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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Fuente de alimentación conmutada de laboratorio
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación Una característica especial de la fuente de alimentación bipolar que se ofrece a la atención de los lectores es la presencia de etapas de control lineal y de pulso en cada brazo, lo que permitió reducir la caída de voltaje y potencia en el transistor de control y, en consecuencia, reducir el tamaño de el disipador de calor. El dispositivo, que el autor utiliza con éxito desde hace más de cinco años, puede que no sea del todo óptimo, pero esperamos que los radioaficionados puedan modificarlo utilizando la base de elementos existente para adaptarlo a sus tareas. El principal problema que surge al fabricar una fuente de alimentación que funciona en una amplia gama de voltajes de salida y con una gran corriente de carga es asegurar una mínima disipación de energía en el elemento de control y, en consecuencia, obtener la máxima eficiencia del dispositivo en su conjunto. . Una forma de solucionar este problema es utilizar un transformador con un devanado de varias secciones [1]. Las principales desventajas son la necesidad de manipular el interruptor, lo cual es muy inconveniente, y la complejidad de fabricar el transformador. La solución más exitosa es una fuente ajustable pulsada con posterior filtrado de pulsaciones mediante un estabilizador de compensación. La complejidad del dispositivo se compensa con el pequeño tamaño de los disipadores de calor, ya que la caída de tensión y, por tanto, la potencia asignada al transistor regulador del estabilizador lineal, puede hacerse mínima e independiente de la tensión de carga. Se tomó como base la fuente de alimentación del laboratorio descrita en [2]. Su principal inconveniente es un acelerador muy voluminoso, que aumenta drásticamente el peso y las dimensiones del dispositivo. En la versión propuesta de la fuente, la regulación del voltaje primario se realiza a alta frecuencia (15...50 kHz), por lo que el inductor está hecho sobre un núcleo magnético de ferrita, lo que reduce significativamente las dimensiones y el peso del dispositivo. Principales características técnicas
El circuito de alimentación se muestra en la Fig. 1. Los nodos idénticos en ambos brazos están resaltados con una línea de puntos y rayas. Consideremos el funcionamiento del dispositivo usando el ejemplo de una fuente de voltaje positivo.
La tensión alterna del devanado secundario del transformador de red T rectifica el puente de diodos VD1-VD4 y filtra el condensador Sat. Luego, se suministra voltaje constante al transistor de conmutación VT4 del estabilizador de pulso y al disparador Schmitt ensamblado en los transistores VT5, VT6, cuya tensión de alimentación es estabilizada por el estabilizador paramétrico R13VD18. En el momento inicial después de encender la fuente de alimentación, el sensor de voltaje: el transistor VT7 está cerrado, el transistor VT5 del disparador Schmitt está abierto y los transistores VT1 y VT2 están cerrados. El transistor VT3 se abre mediante la corriente que fluye a través de su unión de emisor y las resistencias R6 R7. Por lo tanto, el transistor de conmutación VT4 también está abierto. El condensador C8 comienza a cargarse. El voltaje a través de él aumenta hasta acercarse a la salida establecida. Un aumento adicional en el voltaje en el capacitor C8 provocará la apertura del sensor de voltaje VT7 y la activación del disparador Schmitt. Como resultado, los transistores VT1 y VT2 se abrirán y los transistores VT3 y VT4 se cerrarán. Luego se enciende el inductor L1, la carga autoinductora abre el diodo VD17 y la energía acumulada en el inductor se transfiere a la carga. Una vez agotada la reserva de energía en el inductor, el diodo VD17 se cierra y la corriente ingresa a la carga desde el capacitor C8. El voltaje en él comienza a disminuir y, en algún momento, el sensor de voltaje VT7 se cerrará. El disparador Schmitt cambiará (el transistor VT6 se cerrará y el transistor VT5 se abrirá), los transistores VT1 y VT2 se cerrarán y los transistores VT3 y VT4 se abrirán. El condensador C8 comenzará a cargarse nuevamente. El diodo VD16 protege el transistor de conmutación VT4 en situaciones de emergencia, por ejemplo, cuando falla el diodo VD17 o el condensador C6 pierde capacidad. El estabilizador de compensación en los transistores VT8, VT9, VT11 está ensamblado según un circuito simple y no tiene características especiales. Para aumentar suavemente el voltaje de salida después de encender la fuente de alimentación y evitar que la protección se dispare con una carga capacitiva significativa, se utilizan los elementos R19, VD20, C10. En el momento del encendido, el condensador C10 se carga en dos circuitos: a través de la resistencia R19 y la resistencia R21, diodo VD20. El voltaje a través del capacitor (y la base del transistor VT9) aumenta lentamente durante aproximadamente 0,5 s. En consecuencia, el voltaje de salida también aumenta hasta que el estabilizador entra en estado estable. A continuación, el diodo VD20 se cierra y el condensador C10 se recarga a través de la resistencia R19 y posteriormente no afecta el funcionamiento del estabilizador. Se necesita el diodo VD19 para descargar rápidamente el condensador C10 después de apagar la fuente de alimentación y cuando el voltaje de salida disminuye. En este caso, el voltaje en el capacitor C8 disminuye más rápido que en C10, el diodo VD19 se abre y el voltaje en ambos capacitores disminuye simultáneamente. Además, para reducir rápidamente el voltaje de salida cuando se apaga la fuente de alimentación, se utiliza el relé K1. Después de conectar la unidad a la red, el voltaje del rectificador que utiliza diodos VD1 VD1 se suministra al relé K7 a través de la resistencia R8. El voltaje rectificado se filtra mediante un condensador de pequeña capacitancia C3. El relé se activa, sus contactos K1.1 se abren y no afectan el funcionamiento del estabilizador. Cuando se apaga la unidad, el voltaje en el capacitor C3 desaparece más rápido que en C6, por lo que el relé K1 libera casi inmediatamente sus contactos K1.1 y el capacitor C10 se descarga rápidamente a través de la resistencia R20. En este momento, el diodo VD20 se abre y el voltaje en la base del transistor VT9 disminuye a casi cero. El voltaje en la salida del estabilizador desaparece. El circuito R26VD23 sirve para acelerar la descarga del condensador C13 y los condensadores en la carga cuando se ajustan valores de voltaje más bajos. En este caso, el voltaje en el colector del transistor VT11 se vuelve menor que el voltaje en la salida del bloque, el diodo VD23 se abre y el capacitor C13 se descarga a través del circuito: resistencia R26, diodo VD23, sección colector-emisor del transistor VT11 y diodos VD21, VD22. En estado estable, el circuito R26VD23 no afecta el funcionamiento de la unidad. El condensador C12 evita la autoexcitación del estabilizador. Los condensadores C14 y C23 están conectados directamente a los terminales de salida de la fuente de alimentación para reducir la ondulación de alta frecuencia. El circuito R6C7 es necesario para reducir el tiempo de cierre de los transistores VT3, VT4. Si el transistor VT3 está abierto, se crea una caída de voltaje a través de la resistencia R6, que se aplica a la base del transistor. El condensador C7 está cargado con la misma polaridad. Cuando se abre el transistor VT2, a través de su sección colector-emisor, la placa inferior del condensador en el circuito se conecta al emisor del transistor VT3. Así, se aplicará una tensión de cierre a la unión del emisor del transistor VT3, lo que favorece su cierre forzado y, por tanto, el cierre del transistor de conmutación VT4. Cuando se activa la protección (durante una sobrecarga o cortocircuito en la carga), el voltaje de apertura se suministra a la base del transistor VT10 a través del divisor R22R23. Como resultado, la base del transistor VT9 está conectada al cable común a través de la sección colector-emisor del transistor abierto VT10. El voltaje en la salida de la unidad desaparece. Observemos las características de la construcción del canal negativo de la fuente de alimentación. El estabilizador de conmutación y el gatillo Schmitt se mantuvieron sin cambios. El estabilizador de compensación se fabrica utilizando transistores de diferente conductividad y el elemento de control VT21 está conectado al circuito de la línea de alimentación negativa. Esto simplificó la conexión del estabilizador de compensación con la unidad de protección. El disparador Schmitt (en los transistores VT17, VT18) está conectado directamente al transistor VT20. La función del sensor de voltaje la realiza el transistor VT18 del disparador Schmitt. Para que cuando se corta la fuente de alimentación, las tensiones de salida desaparezcan sincrónicamente en ambos brazos, se utiliza un relé común K1 (contactos K1.2). La unidad de protección se alimenta desde una fuente de tensión bipolar. Esto hace que sea muy fácil controlar ambos brazos de la fuente de alimentación [3]. El voltaje negativo se forma mediante un multiplicador en los diodos VD5, VD6 y los condensadores C1, C2 y estabiliza el estabilizador paramétrico R5VD2 al nivel de -10 V. El esquema del nodo de protección se muestra en la fig. 2.
Cuando la corriente de carga alcanza el valor establecido, la caída de voltaje a través de la resistencia R30 (ver Fig. 1) será suficiente para abrir el transistor VT12. La entrada S (pin 14) del flip-flop DD1 recibe un nivel alto y cambia al estado único. Aparecerá un nivel bajo en la salida del inversor DD2.1, que, a través del diodo VD1 y la resistencia R50, afecta al transistor VT19 (ver Fig. 1), lo que provocará la apertura de este último y el cierre del transistor compuesto VT20VT21. . El voltaje en la salida de la fuente negativa desaparecerá. En la salida del inversor DD2.3 aparecerá una única señal, que actúa a través del diodo VD5 y la resistencia R22 (ver Fig. 1) en el transistor VT10, que generalmente conduce al cierre del brazo positivo. El LED HL1 "+" señala la presencia de una sobrecarga en el brazo positivo de la fuente de alimentación. La unidad de protección funciona de manera similar en caso de sobrecarga de fuente negativa. Así, siempre que se produzca una sobrecarga, ambos brazos de los estabilizadores se apagan y este estado permanecerá indefinidamente hasta que se presione el botón “Return” SB1. En este caso, un nivel alto afectará las entradas R (pines 3 y 15) y cambiará los flip-flops al estado cero. Se restablecerá el rendimiento de los estabilizadores. El condensador C3, que pasa por alto los contactos del botón SB1, es necesario para configurar los disparadores en el estado cero en el momento en que la unidad se enciende en la red. Las resistencias R1, R2 se utilizan para establecer el nivel de sensibilidad de protección. Los condensadores C1, C2, que derivan las entradas de los flip-flops S, evitan la activación falsa de la unidad de protección contra el ruido impulsivo inducido en los conductores de conexión. Se necesitan diodos VD1-VD6 para aislar las salidas de los microcircuitos. Puede utilizar cualquier transformador de red en la fuente de alimentación que proporcione la potencia requerida. La versión del autor utiliza un transformador TS-180-2 ya preparado. El devanado primario no se modifica. Contiene 680 vueltas de alambre PEV-1 0,69. Se retiran todos los devanados secundarios y en su lugar se enrollan nuevos devanados II y III, cada uno de los cuales contiene 105 vueltas de alambre PEV-1 1,25. El transformador se puede fabricar de forma independiente basándose en el núcleo magnético PL21 x45. Los chokes L1 y L2 están enrollados en núcleos magnéticos blindados B-30 hechos de ferrita M2000NM. Los devanados contienen 18 vueltas de un haz formado por nueve cables PEV-2 0,4. El espacio entre las mitades del cable magnético es de 0,2 ... 0,5 mm. Los diodos KD202R (VD1-VD4, VD12-VD15), que se colocan en pequeños disipadores de calor, se pueden reemplazar por otros diseñados para una corriente directa de al menos 3 A y el voltaje inverso requerido. En lugar de los diodos KD105B (VD5-VD9) y D223A (VD19-VD23, VD27-VD31), está permitido utilizar cualquiera de las series KD208, KD209. Los diodos D9B (VD1-VD6, Fig. 2) son intercambiables con cualquiera de las series KD521, KD522. Relé K1 - RES48A versión RS4 590 202 para una tensión de funcionamiento de 12 V. Es mejor elegir un relé para una tensión más alta, por ejemplo, RES48A versión RS4.590.207 con una tensión de 27 V. En este caso, conviene utilizar una resistencia limitadora de corriente R1 de menor resistencia y potencia. Los transistores KT644B (VT3, VT15) son reemplazables por KT644A, KT626V o, en casos extremos, por KT816V, KT816G o KT814V, KT814G. En lugar de los transistores VT1, VT10, VT13, está permitido utilizar cualquier silicio con una tensión colector-emisor permitida de al menos 60 V. En lugar de transistores MP26A (VT7, VT12, VT19, VT22 y VT1, Fig. 2), puedes utilizar cualquiera de las series MP25, MP26; en lugar de KT3102A (VT5, VT6, VT11, VT17, VT18) - KT315V-KT315E, KT3102B. Podemos reemplazar el transistor KT827A (VT8) por cualquiera de estos o de la serie KT829, así como KT908A, KT819G, el transistor KT825A (VT21), por cualquiera de estos o de la serie KT853, así como por KT818G. En lugar de los transistores KT908A (VT4, VT16), es mejor utilizar KT945A con una corriente máxima de colector mayor. El transistor MP37B (VT23) debe seleccionarse de acuerdo con el voltaje máximo colector-emisor, ya que opera en el límite del valor permitido. Los transistores VT4, VT8, VT16, VT21 y los diodos VD17, VD25 se instalan en pequeños disipadores de calor con dimensiones de 50x50x5 y 40x30x3 mm, respectivamente. Los microcircuitos de la serie 564 son intercambiables con los análogos correspondientes de la serie K561. Los condensadores de óxido C6 y C15 están compuestos por dos K50-24 de 1000 μF cada uno y dos K52-1B de 100 μF cada uno, todos para una tensión de 63 V, conectados en paralelo. Condensadores C1, C2, C10, C11, C19, C20 - K50-6, C3, C4, C5, C13, C22 - K50-16, C12, C14, C21, C23 - K73-17. Microamperímetros RA1, RA2 - M4205 para una corriente de 100 μA. Todos los detalles del dispositivo se verifican previamente. En la versión del autor, la fuente de alimentación se ensambla en varias placas de circuito. Al configurar una unidad, es mejor utilizar un osciloscopio. Está conectado al emisor del transistor VT4. El motor de la resistencia R28 se coloca en la posición media y la resistencia R22 se desolda temporalmente. Conecte la fuente de alimentación a la red. Deben aparecer pulsos rectangulares en el emisor del transistor VT4. Si no hay voltaje, primero debe asegurarse de que el relé K1 haya funcionado. De lo contrario, al seleccionar la resistencia R1, el relé se activa a una tensión de red mínima (190 V). Después de esto, se mide la tensión colector-emisor del transistor VT8. Debe estar entre 1,5...2 V y permanecer igual cuando cambia el voltaje de salida. La conmutación del estabilizador de conmutación se produce cuando el voltaje colector-base del transistor VT9 es aproximadamente igual a 0,9 V. Si es necesario aumentarlo, se deben conectar uno o más diodos en dirección directa al circuito emisor del transistor VT7. La frecuencia de conmutación depende en pequeña medida de la resistencia de las resistencias R17 (a medida que disminuye, la frecuencia disminuye) y R15 (a medida que aumenta, la frecuencia disminuye). Las resistencias R27 y R29 seleccionan los valores mínimo y máximo de la tensión de salida (3 y 30 V). Ahora se conecta una carga (o su equivalente) con una resistencia de aproximadamente 3 ohmios y una potencia de al menos 27 W a la salida del estabilizador, habiendo establecido previamente el voltaje de salida en aproximadamente 5 V. Aumente suavemente el voltaje de salida, haga Asegúrese de que la corriente en la carga no supere los 3 A. Además, debe controlar la forma de los pulsos. Si la duración de las pausas entre pulsos es inferior a 1/5 del período, las oscilaciones pueden fallar. En este caso, es necesario aumentar la inductancia del inductor utilizando un circuito magnético más grande o aumentando el número de vueltas. Luego se calibra un microamperímetro que mide la corriente de carga. Para medir el voltaje en la salida de la fuente de alimentación, puede encender un microamperímetro con una resistencia adicional con una resistencia de aproximadamente 300 kOhm. A continuación, se suelda la resistencia R22. El control deslizante de la resistencia R32 está configurado en la posición superior (según el diagrama) y la resistencia R28 está configurada en el voltaje mínimo. Se conecta una resistencia con una resistencia de 40 ohmios a la salida del estabilizador. Conecte la fuente de alimentación a la red y, aumentando el voltaje de salida, establezca la corriente de carga en 250 mA. Luego, utilizando la resistencia R1 (ver Fig. 2), se aseguran de que la protección funcione y el LED HL1 se encienda. Para una fuente de voltaje negativo, la corriente de respuesta de protección mínima se establece mediante la resistencia R2. Después de esto, el control deslizante de la resistencia R32 se mueve a la posición inferior (según el diagrama). La resistencia de carga se reduce y la corriente se establece en 3 A. Al mover el control deslizante de la resistencia R32 hacia arriba (según el diagrama), se nota el momento en que se activa la protección. Ahora debe medir la resistencia de la parte retirada de la resistencia R32, instalar una resistencia de valor similar y calibrarla de acuerdo con la corriente de operación de protección. El hombro de voltaje negativo se ajusta de la misma manera. Finalmente, use un osciloscopio para medir el voltaje de ondulación a la corriente de carga máxima. Si la ondulación supera los 30 mV, instale condensadores C11 y C20 adicionales (que se muestran como líneas discontinuas en el diagrama de la Fig. 1). Puede resultar que al girar rápidamente el control deslizante de la resistencia R28 (R56), el voltaje de salida aún cambie, aunque el control deslizante ya esté estacionario. En este caso, el terminal superior de la resistencia R21 debe ser desoldado y conectado al colector de transistor VT4 (mostrado por la línea discontinua). El terminal inferior de la resistencia R49 también debe desoldarse y conectarse al punto de conexión de los elementos R2, C2, VD6 (ver Fig. 1). La resistencia de las resistencias R21 y R49 debe aumentarse a 20 kOhm. La eficiencia del estabilizador compensador se puede aumentar si, en lugar de VT8 y VT21, se utilizan transistores con un voltaje de saturación colector-emisor más bajo, teniendo en cuenta las recomendaciones [4]. En lugar de MP37B (VT23), es mejor utilizar un transistor de germanio con un voltaje colector-emisor alto permitido, por ejemplo, GT404V, GT404G. Literatura
Autor: G. Balashov, Shadrinsk, región de Kurgan.
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