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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Fuente de alimentación conmutada basada en un transistor unijuntura. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación Las fuentes de alimentación de baja frecuencia de los transformadores de potencia, debido a sus grandes dimensiones y peso, así como a su baja eficiencia, están siendo reemplazadas por fuentes de impulsos en todas partes. El desarrollo de potentes transistores de alta frecuencia y transformadores de impulsos sobre núcleos de ferrita permite transferir energía a la carga en frecuencias acordes con la longitud de las ondas de radio y reducir los parámetros de peso y tamaño de dichas fuentes a valores mínimos. La fuente propuesta está diseñada para alimentar equipos potentes y cargar baterías de automóviles. La fuente está construida sobre la base de un convertidor de ciclo único, que incluye un oscilador maestro basado en un transistor unijunción y un oscilador de bloqueo basado en un potente transistor bipolar. El principio de funcionamiento de la fuente se basa en una conversión de voltaje triple. La tensión alterna de la red eléctrica se rectifica (se convierte en tensión continua de alto voltaje) y se suministra al convertidor de llave. Un interruptor de alta frecuencia con un transformador convierte el voltaje directo en voltaje pulsado de bajo voltaje. Este último se endereza y se suministra a la carga. En los convertidores flyback (inversores), durante el período en que el interruptor del transistor está cerrado, la energía se acumula en el transformador y se transfiere a la carga cuando el interruptor está abierto. En tales inversores, la magnetización unipolar del transformador conduce a una magnetización residual del núcleo de ferrita y, para reducirla, se requiere un espacio no magnético en el núcleo magnético. La energía almacenada en el transformador durante el pulso de conmutación no siempre tiene tiempo de disiparse durante la pausa, lo que puede provocar la saturación del transformador y la pérdida de propiedades magnéticas del núcleo. Para eliminar este efecto, el circuito primario del transformador se deriva con un diodo de alta velocidad con una carga resistiva. El diagrama fuente se muestra en la Fig.1.
El ruido de conmutación en las fuentes de alimentación conmutadas surge debido al modo de funcionamiento de conmutación de potentes elementos de control. Para proteger la red y el convertidor del ruido impulsivo, se instala un filtro de línea en un inductor T2 de dos devanados con condensadores C7, C8, C10 para suprimir el ruido asimétrico. La corriente de carga del condensador de filtro C4 está limitada por el posistor Rt1, cuya resistencia disminuye al aumentar la temperatura. El ruido impulsivo del convertidor que se produce cuando se conmuta el transistor VT2 y el transformador T1 se elimina mediante los circuitos paralelos VD2-C5-R11 y C6-R13, el ruido en el circuito de carga se suprime mediante el inductor L1. La duración de las pausas entre los pulsos de corriente de salida aumenta ligeramente, pero no empeora la conversión. El generador de impulsos de arranque del inversor está fabricado en un transistor unijuntura VT1. La tensión de alimentación VT1 se estabiliza mediante el diodo VD1. El voltaje de carga en el capacitor C1 abre periódicamente VT1 y crea una secuencia de pulsos en la resistencia R4 con una frecuencia determinada por las clasificaciones de R1, R2 y C1. El condensador C2 acelera el proceso de conmutación transitoria del transistor VT1. Cuando se aplica energía, se suministra tensión continua (rectificada por el puente de diodos VD4) desde el condensador de filtro C4 a través del devanado 1 del transformador T1 al colector del transistor VT2, en el que está ensamblado el generador de bloqueo. El flujo de corriente del colector a través del devanado 1 T1 va acompañado de la acumulación de energía en el campo magnético del núcleo. El voltaje del pulso de la resistencia R4 abre el transistor VT2 durante unos microsegundos, la corriente del colector VT2 en este momento aumenta a 3...4 A. Después del final del pulso positivo, la corriente del colector se detiene. El cese de la corriente provoca la aparición de un EMF de autoinducción en las bobinas del transformador, lo que crea un voltaje de pulso en el devanado 3. El diodo VD5 con condensador C9 rectifica y filtra este voltaje, que se suministra a la carga a través del inductor L1. El voltaje del pulso del devanado 2 T1 a través de las resistencias R5, R9, R14 se suministra a la base del transistor VT2 y el circuito entra en modo de autooscilación. El condensador C3 mantiene la estabilidad del generador de bloqueo. La estabilización del voltaje de salida se realiza mediante el optoacoplador VU1, que proporciona aislamiento galvánico de los circuitos de salida de alto y bajo voltaje. Un aumento en el voltaje de carga, por ejemplo, debido a un aumento en su resistencia, conduce a la inclusión del LED del optoacoplador VU1, cuyo fotodiodo se abre y desvía la señal del devanado 2 T2. El voltaje del pulso en la base de VT2 disminuye y, en consecuencia, disminuye el tiempo de su estado abierto. La duración de los pulsos positivos en el devanado 3 T1 también disminuye, lo que provoca una disminución en el voltaje de salida (y la corriente de carga de la batería GB1). Cuando el voltaje de carga disminuye, el proceso descrito ocurre a la inversa. En caso de una sobrecarga de corriente del transistor VT2, aumenta el voltaje del pulso a través de la resistencia R12 en su circuito emisor. Luego se abre el regulador de tensión paralelo DA1 y desvía la tensión base VT2. Esto también reduce la duración de su estado abierto (hasta la ruptura de las auto-oscilaciones). El valor de la corriente de corte del transistor VT2 se ajusta mediante la resistencia R10. Después de eliminar la sobrecarga, el generador de bloqueo se reinicia desde el modelador de pulso en VT1. La elección del transformador de alta frecuencia depende de la potencia de carga. La potencia del transformador depende directamente de la frecuencia del autooscilador y del grado de ferrita. Cuando la frecuencia aumenta 10 veces, la potencia del transformador aumenta casi 4 veces. Debido a la dificultad de fabricar usted mismo un transformador de impulsos, el dispositivo utiliza un transformador de un monitor obsoleto. También son adecuados los transformadores de televisores. A modo de orientación, proporcionamos datos aproximados para el transformador T1. El núcleo es B26M1000 con un hueco en la varilla central. El devanado 1 contiene 56 vueltas de cable PEV-2 de 0,51 mm, el devanado de 2 a 4 vueltas de 0,18 mm y el devanado de 3 a 14 vueltas con un haz de 3 cables de 0,31 mm. El dispositivo se ensambla sobre una placa de circuito impreso de 115x65 mm (Fig. 2).
Los puentes están ubicados en el costado de los componentes de la radio. El disipador de calor del transistor clave VT2 se utiliza desde el procesador de la computadora. Para una mejor refrigeración, puede utilizar un ventilador de la fuente de alimentación de una computadora conectándolo a la salida de la fuente a través de una resistencia con una resistencia de 33...56 ohmios. Los tipos de elementos utilizados se dan en la Tabla 1, el posible reemplazo de los transistores convertidores se encuentra en la Tabla 2.
La configuración del circuito ensamblado comienza con una revisión minuciosa de la placa. Se conecta una bombilla de 220 V de cualquier potencia al corte del cable de red y, en lugar de una carga, una bombilla de automóvil (12 V, 20 velas). Si hay piezas defectuosas o errores de instalación, la luz de encendido se iluminará intensamente, pero la luz del automóvil no se encenderá. Si el circuito funciona correctamente, la luz de encendido no se enciende o se enciende a baja intensidad, mientras que la bombilla del automóvil se enciende intensamente. El brillo de la bombilla en la carga (voltaje de salida) se puede ajustar mediante la resistencia R1. El umbral de protección contra sobrecorriente lo establece la resistencia R10, la estabilización de voltaje (a carga máxima) está regulada por la resistencia R5. Al seleccionar R15 (si es necesario), la corriente del LED del optoacoplador VU1 se ajusta entre 5...6 mA. Si tiene un osciloscopio, es conveniente verificar primero el funcionamiento del generador en el transistor VT1 aplicando al inversor una tensión de alimentación de 30...50 V desde una fuente de laboratorio. La frecuencia del generador se puede cambiar mediante la resistencia R1 o el condensador C1. Si la retroalimentación es débil (la resistencia R5 es alta) o el devanado 2 T1 está conectado incorrectamente, el generador de bloqueo en VT2 puede apagarse debido a una sobrecarga breve y no reiniciarse. Autores: V.Konovalov, A.Vanteev, Laboratorio creativo "Automatización y telemecánica", Irkutsk
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