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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Fuente de alimentación conmutada de un potente UMZCH
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación Las fuentes de alimentación conmutadas se utilizan ampliamente en equipos electrónicos modernos. Los radioaficionados también comenzaron a utilizarlos con mayor frecuencia, como lo demuestra el mayor número de publicaciones en literatura sobre ingeniería de radio, en particular en la revista "Radio". Sin embargo, en la mayoría de los casos se describen diseños de potencia relativamente baja. El autor del artículo publicado llama la atención de los lectores sobre una fuente de alimentación conmutada con una potencia de 800 W. Se diferencia de los descritos anteriormente por el uso de transistores de efecto de campo y un transformador con un devanado primario con un terminal intermedio en el convertidor. El primero proporciona una mayor eficiencia y un nivel reducido de interferencias de alta frecuencia, y el segundo proporciona la mitad de la corriente a través de los transistores clave y elimina la necesidad de un transformador de aislamiento en sus circuitos de compuerta. La desventaja de esta solución de circuito es el alto voltaje en las mitades del devanado primario, lo que requiere el uso de transistores con el voltaje permitido adecuado. Es cierto que, a diferencia de un convertidor puente, en este caso son suficientes dos transistores en lugar de cuatro, lo que simplifica el diseño y aumenta la eficiencia del dispositivo. Las fuentes de alimentación conmutadas (UPS) utilizan convertidores de alta frecuencia de uno y dos ciclos. La eficiencia del primero es menor que la del segundo, por lo que no es práctico diseñar SAI de ciclo único con una potencia superior a 40...60 W. Los convertidores push-pull proporcionan una potencia de salida significativamente mayor con alta eficiencia. Se dividen en varios grupos, caracterizados por el método de excitación de los transistores clave de salida y el circuito para conectarlos al circuito del devanado primario del transformador convertidor. Si hablamos del método de excitación, podemos distinguir dos grupos: con autoexcitación y excitación externa. Los primeros son menos populares debido a las dificultades de establecimiento. Al diseñar UPS potentes (más de 200 W), la complejidad de su fabricación aumenta injustificadamente, por lo que son de poca utilidad para este tipo de fuentes de alimentación. Los convertidores con excitación externa son muy adecuados para crear UPS de alta potencia y, a veces, casi no requieren configuración. En cuanto a conectar transistores clave a un transformador, existen tres circuitos: el llamado medio puente (Fig.1, a), puente (Fig.1, b) y con un devanado primario tomado desde el medio (Fig.1 , C). Hoy en día, el convertidor de medio puente es el más utilizado [1]. Requiere dos transistores con un valor de voltaje relativamente bajo Uke max. Como se puede ver en la Fig. 1, a. Los condensadores C1 y C2 forman un divisor de voltaje al que está conectado el devanado primario (I) del transformador T2. Cuando se abre el transistor clave, la amplitud del pulso de voltaje en el devanado alcanza el valor Upit/2 - Uke max.
El convertidor puente [2] es similar al convertidor de medio puente, pero en él los condensadores se sustituyen por transistores VT3 y VT4 (Fig. 1. b), que se abren en pares en diagonal. Este convertidor tiene una eficiencia ligeramente mayor debido a un aumento en el voltaje suministrado al devanado primario del transformador y, por lo tanto, una disminución en la corriente que fluye a través de los transistores VT1 - VT4. La amplitud de tensión en el devanado primario del transformador alcanza en este caso el valor Upit - 2Uke máx. Destaca el convertidor según el diagrama de la Fig. 1.c. caracterizado por la máxima eficiencia. Esto se logra reduciendo la corriente del devanado primario y. como resultado, se reduce la disipación de energía en los transistores clave, lo cual es extremadamente importante para los UPS potentes. La amplitud de la tensión de impulso en la mitad del devanado primario aumenta hasta el valor Upit - Uke máx. Cabe destacar también que, a diferencia de otros convertidores (1,2), no requiere transformador de aislamiento de entrada. En el dispositivo según el diagrama de la Fig. 1. Es necesario utilizar transistores con un valor alto de Uke máx. Dado que el final de la mitad superior (según el diagrama) del devanado primario está conectado al comienzo del inferior, cuando fluye corriente en el primero de ellos (VT1 está abierto), se crea un voltaje igual en el segundo ( en valor absoluto) a la amplitud de voltaje en el primero, pero de signo opuesto en relación con Upit. En otras palabras, el voltaje en el colector del transistor cerrado VT2 alcanza 2Upit. por lo tanto, su Uke max debería ser mayor que 2Upit. El UPS propuesto utiliza un convertidor push-pull con un transformador, cuyo devanado primario tiene un terminal intermedio. Tiene alta eficiencia. nivel de ondulación bajo y emite débilmente interferencias en el área circundante. El autor lo utiliza para alimentar una versión más potente de dos canales del UMZCH. descrito en [3]. Voltaje de entrada del UPS - 180...240 V. voltaje de salida nominal (con entrada de 220 V) - 2x50 V. potencia de carga máxima - 800 W. La frecuencia de funcionamiento del convertidor es de 90 kHz. El diagrama esquemático del UPS se muestra en la Fig. 2. Como puede ver, este es un convertidor con excitación externa sin estabilización de voltaje de salida. En la entrada del dispositivo se incluye un filtro de alta frecuencia C1L1C2, que evita que entren interferencias a la red. Una vez superado, la tensión de red se rectifica mediante el puente de diodos VD1 - VD4. Las ondulaciones son suavizadas por el condensador C3. Se utiliza voltaje CC rectificado (aproximadamente 310 V) para alimentar el convertidor de alta frecuencia.
El dispositivo de control del convertidor está fabricado en microcircuitos DD1-DD3. Está alimentado por una fuente estabilizada separada que consta de un transformador reductor T1. rectificador VD5 y estabilizador de voltaje en transistores VT1, VT2 y diodo Zener VD6. Sobre elementos DDI. 1. DD1.2 ensambló un oscilador maestro que genera pulsos con una frecuencia de repetición de aproximadamente 360 kHz. Luego viene un divisor de frecuencia por 4, hecho en los disparadores del microcircuito DD2. Utilizando los elementos DD3.1, DD3.2, se crean pausas adicionales entre pulsos. Una pausa no es más que un nivel lógico de 0 en las salidas de estos elementos, que aparece cuando hay un nivel de 1 en las salidas del elemento DDI.2 y de los flip-flops DD2.1 y DD2.2 (Fig. 3 ). Un voltaje de bajo nivel en la salida de DD3.1 (DD3.2) bloquea DD1.3 (DD1.4) en el estado "cerrado" (en la salida - nivel lógico 1).
La duración de la pausa es igual a 1/3 de la duración del pulso (Fig. 3, diagramas de voltaje en los pines 1 DD3.1 y 13 DD3.2), lo cual es suficiente para cerrar el transistor clave. Desde las salidas de los elementos DD1.3 y DD1, los pulsos finalmente formados se suministran a interruptores de transistores (VT4. VT5), que, a través de las resistencias R6, R10, controlan las puertas de los potentes transistores de efecto de campo VT11, VT9. Los pulsos de las salidas directa e inversa del disparador DD2.2 se suministran a las entradas de un dispositivo fabricado con transistores VT3. VT4. VT7. VT8. Apertura alternativa, VT3 y VT7. VT4 y VT8 crean las condiciones para una descarga rápida de las capacidades de entrada de los transistores clave VT9, VT10. es decir, su cierre rápido. Además, como se puede observar en la Fig. 3 (diagramas de voltaje en los pines 12 y 13 de DD2.2). VT7 y VT8 se abren inmediatamente después del final del pulso, por lo tanto, a cualquier potencia de salida, cada uno de los transistores VT9, VT10 siempre logra cerrarse de manera confiable antes de que se abra el segundo. Si no se cumpliera esta condición, fluiría una corriente a través de ellos y, por tanto, a través del devanado primario del transformador T2. lo que no sólo reduce la confiabilidad y eficiencia del UPS. pero también crea sobretensiones, cuya amplitud a veces supera la tensión de alimentación del convertidor. Los circuitos de puerta de los transistores VT9 y VT10 incluyen resistencias R10 y R11 de resistencia relativamente alta que, junto con la capacitancia de la puerta, forman filtros de bajo voltaje que reducen el nivel de armónicos cuando se abren las teclas. Con el mismo fin se introdujeron los elementos VD9-VD12. P16, R17, S12.S13 En los circuitos de drenaje de los transistores VT9. VT10 se enciende el devanado primario del transformador T2. Los rectificadores de voltaje de salida se fabrican mediante un circuito puente que utiliza diodos VD13 - VD20, lo que reduce ligeramente la eficiencia del dispositivo, pero reduce significativamente (más de cinco veces) el nivel de ondulación en la salida del UPS. Es importante señalar que la forma de oscilación, casi rectangular con carga máxima, se vuelve casi sinusoidal cuando la potencia se reduce a 10...20 W. lo que tiene un efecto positivo en el nivel de ruido del UMZCH a bajos volúmenes. El voltaje rectificado del devanado IV del transformador T2 se utiliza para alimentar los ventiladores (ver más abajo). El dispositivo utiliza condensadores K73-17 (C1. C2. C4). K50-17 (C3), MBM (C12. C13). K73-16 (C14-C21. C24. C25). K50-35 (C5-C7). KM (descanso). En lugar de los indicados en el diagrama, está permitido utilizar microcircuitos de la serie K176. K564. Los diodos D246 (VD1-VD4) son intercambiables con cualquier otro diseñado para una corriente directa de al menos 5 A y una tensión inversa de al menos 350 V (KD202K. KD202M. KD202R, KD206B. D247B). o un puente rectificador de diodos con los mismos parámetros, diodos KD2997A (VD13-VD20) - en KD2997B. KD2999B. Diodo Zener D810 (VD6) - en D814V. Cualquier transistor de las series KT1, KT817 se puede utilizar como VT819. como VT2-VT4 y VT5, VT6, respectivamente, cualquiera de las series KT315, KT503, KTZ102 y KT36K KT502. KT3107. en lugar de VT9, VT10 - KP707V1, KP707E1. No se recomienda reemplazar los transistores KT3102Zh (VT7. VT8). Transformador T1 - TS-10-1 o cualquier otro con una tensión de devanado secundario de 11... 13 V con una corriente de carga de al menos 150 mA. La bobina del filtro de línea L1 está enrollada en un anillo de ferrita (M2000NM1) de tamaño estándar K31M8,5u7 con cable PZV-1 1,0 (2x25 vueltas), el transformador T2 está enrollado en tres anillos de ferrita de la misma marca, pero de tamaño estándar K45x28x12, pegados entre sí. El devanado I contiene 2x42 vueltas de cable PEV-2 1,0 (cables apenas enrollados), los devanados II y III - 7 vueltas cada uno (en cinco cables PEV-2 0,8), el devanado IV - 2 vueltas PEV-2 0.8. Entre los devanados se colocan tres capas de aislamiento de cinta fluoroplástica. Los núcleos magnéticos de los estranguladores L2, L3 son varillas de ferrita (1500 NMZ) con un diámetro de 6 y una longitud de 25 mm (recortadores de núcleos blindados B48). Los devanados contienen 12 vueltas de cable PEV-1 1.5. Transistores VT9. VT10 se instala en disipadores de calor con ventiladores que se utilizan para enfriar los microprocesadores Pentium (también son adecuadas unidades similares de procesadores 486). Los diodos VD13-VD20 se montan en disipadores de calor con una superficie de unos 200 cm2. Para enfriar los transistores de la etapa de salida del UMZCH, se instala en la pared trasera un ventilador de una fuente de alimentación de computadora o cualquier otro con un voltaje de suministro de 12 V. Al instalar un UPS, debe esforzarse por garantizar que todas las conexiones sean lo más cortas posible y, en la sección de potencia, utilizar un cable con la mayor sección transversal posible. Es recomendable encerrar el UPS en un blindaje metálico y conectarlo al pin 0 V de la salida de la fuente, como se muestra en la Fig. 4. El cable común de la sección de potencia no debe estar conectado a la pantalla. Dado que el UPS no está equipado con un dispositivo de protección contra cortocircuitos y sobrecargas, se deben incluir fusibles de 10 A en el circuito de alimentación del UMZCH.
Prácticamente no es necesario configurar el UPS descrito. Sólo es importante fasear correctamente las mitades del devanado primario del transformador T2. Si las piezas están en buen estado de funcionamiento y no hay errores en la instalación, la unidad comienza a funcionar inmediatamente después de conectarse a la red. Si es necesario, la frecuencia del convertidor se ajusta seleccionando la resistencia R3. Para aumentar la confiabilidad del UPS, es recomendable operarlo con un UMZCH, que proporciona ventilación con ventilador de flujo continuo. Literatura
Autor: D.Kolganov, Kaluga
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