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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Fuente de alimentación de laboratorio con protección integrada. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación Todo radioaficionado involucrado en el desarrollo y reparación de equipos de radio le gustaría tener una fuente de alimentación universal en su laboratorio, como dicen, para todas las ocasiones. Dicha fuente debe tener un voltaje de salida ampliamente ajustable, alta corriente, alta estabilidad de voltaje, baja ondulación, protección confiable (contra sobrecorriente, sobrevoltaje y sobrecalentamiento), que garantice la seguridad tanto del equipo alimentado como de la fuente misma. La fuente de alimentación debe ser simple y no contener componentes escasos, costosos y voluminosos. Los intentos de encontrar una descripción del dispositivo terminado que cumpliera con los requisitos anteriores no tuvieron éxito, por lo que el autor tuvo que desarrollar dicha unidad por su cuenta. Lo que resultó, juzgue usted mismo. La atención principal en el desarrollo de la fuente de alimentación de laboratorio (PSU) propuesta se prestó al nodo de protección. Según el autor, para garantizar la máxima confiabilidad, la protección electrónica y electromecánica debe usarse en combinación. En la fuente de alimentación descrita, se implementan unidades de protección para corriente, contra sobretensión en la salida, así como térmicas. Para proteger el equipo de radio de daños eléctricos en un amplio rango de corriente de carga, la protección de corriente debe ser ajustable. Durante el proceso de desarrollo, surgieron ciertas dificultades con la implementación del sensor de corriente. En la versión clásica, se trata de una resistencia incluida en el circuito de potencia, cuya caída de tensión es monitorizada por la centralita de protección. Para implementar un sensor de corriente ajustable se requeriría una resistencia variable de muy alta potencia con una resistencia desde unidades hasta décimas e incluso centésimas de ohm. Entonces, por ejemplo, con una resistencia del sensor de corriente de 0,1 Ohm y una corriente de 15 A, ¡se disipan más de 20 W de potencia! Existe una opción con resistencias de conmutación, pero en este caso, el interruptor debe soportar la corriente de carga máxima. Además, la resistencia de los contactos del interruptor es inestable y es proporcional a la resistencia de las resistencias conmutadas, por lo tanto, el umbral de protección será inestable y el interruptor en sí será muy voluminoso. Por supuesto, puede usar una resistencia fija de muy baja resistencia y amplificar la caída de voltaje con un amplificador de CC ajustable, pero en esta realización el dispositivo será mucho más complicado. La solución apareció después de leer el artículo [1] y es la siguiente: se enrolla un devanado adicional en el cuerpo del relé de láminas RES-55, que se incluye en el circuito de alimentación antes del estabilizador. La dirección de la corriente en los devanados principal y adicional del relé se elige de modo que se sumen los campos magnéticos creados por ellos. Luego, al cambiar la corriente en el devanado principal, puede ajustar el nivel de operación de la protección de corriente de la fuente de alimentación. En los nodos de protección contra sobretensiones en la salida, generalmente se usa un potente diodo zener o trinistor que, al aumentar el voltaje, abre y cierra la salida de la fuente de alimentación. Como resultado de un fuerte aumento de la corriente, se activa un fusible instalado en el circuito de alimentación. En la unidad propuesta para la protección contra sobretensiones a la salida de la fuente de alimentación, se introduce un estabilizador adicional de baja potencia con la misma ley de regulación de la tensión de salida que la del estabilizador principal. La tensión de salida del estabilizador adicional debe ser ligeramente superior a la del estabilizador principal. Ambos voltajes se suministran al nodo de comparación más simple. Superar el voltaje en la salida del estabilizador principal conduce a la operación de la protección. La unidad de protección térmica está montada sobre interruptores térmicos. Las principales características técnicas de la fuente de alimentación:
El circuito de alimentación se muestra en la figura. Desde el devanado secundario del transformador de red T1, se suministra voltaje alterno al puente rectificador VD1. Los intervalos de voltaje de salida se cambian mediante el puente S1: en la posición izquierda según el diagrama - 1,5 ... 15 V; a la derecha - 1,2 ... 30 V. Los condensadores C1-C4 reducen la interferencia multiplicativa. El voltaje rectificado, suavizado por los condensadores C6-C9, se alimenta a las entradas de los estabilizadores principal y adicional, que se ensamblan en los microcircuitos DA3 y DA1, conectados de acuerdo con un circuito típico [2]. Para aumentar la corriente de salida del estabilizador principal, se utilizan los transistores de control VT1-VT4, en cuyos circuitos emisores se instalan las resistencias de nivelación de corriente R9-R12. Los diodos VD2, VD3, VD10 y VD11 son de protección. El voltaje de salida de los estabilizadores principal y adicional está regulado por una resistencia variable dual R2. La resistencia R3 establece el mínimo exceso de voltaje del estabilizador adicional sobre el voltaje del principal, que es necesario para el correcto funcionamiento de la unidad de protección.
El voltaje en la salida de la fuente de alimentación se mide con un voltímetro PV1 y la corriente de salida se mide con un amperímetro RA1. Para aumentar la estabilidad de la operación, la unidad de protección actual se alimenta del estabilizador DA2. La resistencia R4 regula la corriente en el devanado principal 1-2 del relé de láminas K1, como resultado de lo cual cambia la corriente de funcionamiento en el devanado adicional 3-4. Si la corriente de salida de la fuente de alimentación supera el valor establecido, el relé K1 funcionará, los contactos K1 1 encenderán el relé K2 y se autobloquearán a través del diodo VD8. El relé K2 funcionará y los contactos K2.1 desconectarán el estabilizador principal del rectificador. En este caso, el color del LED HL1 cambiará de verde a rojo y se encenderá la alarma sonora (emisor de sonido HA1 con generador incorporado). La alarma audible se puede apagar con el interruptor SA3. Después de eliminar la causa de la operación de protección actual, la fuente de alimentación vuelve a su estado original presionando el botón "Reset" de SB1. Los diodos VD7 y VD9 limitan la tensión de autoinducción de los devanados del relé K1 y K2. En el nodo para comparar los voltajes de los estabilizadores principal y adicional, se usa un optoacoplador de tiristor U1. Los voltajes del estabilizador se aplican al diodo emisor del optoacoplador, que está cerrado en el estado inicial. Si por cualquier motivo aumenta la tensión a la salida del estabilizador principal, se abrirá el tiristor del optoacoplador, lo que activará la protección, como se ha descrito anteriormente. Los diodos VD4-VD6 protegen el diodo emisor del optoacoplador contra sobrecargas y la resistencia R8 limita la corriente. La protección térmica se proporciona en los interruptores térmicos SF1 y SF2. El interruptor SF1 se activa si la temperatura del disipador de calor ha alcanzado los 50 °C y enciende el motor del ventilador M1. Si la temperatura del disipador continúa aumentando, a 60 °C, el interruptor de SF2 se disparará, lo que activará la protección. El motor del ventilador M1 se puede encender a la fuerza con el interruptor SA2. El elemento principal que determina los parámetros eléctricos y las dimensiones de la fuente de alimentación es el transformador de red T1. El autor utilizó un transformador de varilla prefabricado con una potencia total de aproximadamente 600 W, que tiene un devanado secundario con un voltaje de salida de 30 V con una salida promedio. En la fuente de alimentación, puede utilizar cualquier transformador con las características necesarias. El puente de diodos MB351 (VD1) se puede sustituir por cualquier rectificador de la serie MB o KVRS. En casos extremos, el puente se puede ensamblar a partir de diodos individuales que proporcionan la corriente de carga requerida. El interruptor de intervalo de voltaje de salida S1 está compuesto por tres terminales de instrumentos conectados por un puente. Los estabilizadores KR142EN22A se pueden reemplazar por cualquiera de esta serie o los análogos importados de las series SD1083 DV1083, LT1083, SD1084, DV1084, LT1084, y el estabilizador KR142EN8B se puede reemplazar por un análogo importado 7812. Relé K1 - RES-55B versión RS4.569.600-00 (pasaporte RS4.569.626). Las versiones de relé RS4.569.600-05 (pasaporte RS4.569.631), RS4.569.600-01 (pasaporte RS4.569.627) y RS4.569.600-06 (pasaporte RS4.569.632) también son adecuadas. Si el relé no funciona con un voltaje de 12 V, se debe aumentar el voltaje del estabilizador DA2 hasta que el relé funcione de manera confiable (con un margen de 1,5 ... 2 V) conectando uno o dos diodos de silicio de baja potencia entre la salida 2 del microcircuito y el cable común Se elimina la salida de la carcasa del relé. Se enrolla un devanado adicional en la caja del relé con un cable PETV (PEV). Al elegir un diámetro de cable, uno debe centrarse en una densidad de corriente de 10 A / mm En la versión del autor, un devanado adicional contiene 16 vueltas de cable con un diámetro de 1,4 mm. El devanado se fija con un tubo termorretráctil. La resistencia calculada del devanado es de 0,006 ohmios, la caída de voltaje a una corriente de 15 A es de 0,09 V, la disipación de potencia máxima es de 1,35 W. Relé K2 - automotriz 90.3747-01, capaz de conmutar corriente hasta 30 A. Interruptores térmicos SF1 y SF2 - RB5-2 con una temperatura de respuesta de 60 ° C, anteriormente ampliamente utilizados en computadoras EC. Un interruptor se ajusta a una temperatura de respuesta de 50 °C. Los interruptores térmicos se pueden reemplazar con B1009 importados para la temperatura adecuada, pero como sus contactos son NC, deben encenderse a través de inversores. El motor eléctrico M1 es un ventilador que se utiliza para enfriar las fuentes de alimentación de las computadoras IBM. El LED ALC331A (HL1) se puede reemplazar por uno importado de dos colores o por dos de un solo color (rojo y verde, respectivamente). Los transistores KT818GM (VT1-VT4) son reemplazables por potentes transistores p-n-p con una disipación de potencia máxima de al menos 100 W, por ejemplo, de las series KT825, KT865, KT8102. Resistencias R9-R12 - C5-16MV con una potencia de 2 vatios. Se pueden reemplazar por otros caseros hechos de alambre de nicromo con un diámetro de 0,8 ... 1 mm. Puede prescindir de estas resistencias, si selecciona transistores de acuerdo con la igualdad de las corrientes de colector a voltajes de emisor de base iguales. Por razones de confiabilidad, se utilizaron resistencias variables bobinadas PPZ-45 (R2, R4) y resistencias multivueltas de ajuste SP5-ZV (R3, R5, R13, R17), pero pueden ser reemplazadas por cualquiera. Los diodos KD522A (VD3-VD8, VD11) son reemplazables por cualquiera de silicio de baja potencia y los diodos KD258A (VD2, VD9, VD10) por cualquiera con una corriente máxima de al menos 1 A. Para medir el voltaje y la corriente se utilizaron cabezales de medición M4203 con una resistencia de 500 Ω y una corriente de desviación total de 1 mA. El uso de otros cabezales de medición requerirá un nuevo cálculo de la resistencia de las resistencias R13, R16, R17. Condensadores C6-C9 - K50-37, pero está permitido usar cualquier otro. Debe recordarse que su capacitancia total debe ser de al menos 2000 microfaradios por cada amperio de corriente de carga, y la tensión nominal debe exceder la tensión de salida del rectificador a la tensión máxima de alimentación de red. Condensadores C5, C10-C12, C14 - tantalio K52-1, K52-2 y K53-1A. En el caso de usar capacitores de óxido de aluminio, su capacitancia debe incrementarse varias veces. Los condensadores restantes son de cerámica. Interruptor SA1 - T2 u otro, dimensionado para una corriente de al menos 3 A. Interruptores SA2, SA3 - MT1, botón SB1 - KM-1, pero pueden ser reemplazados por cualquier otro. En lugar del optoacoplador de tiristores AOU103A, se puede utilizar cualquier optoacoplador de la serie AOU115. La fuente de alimentación está montada en una caja metálica rectangular de 230x120x300 mm. Los orificios de ventilación están perforados en los paneles superior, inferior y lateral de la caja. El panel frontal está equipado con dispositivos de medición, terminales de salida, terminales del interruptor de intervalo de voltaje de salida, un interruptor de red, interruptores para el motor del ventilador y alarma sonora, reguladores para el voltaje de salida R2 y corriente de disparo de protección R4, así como un LED de alarma de disparo de protección. El panel trasero está hecho de aluminio de 3 mm. Sobre él, mediante juntas de mica recubiertas por ambas caras con pasta KPT-8, se fijan los transistores VT1-VT4, los microcircuitos DA1-DA3, un puente rectificador VD1 e interruptores térmicos. El ventilador está montado en el panel posterior sobre los transistores VT1-VT4 en los bastidores. Los orificios de ventilación se perforan en lugares libres debajo de él. Los fusibles FU1 y FU2 también se encuentran en el panel posterior. El montaje del dispositivo es principalmente con bisagras, en terminales y bastidores aislantes. La instalación de los circuitos de potencia se realiza con cable trenzado de 2,5 mm2 de sección transversal de longitud mínima. Los condensadores C6-C9 están atornillados a la placa de lámina de fibra de vidrio, que está unida al panel lateral con soportes. Se suelda un cable de cobre con un diámetro de 1,4 mm a los conductores impresos entre los terminales de los condensadores a lo largo de toda la longitud. El transformador se fija en el panel inferior con la ayuda de esquinas. Establecer una fuente de alimentación se reduce a ajustar la unidad de protección y calibrar el amperímetro y el voltímetro. Esto requerirá un voltímetro de 35 V, un amperímetro de 20 A, una fuente de alimentación auxiliar regulada con un voltaje de salida máximo de 35 V y resistencias de carga variable (reóstatos) con una resistencia de 10 y 100 ohmios o carga equivalente. La unidad de protección se ajusta en la siguiente secuencia. 1. Primero ajuste la unidad de protección contra sobretensiones. 1.1. El control deslizante de resistencia variable R4 se establece en la posición de resistencia máxima. 1.2 Conectar un voltímetro con terminal positivo a la salida del estabilizador DA1, y con terminal negativo a la salida del estabilizador DA3. 1.3. Al cambiar el voltaje de salida de la fuente de alimentación dentro de los intervalos de 1 2 ... 15 y 1,2 ... 30 V, usando la resistencia R3, aseguran que el voltaje medido sea siempre positivo y su valor sea mínimo y no exceda 1,5 V. Si esto no fuera posible, intercambie las resistencias R2.1 y R2.2 o seleccione la resistencia R2 con un desajuste menor. 1.4. Establezca el voltaje de salida de la fuente de alimentación en 30 V 1.5. La salida de la resistencia R8, según el esquema, se desconecta de la salida de la fuente de alimentación y se le aplica un voltaje (un poco menos de 30 V) desde una fuente auxiliar. 1.6. Al aumentar suavemente el voltaje de la fuente auxiliar, el momento de la operación de protección se fija cambiando el color del brillo del LED. El voltaje de salida de la fuente auxiliar en este caso no debe exceder los 32 V. 1.7. Restablezca la conexión de la resistencia R8 con la salida de la fuente de alimentación. La capacidad de servicio de la protección contra sobretensiones también se puede comprobar durante el funcionamiento. La capacitancia del capacitor C12 del estabilizador principal DA3 es mayor que la capacitancia del capacitor similar C5 en el estabilizador adicional DA1. El aumento de la capacitancia ayuda a reducir el nivel de ondulación en la salida del estabilizador principal, pero al mismo tiempo aumenta la inercia de ajustar el voltaje de salida de la fuente de alimentación. Si el control deslizante de la resistencia R2 se gira bruscamente en la dirección de disminuir el voltaje, entonces, debido a la mayor capacitancia, el voltaje de salida de la fuente de alimentación excederá brevemente el voltaje de salida del estabilizador DA1, lo que activará la protección. 2. Luego ajuste la unidad de protección actual. 2.1. Los circuitos están abiertos entre las resistencias R4 y R5, entre el terminal 4 del devanado adicional del relé K1 y los contactos K2.1 del relé K2. 2.2. Entre el terminal 4 del devanado adicional del relé K1 y un cable común, se conectan una resistencia de carga con una resistencia de 10 ohmios y un amperímetro conectados en serie. 2.3. Al reducir la resistencia de la resistencia de carga, mida la corriente de protección, que debe estar dentro de 16 ... 18 A. Esto se logra cambiando el número de vueltas del devanado adicional 3-4 del relé K1. 2.4. Restablezca la conexión de las resistencias R4 y R5. La resistencia de carga con una resistencia de 10 ohmios se reemplaza por 100 ohmios. 2.5. El control deslizante de la resistencia variable R4 se establece en la posición de resistencia mínima, y la resistencia de ajuste R5 se establece en la resistencia máxima. 2.6. Al cambiar la resistencia de la resistencia de carga, la corriente se establece en 0,5 A. 2.7. Al mover el motor de la resistencia de sintonización R5, se activa la protección. 2.8. La resistencia de carga de 100 ohmios se reemplaza por una de 10 ohmios. El control deslizante de resistencia variable R4 se establece en la posición de resistencia máxima. 2.9. Al cambiar la resistencia de la resistencia de carga, se mide la corriente de operación de protección. Si su valor difiere de 15 A, será necesaria la selección de la resistencia R4. 2.10. Al configurar varios valores de la corriente de carga, calibre la escala de la resistencia variable R4. 2.11. Apague la resistencia de carga y el amperímetro. Restablezca la conexión entre el terminal 4 del relé K1 y los contactos K2.1. El amperímetro y el voltímetro se calibran según el método generalmente aceptado. Tenga en cuenta que la escala del amperímetro no es lineal. En conclusión, cabe señalar que casi cualquier fuente de alimentación puede equiparse con una unidad de protección de este tipo o sus elementos individuales. Literatura
Autor: E. Kolomoets, Irkutsk
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