar estos dispositivos para ahorrar recursos de batería. Además, este diseño se puede utilizar como una potente fuente de alimentación de laboratorio con protección contra sobrecargas. El dispositivo se ensambla utilizando un circuito integrado de SGS-Thomson Microelectronics tipo L4960, que es un estabilizador de voltaje de conmutación reductor ajustable. Este microcircuito es capaz de entregar una corriente de carga de hasta 2,5 A, su voltaje de salida es de +5.40 V y su eficiencia es de hasta el 90%. La tensión de alimentación máxima del microcircuito L4960 es de +46 V. El microcircuito tiene protección incorporada contra sobrecarga y sobrecalentamiento. El nodo en el transformador reductor T1 funciona de la misma manera que un nodo similar en los dispositivos discutidos anteriormente. Las ondulaciones de tensión rectificadas se suavizan mediante un condensador de óxido de alta capacidad C4. La tensión continua se suministra al regulador de conmutación integrado DA1. En la Fig. La Figura 3 muestra un diagrama esquemático de una fuente de energía aún más poderosa.
La frecuencia de conversión de DA1 es de aproximadamente 83 kHz con una corriente de carga de 1 A. El inductor L1 es almacenamiento. El voltaje de salida depende de las relaciones de las resistencias de las resistencias R5, R6 y R3. Con una resistencia total cero de la resistencia variable R5 y la resistencia R6, el voltaje de salida del estabilizador de pulso será de 5,0...5,2 V. Las ondulaciones del voltaje de salida se suavizan mediante un filtro LC P de dos enlaces C12C13 L2C15C16L3C17C18. La ondulación del voltaje de salida no excede los 20 mV a la frecuencia de funcionamiento del convertidor con una corriente de carga de 1 A. La resistencia R7 y el diodo VD1 protegen a DA1 de posibles daños. Esta fuente de alimentación puede funcionar en dos modos, seleccionados con el botón SB1. En la posición que se muestra en el diagrama del circuito, el dispositivo funciona como un cargador USB con un voltaje de salida de +5 V, que no depende de la posición de la variable. deslizador de resistencia R5. Si SB1 se mueve a la segunda posición, el dispositivo funcionará como una fuente de alimentación con un voltaje de salida ajustable. El modo de funcionamiento se indica mediante el LED HL3. Cuando el diseño está funcionando en el modo "Cargador", este LED se ilumina en verde o amarillo cuando el dispositivo funciona como fuente de alimentación de laboratorio. Los nodos de los transistores VT1, VT2 están diseñados para indicar la presencia de corriente de carga. Con la resistencia de las resistencias R9, R12 indicada en el diagrama del circuito, los LED HL1, HL2 se encienden cuando fluye una corriente a través de la carga correspondiente de más de 150 mA. Si necesita que los LED brillen con una corriente de carga más baja, entonces los transistores de silicio 2SA105 se pueden reemplazar con transistores de germanio, por ejemplo, MP39B. MP25A, MP26, que es preferible, o configure las resistencias R9, R12 a una resistencia más alta. Los fusibles autorregenerables FU3, FU4 se disparan en caso de cortocircuito o sobrecarga. Un potente diodo Zener VD7 y un condensador C14 protegen los dispositivos conectados a tomas USB de un aumento en el voltaje de salida que puede ocurrir al cambiar SB1. Tenga en cuenta que la alimentación se suministra a la toma XS1 a través de un fusible autorreintable de corriente superior FU3. Además, la presencia del botón SB2 permite conectar a este enchufe dispositivos con un consumo de corriente relativamente alto. Para hacer esto, los contactos SB2 deben estar cerrados, lo que evitará una caída en el voltaje de salida a través de la resistencia R9. El potente diodo zener VD8 reduce la probabilidad de daños en la carga si el estabilizador de voltaje no funciona correctamente. Si por alguna razón el voltaje en la salida del estabilizador supera los 15 V, se disparará la protección incorporada del microcircuito o el fusible autorregenerable FU2. Si no se corta la alimentación lo antes posible, se romperá el diodo zener VD8. Para eliminar la avería del diodo zener protector en este y en los diseños anteriores, la protección contra sobretensión se puede complementar con una unidad de tiristor estándar que consta de un tiristor de potencia media, un diodo zener y una resistencia. En lugar de un transformador reductor. TP112-8 es adecuado para cualquier persona con una potencia total de 7 W y un voltaje en el devanado secundario de 14...18 V. En lugar de un tipo transformador. TP114-7 es adecuado para cualquiera con una potencia total de al menos 13 W y una tensión en el devanado secundario de 15.20 V. Tipo transformador. TP-30-2 se puede sustituir por. TTP40 u otros similares con una potencia total de al menos 30 W. Cuanto mayor sea el voltaje en la salida del puente rectificador, menos corriente consume el estabilizador con una corriente de carga constante. El varistor TNR10G471K se puede reemplazar con cualquier 430 V, 470 V, por ejemplo, FNR-07K471, FNR-14K471 MLT, S1-4, S2-23, S1-14. En todos los circuitos es aconsejable utilizar la resistencia R1, que no sea inflamable, por ejemplo. P1-7 o cable de pequeño tamaño con una potencia de 1 o 2 W en una carcasa de cerámica. Resistencia variable - SPZ-4 o similar con característica lineal. Se debe colocar un mango de material aislante en el eje de la resistencia variable. Los condensadores de óxido son análogos importados de K50-35, K50-68, K53-19. Condensadores no polares: cerámicos, análogos importados de K10-17, KM-5, KM-6 o no rentables en versión SMD. Los condensadores cerámicos instalados en paralelo con los diodos del puente rectificador y en la entrada de los estabilizadores de voltaje deben tener una tensión de funcionamiento de al menos 30 V. Los condensadores cerámicos restantes se pueden instalar para una tensión de funcionamiento de 16 V. En lugar de los diodos Schottky SR360, puede utilizar los diodos MBR350, 1N5825, MBR360, DQ06, MBRD660CT, MBR1060, 50WR06. Estos mismos diodos pueden reemplazar los diodos Schottky 1N5822 y los diodos Schottky de baja potencia - 1N5819. En ausencia de diodos con barrera Schottky, se pueden usar diodos de las series KD213, 2D213. En lugar del diodo 1N4001, cualquiera de la serie 1N4001 - Se pueden utilizar 1N4007, UF4001 - UFN4007, KD208, KD209, KD243. El diodo zener KS162A se puede sustituir por KS162V. 1N5341. El diodo zener 1N5339 se puede reemplazar por 1RMT5919VTZ. 1SMB5919BT3, 1N5919. El diodo Zener BZV55C-4V3 se puede reemplazar con 1N4731A, TZMC-4V3 en lugar de un diodo Zener. R6KE12A se puede instalar 1N5349 o D815D. En lugar de un diodo zener. R6KE15A se adapta a 1 N5352, D815E. Los LED se adaptarán a cualquier brillo de color continuo similar. En lugar de los transistores pn-p de baja potencia 2SA105, es adecuado cualquiera de las series SS9015, 2SA542, KT361, KT3107, KT208 KT209. El circuito integrado MC34063AP se puede reemplazar con el MC34063AP1 o el más confiable MC33063A, alojado en un paquete DIP-8. Para aumentar la confiabilidad, se debe pegar un disipador de calor acanalado de cobre con una superficie de enfriamiento de 8 cm2575 a dichos microcircuitos utilizando pegamento termoconductor. El circuito integrado LM5.0T-5 está diseñado para una tensión de salida de +220 V, fabricado en un paquete TO-2575 de cinco pines, en su lugar se pueden utilizar microcircuitos LM5.0TV-220. hecho en el cuerpo. TO-2575 o L.M2D5.0T-2576, o un chip similar de la serie LM2576. Los microcircuitos de la serie LM3 permiten una corriente de carga de hasta 2575 A. Entre los microcircuitos de la serie LM2576, LM3,3 también hay microcircuitos para tensiones de salida fijas de 12 V, 15 V, 1,23 V y ajustables - Adj para tensiones de salida de 37...60 V. El microcircuito debe instalarse en un disipador de calor de cobre o duraluminio con una superficie de enfriamiento de al menos 2 cm3. Si la fuente de alimentación se ensambla según el diagrama de la Fig. 2576, estará diseñado para una corriente de carga de 200 A, entonces el disipador de calor para el microcircuito de la serie LM300 debe ser de al menos 4960 cm200. y en un edificio estrecho y mal ventilado, al menos XNUMX cmXNUMX. El chip LXNUMX también debe instalarse en un disipador de calor con una superficie de enfriamiento de al menos XNUMX cmXNUMX. (un lado). En lugar de los fusibles autorreparables de polímero de la serie MF-R, son adecuados los similares de la serie LP60. Tipo de interruptores. P2K, PKN, cuyos grupos libres de contactos están conectados en paralelo. La bobina de almacenamiento (L1 en todos los circuitos) debe tener una inductancia de 150.300 μH y se puede fabricar con un núcleo magnético anular K32x20x6 de ferrita 2000NN. En el anillo se realiza un corte pasante de 1...1.5 mm de ancho con una sierra circular de diamante o una buena sierra para metales. Se pega un trozo de PCB sin papel de aluminio en el espacio resultante. Después de enrollar el anillo con tela barnizada, se enrollan sobre él 22...0,18 vueltas con alambre Litz de 50x60 mm, serán unos 2 metros de alambre. Si al hacer un corte el anillo se parte en dos mitades, se puede pegar con superpegamento instantáneo. Entre las capas del devanado es necesario colocar una capa de tela barnizada o. Cinta aislante de PVC. Cada capa de devanado está impregnada de tsaponlak. Los inductores L2 y L3 en todos los circuitos contienen 15 vueltas del mismo cable enrollado en un anillo K20x12x6 hecho de ferrita M2000NM. Antes de colocar el devanado, el anillo se lima ligeramente y se divide en dos mitades. Luego se pegan con superpegamento instantáneo o pegamento. BF y secar durante al menos 1 horas a temperatura ambiente. Para un estabilizador de voltaje fabricado según el diagrama de la Fig. 0,05, se pueden utilizar núcleos magnéticos más pequeños. También se pueden utilizar bobinas de choque industriales adecuadas con una resistencia de bobinado no superior a 3 ohmios. Para un estabilizador ensamblado según el diagrama de la Fig. 0,02, es deseable que la resistencia de los devanados del inductor no supere los 2 ohmios. Además, en lugar de los estranguladores L3 y LXNUMX, puede utilizar los estranguladores fabricados en. Núcleos de ferrita en forma de H, por ejemplo, de bobinas de corrección de trama de televisores y monitores CRT. Autor: Butov A. L.
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