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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Unidades transformadoras con condensador de balasto
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación Las fuentes de alimentación con condensador de balasto y transformador de aislamiento han ganado popularidad entre los radioaficionados debido a su pequeño tamaño y al hecho de que no están conectadas galvánicamente a la red. Sin embargo, al desarrollar dichos dispositivos, es necesario tener en cuenta una serie de factores para excluir situaciones de emergencia, como resultado de las cuales no solo la fuente de alimentación, sino también la carga pueden fallar. El autor del artículo, al resumir la experiencia de crear tales dispositivos, recomienda a qué se debe prestar atención al diseñarlos y ajustarlos. En la práctica de los radioaficionados, las fuentes con un capacitor de balasto y un transformador de aislamiento han encontrado una amplia aplicación [1-6]. Esta solución le permite diseñar fuentes de alimentación de pequeño tamaño. Consideremos algunos problemas del diseño de tales dispositivos usando el ejemplo de una fuente de energía de baja potencia descrita en [1] (ver figura). El transformador T1 realiza la función de dividir. Opera a bajo voltaje de entrada y salida. Su diseño es muy simple. El condensador C1 es lastre y la resistencia R2 limita el pulso de corriente cuando se enciende. La tensión en el devanado primario del transformador está limitada por los diodos zener VD1 y VD2. En un circuito oscilatorio que consta del condensador C1, la inductancia del devanado primario del transformador L y la resistencia de carga RH reducida al devanado primario, es posible la resonancia, lo que puede provocar una falla en la fuente de alimentación. Suponga que en una fuente cargada en el devanado primario el voltaje es de 20 V (caso típico). Esto significa que la resistencia de carga RH reducida al devanado primario es aproximadamente 10 veces menor que la capacitancia |XC1| condensador C1 y forma un divisor de tensión de 10:1 con él (aproximadamente), es decir |XC1|=10HR. Con un transformador correctamente calculado, la reactancia inductiva del devanado primario |XL| debe ser aproximadamente 10 veces mayor que la resistencia de carga RH traída al devanado primario, por lo tanto el factor de calidad del mencionado circuito es extremadamente bajo, no puede haber resonancia. Una situación completamente diferente ocurre cuando la carga está apagada (en reposo). Si las relaciones anteriores |XC1|=10RH y |XL|=10RH se mantienen, entonces |XC1|=|XL| y hay resonancia. Si se aplica un voltaje de 1 ... 2 V a la entrada en lugar de a la red eléctrica, entonces en el devanado primario de un transformador descargado, debido a la resonancia, aumentará en 10 o más veces el factor de calidad del circuito resultante. bastante grande, sin embargo, cuando se aplica el voltaje de la red, no habrá tal aumento. Con un aumento de la tensión en el devanado superior a la nominal (20 V), el circuito magnético del transformador entra en saturación, su inductancia disminuye y el circuito deja de estar sintonizado en resonancia. Sin embargo, si el transformador está diseñado con un buen margen de voltaje de entrada, el aumento puede ser bastante significativo. Esto provocará un aumento de la tensión en el condensador C1 en comparación con el funcionamiento nominal y, si se selecciona el condensador sin margen, puede producirse una avería. Otras consecuencias igualmente graves son posibles. Por lo tanto, en cuanto a una fuente de alimentación sin transformador con un condensador de balasto, la operación sin carga nominal es inaceptable. La solución habitual es conectar un diodo zener a la salida de la fuente o dos diodos zener conectados en antiserie (o uno simétrico) al devanado primario (ver figura).
Entonces, el problema se resuelve para fuentes de alimentación de potencia relativamente baja. Para dispositivos potentes similares (los cargadores para baterías de automóviles son muy simples [2-4]), tales medidas son indispensables. Aquí puede conectar en paralelo con el devanado primario o secundario un análogo de un dinistor simétrico [7, Fig. 5, a] o proporcionar protección de relé contra el modo inactivo [3]. Se debe prestar especial atención a la elección del condensador de balasto de acuerdo con la tensión nominal. Este es el voltaje más alto entre las placas del capacitor, en el que puede funcionar de manera confiable y durante mucho tiempo. Para la mayoría de los tipos, el voltaje de CC nominal está regulado. La tensión alterna admisible es siempre inferior a la nominal, a excepción de los condensadores de metal-papel MBGCH, K42-19, polipropileno K78-4 y polietileno tereftalato K73-17 para una tensión nominal de hasta 250 V inclusive, para los que estos parámetros son iguales. Por lo tanto, al elegir el tipo y la tensión nominal, es necesario utilizar el libro de referencia sobre condensadores eléctricos y recordar que el cálculo se realiza para el valor de amplitud de la tensión alterna. En el momento de la conexión (o desconexión) de la fuente de alimentación a la red, se produce un proceso transitorio en sus circuitos, que luego de un tiempo es reemplazado por un estado estacionario. Sin entrar en los fundamentos teóricos de los procesos transitorios, observamos dos leyes de conmutación: 1. La corriente en el inductor (dispositivo con resistencia inductiva) no puede cambiar bruscamente o, en caso contrario, la corriente después de la conmutación tiene el mismo valor que tenía en el momento inmediatamente anterior a la conmutación. 2. El voltaje en el capacitor no puede cambiar abruptamente o, de lo contrario, el voltaje después de la conmutación tiene el mismo valor que inmediatamente antes de la conmutación. Cuando la fuente de alimentación está conectada a la red, el capacitor aún no está cargado y la caída de voltaje a través de él es cero. La corriente en el inductor no puede aparecer instantáneamente, por lo que el voltaje en la resistencia es cero y el voltaje de la red se aplica por completo al devanado primario del transformador, que está diseñado para un valor significativamente más bajo. Es cuando está encendido que existe un alto riesgo de ruptura entre espiras y desaparece la ventaja en la simplicidad del bobinado del transformador a granel, por lo que ha ganado una gran popularidad entre los radioaficionados. Es especialmente peligroso conectar la fuente de alimentación a una red en la que en ese momento exista una tensión de amplitud o una tensión próxima a ella. La tarea de limitar el voltaje en el devanado primario en el momento de la conexión adquiere una importancia actual. Una resistencia limitadora de corriente no ayuda en esta situación. Esto nos obliga a buscar una solución diferente para evitar la posibilidad de ruptura entre vueltas en el transformador y proteger los elementos de la fuente de alimentación de un voltaje decenas de veces mayor. El limitador de tensión sobre dos diodos zener conectados en paralelo al devanado primario en antiserie (ver figura) permite resolver también este problema. Para cada medio ciclo, el limitador funciona como un regulador de voltaje paramétrico en el devanado primario del transformador. En este caso, la función de balasto la realiza principalmente la resistencia limitadora de corriente R2. La resistencia debe estar clasificada para corriente de sobrecarga a corto plazo, y los diodos zener generalmente la proporcionan. Si en el modo nominal los diodos zener se abren y funcionan como estabilizadores, se puede producir una diferencia en las amplitudes de los pulsos de corriente rectificados de las semiondas positiva y negativa. Este efecto se explica por el hecho de que las semiondas positivas son estabilizadas por un diodo zener y las negativas por el otro. Se sabe que el voltaje de estabilización de dos copias de diodos zener, incluso del mismo lote, puede variar significativamente. Esto genera un componente de ondulación adicional a 50 Hz, que es más difícil de suprimir con un filtro antisolapamiento que a 100 Hz. Para reducir el componente adicional de la ondulación que se produce debido a la diferencia en el voltaje de estabilización, se puede recomendar, en lugar de la conexión en antiserie de dos diodos zener, incluir un diodo zener en la diagonal del puente de diodos en paralelo. con el devanado primario. Esto mantendrá la confiabilidad de la fuente de alimentación. Si no hay mayores requisitos para la estabilidad del voltaje de salida, podemos recomendar una selección de diodos zener con un voltaje de estabilización mínimo de 1 ... 3 V más que el voltaje de amplitud máxima en el devanado primario en estado estable. El estabilizador paramétrico en este caso solo actuará como limitador de tensión en el momento del encendido y en reposo. Y una vez que la fuente de alimentación alcanza el estado estable, se apaga automáticamente, lo que aumenta significativamente la eficiencia de la unidad. Literatura
Autor: B.Sadovskov, Chelyabinsk
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