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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Fuente de alimentación conmutada de red, 50 vatios. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación El objetivo principal del dispositivo descrito aquí es alimentar una computadora personal. Pero no solo. Es adecuado para alimentar muchos otros diseños de radioaficionados de alta potencia, por ejemplo, UMZCH.
El principio de funcionamiento de la fuente de alimentación propuesta (Fig. 1) es el mismo que el de las fuentes de alimentación para televisores en color de tercera generación. También funciona en un modo cercano al modo de corriente intermitente y, por lo tanto, es un dispositivo autooscilante. Pero hay una diferencia fundamental: utiliza la "conmutación de emisor" de un potente transistor de conmutación, lo que permite su uso en un rango de frecuencia más amplio y, además, reduce la probabilidad de falla de un transistor de alto voltaje. Los experimentos confirmaron que el transistor KT839A con el transistor de conmutación KT972A en su circuito emisor funciona bien incluso a una frecuencia de 120 kHz. Otra ventaja de la fuente de alimentación es la posibilidad de utilizarla en un amplio rango de corriente de salida.
El dispositivo es un convertidor de voltaje de un solo extremo con conexión inversa de un diodo rectificador. El voltaje de salida de los canales de bloque se estabiliza cambiando la duración del estado abierto de los transistores del interruptor electrónico. Los componentes principales de la fuente de alimentación son: rectificador de tensión de red con filtro, convertidor de un solo extremo con filtros de salida, regulador de ancho de pulso, amplificador de desadaptación y estabilizador de conmutación auxiliar. La tensión de red pasa a través de un filtro de supresión de ruido formado por bobinas L1, L2 y condensadores C1, C2, rectificados por el puente de diodos VD1...VD4 y a través de la resistencia R1 la tensión rectificada se suministra al condensador de alisado C7. Los condensadores C3...C6 reducen la penetración de interferencias en la red y la resistencia R1 limita el aumento de la corriente de entrada cuando se enciende la fuente de alimentación. El convertidor arranca aproximadamente 0,1 s después de conectar la unidad a la red, lo que facilita un poco el funcionamiento del rectificador. Los componentes principales del convertidor son un transformador de impulsos T1, un potente interruptor de alto voltaje que utiliza transistores KT839A (VT1) y KT972A (VT2), rectificadores y filtros de salida. El transistor KT839A (con un voltaje colector-emisor máximo permitido grande) se abre y cierra cerrando y abriendo su circuito emisor con un transistor de alta velocidad KT972A, lo que evita la ocurrencia de una falla secundaria y reduce el tiempo de conmutación del transistor emisor. Esto es lo que le permite cambiar el voltaje de salida en un amplio rango sin modificar el transformador de pulsos. Las resistencias R11 y R12, cuya resistencia total es de 0,5 ohmios, sirven como sensor de corriente para el convertidor. Cuando se cierra el transistor VT1, su corriente de colector a través del diodo VD6, el diodo Zener VD5 y el condensador C8 se cierra al terminal negativo del puente rectificador VD1 - VD4. Diodos VD13-VD15: rectificadores de tensión de pulso de los devanados secundarios 3, 4 y 5 del transformador T1. Las ondulaciones en los voltajes de salida de los rectificadores se suavizan mediante los condensadores C13-C18 y los filtros LC L5C21, L6C22. La resistencia R15, conectada a la salida del canal de +5 V, evita un aumento excesivo de voltaje cuando está cargado el canal de +12 V. Gracias a esta resistencia, el voltaje en la salida del canal de +5 V sin carga no excede los 6 V, lo cual es seguro para los chips de computadora, con una corriente de carga del canal de +12 V a 2,5 A. El voltaje del canal de -12 V se estabiliza mediante el estabilizador del microcircuito DA2. El amplificador de desadaptación está conectado a la salida del canal de +12 V. La fuente del voltaje de referencia es la salida del estabilizador DA2. El transistor VT4 amplifica la señal de error. La carga del transistor es el LED del optoacoplador U1 y el diodo VD17 protege su unión del emisor. Cuando el voltaje en la salida del canal de +12 V es superior a 12 V, el LED del optoacoplador se enciende y, por lo tanto, aumenta la corriente que fluye a través del fototransistor del optoacoplador. El estado abierto del transistor de conmutación VT1 está determinado por la duración de la carga del condensador C11 (de aproximadamente 4 a +1 V) por la corriente del fototransistor del optoacoplador. Cuanto mayor sea el valor de corriente del fototransistor del optoacoplador, más rápido se cargará el condensador. A partir de 11, el transistor VT1 permanece menos tiempo en estado abierto. Después de conectar la fuente de alimentación a la red, el condensador C8 también comienza a cargarse (a través de la resistencia R2 y el diodo VD6). Cuando el voltaje alcanza los 4,5 V, la corriente fluye a través de la resistencia R6, el diodo Zener VD12, la unión emisora del transistor VT2, las resistencias R11, R12, así como a través de las resistencias R6, R5, la unión emisora del transistor VT1, el transistor VT2 y las resistencias. R11, R12, cambia los transistores de conmutación al modo de funcionamiento activo. La señal de retroalimentación positiva entre los devanados I y II del transformador T1 a través del diodo VD7, el condensador C10 y las resistencias R5, R7 abre rápidamente los transistores de conmutación. Comienza la acumulación de energía del campo magnético en el circuito magnético del transformador T1. Después de un cierto período de tiempo, el transistor VT3 abre y cierra el transistor VT2 y, por tanto, el transistor VT1. En este caso, el transistor VT3 suma los voltajes suministrados a su base desde el sensor de corriente R11, R12 y el condensador C12. En el momento del arranque o en caso de una sobrecarga del convertidor, cuando la caída de voltaje a través de las resistencias R11, R12 excede 1 V, la corriente que fluye a través de la resistencia R3 y el diodo VD10 abre el transistor VT11, por lo que el dispositivo puede soportar sobrecargas a corto plazo. Cuando cualquiera de sus canales está en cortocircuito a un conductor común, la fuente de alimentación pasa automáticamente al modo de limitación de potencia sin fallar. En el modo normal de funcionamiento del convertidor, el momento de cierre de los transistores de conmutación está determinado por la duración de la carga del condensador C11. Después de apagar los potentes transistores, se invierte la polaridad del voltaje en los devanados del transformador de pulso y, al mismo tiempo, los diodos VD13...VD15 se encienden en dirección directa y cargan los condensadores de los filtros LC. con la corriente rectificada. Cuando el valor de esta corriente es cercano a cero, surgen oscilaciones eléctricas en el circuito oscilatorio formado por el devanado / del transformador T1, su capacitancia parásita y el condensador C9. El primero de ellos abre los potentes transistores del interruptor y se repite el proceso descrito. Mientras los transistores VT1 y VT2 están cerrados, el voltaje en el terminal inferior del devanado II del transformador con respecto al terminal negativo del condensador C7 es negativo y, a través de la resistencia R8 y el diodo VD8, mantiene de manera confiable el transistor VT2 en estado cerrado. El voltaje mínimo en la base de este transistor está determinado por el voltaje de estabilización del diodo Zener VD12 y el voltaje en el diodo VD10. A través del circuito R8VD9 también se carga el condensador C11 y como los cátodos de los diodos VD8 y VD9 están combinados, el voltaje en el condensador C12 no puede ser menor que en la base del transistor VT2 (es decir, aproximadamente -4 V). El voltaje en la salida del canal de +12 V se estabiliza mediante control de ancho de pulso. Esto estabiliza simultáneamente el voltaje del canal de +5 V. Sin embargo, dado que el transformador de impulsos, los diodos y algunos otros elementos del dispositivo no son ideales, la estabilidad del voltaje en la salida de este canal es baja. Por lo tanto, se utiliza un estabilizador de pulso auxiliar, que realiza dos funciones: proporciona al canal de +5 V parte de la corriente de carga para aumentar la estabilidad del voltaje en él y carga el canal de +12 V si no está cargado. El estabilizador auxiliar incluye un microcircuito estabilizador DA1, inductores L3, L4, condensador C19, diodo VD16, resistencia R14. En él, el chip DA1 sirve como interruptor electrónico, fuente de voltaje de referencia y amplificador de señal de error. El estrangulador L4 y el diodo VD16 son atributos necesarios de un estabilizador de pulso. La excitación del microcircuito DA1 la proporcionan el inductor L3 y el condensador C19, y la resistencia R14, que reduce el factor de calidad del circuito L3C19, evita la aparición de oscilaciones de alta frecuencia. Todos los elementos de la fuente de alimentación están montados sobre una placa de circuito impreso de 205x105 mm (Fig. 2) fabricada con un laminado de fibra de vidrio de una cara de 1 mm de espesor.
Los principales parámetros de resistencias y condensadores se indican en el diagrama de circuito del dispositivo. El transistor KT839A (VT1) se puede reemplazar por KT838A, KT872A, KT846A, KT81148 y KT972A por KT972B. En lugar de los transistores KT645B (VT3) y KT342BM (VT4), pueden funcionar transistores similares con un coeficiente de transferencia de corriente base de al menos 50. El optoacoplador AOT101AC (U1) se puede reemplazar por AOT101BS, AOT127A o AOT128A. Los diodos KD212A (U06, VD7) se pueden sustituir por KD226 o KD411 con cualquier índice de letras, y KD2999V (VD13, VD14) por otros de similares características, por ejemplo, las series KD2995, KD2997, KD2999, KD213. En lugar de los diodos VD1-VD4 del puente rectificador, son adecuados el KD226G o, como último recurso, la serie KD243 para una tensión inversa de al menos 400 V. A través del diodo Zener D814B (VD5) fluye una corriente significativa, lo que debe tenerse en cuenta al reemplazarlo: la corriente permitida debe ser de al menos 40 mA. También fluyen corrientes importantes a través de los condensadores C16-C18, por lo que es deseable que sean de las series K50-29, K50-24. La tensión nominal de los condensadores C1-C6 (KD-2, K78-2, K73-16, etc.) debe ser de al menos 400 V, deben permitir el funcionamiento con un componente alterno de al menos 350 V a una frecuencia de 50 Hz. . Condensador C9 - K78-2 para una tensión nominal de 1600 V. El resto de piezas no son críticas para el reemplazo. El transistor VT1 se instala en un disipador de calor con una superficie de aproximadamente 200 cm2, los diodos VD13 y VD14 se instalan en disipadores de calor con un área de 45 y 35 cm, respectivamente, y el estabilizador DA2 se instala en un disipador de calor. con una superficie de 70 cm2. El transformador T1 está fabricado sobre un núcleo magnético. W 12x15 fabricado en ferrita 2000NM, con una separación no magnética de 0,5 mm. El devanado I contiene 160 vueltas de alambre PEV-2 0,47, doblado por la mitad. Devanado II: 4 vueltas del mismo cable, pero dobladas en tres. Para mejorar el acoplamiento magnético, los devanados III y IV están hechos de cinta de cobre de 0,2 mm de espesor, 27 mm de ancho y contienen 3 vueltas cada uno. La cinta de cobre se puede sustituir por alambre PEV-1 0,8, doblado en tres. El devanado V contiene 8 vueltas de cable PEV-1 0,4, dobladas en cuatro. Los chokes L1 y L2 están enrollados en un núcleo magnético común de tamaño estándar K20x10x5 hecho de ferrita de 2000 NM y contienen 35 vueltas de cable PEV-1 0,4 cada uno. Los núcleos magnéticos de los chokes L5 y L6 son secciones de una varilla de ferrita M400NN con un diámetro de 8 y una longitud de 20 mm; cada uno de ellos contiene 15 turnos. El inductor L4, fabricado en un núcleo magnético blindado BZO hecho de ferrita de 2000 NM (con un espacio no magnético de 0,5 mm), contiene 35 vueltas de cable PEV-1 0,8. Una fuente de alimentación instalada sin errores, por regla general, comienza a funcionar sin un ajuste previo. Pero, como póliza de seguro, es recomendable realizar la primera conexión a la red a través de una lámpara incandescente de 15...25 W, diseñada para una tensión de 220 V. En cuanto se pone en marcha el convertidor, la variable Se debe utilizar la resistencia R18 para configurar el voltaje correspondiente en la salida del canal de +12 V. Si los requisitos para la tensión de alimentación del canal de +5 V son más estrictos (o se necesita una corriente de salida mayor), el amplificador de error debe conectarse a la salida del canal de +5 V. Para hacer esto, los terminales superiores de Las resistencias R16 y R17 en el diagrama deben conectarse al conductor de salida del canal de +5 V, por ejemplo, al terminal positivo del capacitor C17, y también reducir la resistencia de la resistencia R16 a 300 ohmios y la resistencia R17 a 1,5 kOhmios. . Se excluyen el estabilizador DA1, los inductores L3 y L4, la resistencia R14, el condensador C19 y el diodo VD16. Sin embargo, después de tal modificación, el voltaje en la salida del canal de +12 V también aumentará con un aumento en la corriente del canal de +5 V, por lo que el voltaje de este canal deberá estabilizarse aún más (por ejemplo, utilizando el microcircuito KR142EN8B). Se puede evitar un aumento no deseado de voltaje en la salida del canal +5 V conectando el segundo LED del optoacoplador U17 en paralelo con el condensador C1 a través de un diodo Zener KS156A y una resistencia con una resistencia de 180...200 ohmios. En este caso se deben combinar los pines 6 y 7, así como los pines 5 y 8 del optoacoplador. Esto no solo protegerá la fuente de alimentación para que no exceda el voltaje de salida, sino que también aumentará la confiabilidad de su funcionamiento, ya que en este caso se duplicará el circuito de retroalimentación. El dispositivo descrito es aplicable para alimentar muchos otros diseños de radioaficionados, por ejemplo, amplificadores de potencia AF. Solo es necesario, teniendo en cuenta las características de un dispositivo de radio en particular, reconstruir la parte secundaria de la fuente de alimentación, y se logra un cambio de 1,5 veces en el voltaje de salida ajustando el nivel de la señal de retroalimentación del devanado del transformador. T1. Ejemplo específico. Para alimentar un amplificador de potencia basado en el microcircuito K174UN19, se requiere una fuente de voltaje bipolar de ±15 V. En este caso, la parte secundaria de la fuente de alimentación descrita se puede ensamblar de acuerdo con el diagrama que se muestra en la Fig. 3.
Los devanados III y IV del transformador T1 contienen cada uno 7 vueltas de cinta de cobre de 0,1 mm de espesor y 27 mm de ancho o cable PEV-1 0,8 doblado en tres. El bobinado de ambos devanados se realiza simultáneamente. Se deben combinar los pines 6 y 7, así como 5 y 8 del optoacoplador U1. Literatura
Autor: D. Bezik
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