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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Potente fuente de alimentación, 220/32 voltios 1000 vatios. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación En los últimos años, la conversión de voltaje a una frecuencia de varias decenas de kilohercios se ha utilizado cada vez más para reducir el tamaño y el peso de las fuentes de alimentación de la red. Dicha fuente contiene un rectificador de tensión de red, un filtro ondulado con una frecuencia de red duplicada, un convertidor de tensión, un transformador reductor, un rectificador y un filtro ondulado con una frecuencia de conversión duplicada. El convertidor generalmente se realiza de acuerdo con el esquema de un inversor de puente o medio puente, en el que los transistores se abren y cierran alternativamente después de medio período de conmutación. La desventaja de dicho convertidor es la presencia de una corriente de colector pasante en los momentos de cierre de los transistores. Debido a esto, se les asigna una gran potencia eléctrica instantánea, cuyo valor permisible limita la potencia de dichos dispositivos. La potencia instantánea permisible de los transistores de silicio comúnmente utilizados en convertidores de voltaje, por ejemplo, la serie KT812, no supera varios cientos de vatios. Hasta cierto punto, esta limitación se puede eliminar mediante el uso de un puente inversor cargado con un circuito resonante en serie. Los transistores de dicho dispositivo se cierran en ausencia de corrientes de colector, el voltaje máximo del colector (en relación con el emisor) y la corriente máxima del colector actúan sobre el transistor en diferentes momentos, por lo que la potencia eléctrica instantánea liberada resulta ser pequeña. Las posibilidades de un inversor de puente con un circuito resonante en serie se ilustran con la fuente de alimentación de red que se describe a continuación. Está diseñado para ser utilizado como un sistema eléctrico de vehículo equivalente a 27 voltios (carga resistiva o inductiva-activa). El diagrama esquemático del dispositivo se muestra en la figura. Sus componentes principales son el filtro C1L1C2, que evita que las interferencias del convertidor de frecuencia penetren en la red; rectificador de tensión de red en diodos VD1-VD4 con filtro C3-C5L2C6-C8; inversor de puente en transistores VT1 - VT4 con circuito resonante L3C10C11, transformador reductor 74, rectificador de voltaje de frecuencia aumentada en diodos VD13-VD18 con filtro C12-C15L4C16C17; unidad de control del inversor en microcircuitos DD1-DD4 y transistores VT5, VT6 y dos fuentes que lo alimentan: no estabilizado (VD19) y estabilizado (VD20 DA1). LED HL1: indicador de la inclusión de la unidad en la red.
La unidad de control del inversor del puente consta de un generador de reloj hecho en vibradores individuales del microcircuito DD1, un distribuidor de pulsos en el disparador DD2.2 y elementos del microcircuito DD4, dos amplificadores (DD3.3; VT5 y DD3.4, VT6) y un dispositivo de protección contra sobrecarga (VD21, DD2.1) con un sincronizador (DD3.1, DD3.2). El LED HL2 señala el funcionamiento del dispositivo de protección. Cuando la unidad está conectada a la red, el interruptor de palanca Q1 suministra voltaje a la unidad de control, y en la salida inversa del vibrador único DD1.2 aparecen pulsos positivos con una duración de 17 μs con una tasa de repetición constante de aproximadamente 40 kHz. Dispare las señales lógicas 2.2 DD1 que surgen en sus salidas directa e inversa, alternativamente "abre" los elementos DD4.1, DD4.2. y los pulsos se alimentan a la entrada de un amplificador (DD3.3, VT5), luego a otro (DD3.4, VT6). Como resultado, los pulsos de polaridad de apertura se alimentan a la unión del emisor de los transistores VT1, VT4, luego VT2, VT3. Algún tiempo después de la aparición de los pulsos del generador de reloj (el retraso se debe a la constante de tiempo bastante grande del filtro C3-C5L2C6-C8), aparece un voltaje rectificado que aumenta suavemente en el capacitor C9 y el inversor lo convierte en un voltaje alterno con una frecuencia de 20 kHz aplicada al devanado I del transformador T4. El voltaje tomado de su devanado I es rectificado por los diodos VD13-VD18 y alimentado a través del filtro C12-C15L4C16C17 a la carga. La resistencia R13 reduce el voltaje de salida de un rectificador descargado. El inversor se puede dividir en cuatro fases. En el primero, con una duración de 17 μs, los transistores VT1, VT4 se abren y, a través de ellos, se cargan los condensadores C10, C11, el devanado primario del transformador T4 y el inductor L3. La corriente en este circuito primero aumenta de cero a un valor máximo y luego, a medida que se cargan los capacitores, disminuye a cero. La forma de la corriente se asemeja a un medio ciclo de una sinusoide. En la segunda fase, con una duración de 8 μs, la tensión de polaridad de cierre se aplica a las bases de los transistores VT1, VT4 y se cierran. En la tercera fase (como la primera, con una duración de 17 μs), los transistores VT2, VT3 se abren y casi todo el voltaje rectificado por los diodos VD1-VD4 se aplica a cada uno de los transistores cerrados VT1, VT4 (con una carga de 1 Ohm - aproximadamente 260 V). La corriente de recarga de los capacitores C10, C11 al voltaje máximo de polaridad opuesta, así como en la primera fase, fluye a través del circuito en serie formado por los capacitores, el inductor L3 y el devanado primario del transformador T4. El voltaje al que se recargan depende de la resistencia de la carga: cuanto menor es, mayor es este voltaje (con una carga de 1 ohmio, unos 200 V). En el momento en que la corriente de colector de los transistores VT2, VT3 disminuye a cero, comienza la cuarta fase de la operación del inversor, que dura, como la segunda, 8 μs: se aplica voltaje de cierre a las bases de los transistores desde los devanados de los transformadores T2 y T5. Los transistores VT1, VT4 todo este tiempo continúan cerrados. Es necesaria una pausa para que los transistores VT2, VT3 estén completamente cerrados y cuando los transistores VT1, VT4 estén abiertos, no haya pulso de corriente pasante a través de los transistores de los brazos adyacentes. Debido al hecho de que la tensión de conmutación se suministra a las uniones del emisor en momentos en que no hay corriente en el colector, la potencia eléctrica instantánea en la unión del colector no supera algunos vatios en el peor de los casos. El bloque de protección de sobrecarga del nodo funciona de la siguiente manera. Después de aplicar el voltaje de alimentación, el disparador DD2.7 se establece en un solo estado (en la salida inversa, el voltaje del 0 lógico), y en la salida del elemento DD3.2 (pin 11) aparece el voltaje del 1 lógico, creando condiciones para el paso de pulsos del generador de reloj a través de los elementos DD4.1 y DD4.2 En este estado, el disparador permanece todo el tiempo mientras la potencia entregada a la carga es inferior a 1 kW. Cuando se alcanza el límite de potencia, la amplitud del primer pulso recibido en la entrada de conteo del disparador DD2.1 del devanado secundario del transformador de corriente T3 a través del puente VD21 es suficiente para poner el disparador en el estado cero (en la salida invertida - voltaje lógico 1). Cambiar el nivel lógico bajo a uno alto en la entrada superior del elemento DD3.2 según el circuito conduce al hecho de que con la llegada del siguiente pulso de reloj, se establece un voltaje lógico 0 en su salida y se detiene el paso de pulsos a través de los elementos DD4.1, DD4.2. Gracias al disparador RS en los elementos DD3.1, DD3.2, la señal de inhibición aparece solo al comienzo de la pausa entre pulsos, lo que evita que los transistores del inversor fallen (el cierre en presencia de una corriente de colector provocaría su falla debido a un aumento excesivo de la energía eléctrica instantánea). El nodo protege los transistores del inversor en caso de cortocircuito de la carga. Para devolver la fuente de alimentación a su estado original después de que se haya activado la protección, debe apagarse y encenderse nuevamente con el interruptor de palanca Q1. Cuando la unidad está apagada, los condensadores de filtro C3 - C8 se descargan a través de las resistencias R1 y R2. Esto es necesario para que durante el aumento de la amplitud de los pulsos de corriente de base de los transistores VT1 - VT4 después de encenderse nuevamente, cuando no se abren por completo (es decir, no ingresan al modo de saturación), sus colectores no tienen inmediatamente un gran voltaje que puede provocar una falla. En el circuito resonante del convertidor se utilizan condensadores (C10, C11) K71-4 para una tensión nominal de 250 V. Condensadores de filtro C12-C15 - K73-16 para una tensión nominal de 63 V. Resistencia R13 - PEV-10. Las resistencias y condensadores restantes son de cualquier tipo. Interruptor Q1 - TV1-2. Se utiliza un transformador unificado ТН13 127/220-50 en la fuente de alimentación de la unidad de control. Todos los demás transformadores y estranguladores del dispositivo son caseros. Los datos de bobinado se muestran en la tabla. El inductor L3 y ambos devanados del transformador T4 están enrollados con alambres retorcidos en un paquete. Para reducir la inductancia de fuga de este transformador, el devanado II se enrolla con dos haces plegados juntos. La derivación se obtiene conectando la salida del principio de uno de los semibobinados con la salida del final del otro. Los circuitos magnéticos de todos los choques están ensamblados con un espacio no magnético de 0,5 mm. La unidad de control del inversor y su fuente de alimentación están montadas en una placa de circuito impreso hecha de lámina de fibra de vidrio de 2 mm de espesor. La mayoría de las otras partes del bloque están montadas con bisagras en tres tableros que miden 220x85 mm hechos de textolita de 3 mm de espesor: en uno de ellos se fijan los diodos VD1-VD4 y las partes del filtro C1L1C2 y C3-C5L2C6-C9, en el otro - los transformadores T2, T3, T5 y las partes del inversor, en el tercero - L3 choke y partes del filtro C12-C15L4C16C17. Los transistores VT1 - VT4 están montados en disipadores de calor de duraluminio en forma de placas con dimensiones de 70x60x8 mm (con lados de 60x8 mm que están unidos a la placa de circuito), diodos VD1-VD4 - en disipadores de calor en forma de U doblados de placas de aluminio con dimensiones de 100x25x1,5 mm, diodos VD13 ... VD18 y transformador T4 - en un disipador de calor de aluminio acanalado con un área de superficie de enfriamiento de unos 1000 cm2, fijados en la parte trasera de la caja de la unidad. La configuración del dispositivo comienza sin el fusible FU1. Al encender la unidad de control, utilizando un osciloscopio, se aseguran de que haya pulsos de polaridad positiva con una duración de 1 μs en las uniones del emisor de los transistores VT4-VT17 con una frecuencia de repetición de aproximadamente 20 kHz (el período de oscilación es de aproximadamente 50 μs). Al conectar cualquier salida del devanado secundario del transformador de corriente 73 con la salida positiva de la fuente de alimentación de los microcircuitos de la unidad de control, estos pulsos deberían desaparecer. Luego, la salida del inductor L3 se desconecta del devanado primario del transformador T4, se reemplaza el fusible FU1 y, en lugar de los contactos 7 y 8 del interruptor de alimentación Q1, se enciende un miliamperímetro. La corriente consumida por el inversor sin carga debe ser inferior a 15 mA. Después de asegurarse de esto, los terminales del inductor L3 y el devanado primario del transformador T4 se conectan con una resistencia adicional con una resistencia de aproximadamente 0,5 ohmios, los terminales de red del puente rectificador VD1 - VD4 se sueldan del inductor L1 y una tensión alterna de 20 ... Al controlar la forma del voltaje en la resistencia adicional con un osciloscopio, se selecciona un espacio no magnético en el circuito magnético del inductor L30 para que los pulsos (tanto polaridad positiva como negativa) en la pantalla se vuelvan lo más similares posible a las medias ondas de una sinusoide. Además, observando la forma de los pulsos, aumente el voltaje en la entrada del puente VD1 - VD4 a 220 V. La potencia de salida a la carga equivalente aumenta a 650 ... 700 W, pero la forma de los pulsos debe permanecer prácticamente sin cambios. Si, a tal potencia, se agudizan, esto indica la saturación del circuito magnético del inductor L3 o el transformador T4 y debe reemplazarse por uno más masivo (con una sección transversal más grande). Finalmente, habiendo excluido una resistencia adicional del circuito, la resistencia R18 se selecciona para que la unidad de protección contra sobrecarga funcione con una potencia de salida de 1 kW (se obtiene reduciendo la resistencia de la carga equivalente). Durante el ajuste, se deben observar precauciones de seguridad, ya que muchos circuitos de alimentación, en particular aquellos sujetos a monitoreo por un osciloscopio, están bajo alta tensión. Una carga con una potencia de hasta 700 W se puede conectar directamente a la salida de la unidad y la potencia se puede cambiar mediante un interruptor de palanca. Con mayor potencia, es deseable proporcionar un interruptor adicional en el circuito de carga y primero conectar la unidad a la red y luego la carga a su salida. Autor: S.Tsvetaev
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