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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Estabilizador de pulso de compromiso (precio/calidad). Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Protectores contra sobretensiones Los estabilizadores de tensión de conmutación (SVS) son muy populares entre los radioaficionados. En los últimos años, estos dispositivos se han construido sobre la base de microcircuitos especializados, transistores de efecto de campo y diodos Schottky. Gracias a esto, las características técnicas del ISN han mejorado significativamente, especialmente la eficiencia, que ha superado el 90%, al tiempo que se simplifica el diseño del circuito. Sin embargo, el costo de las piezas para ensamblar un ISN de este tipo se ha incrementado muchas veces. El ISN descrito en el artículo es el resultado de una búsqueda de un compromiso entre indicadores de calidad, complejidad y precio. El ISN propuesto está construido según un circuito de autoexcitación. Tiene características de rendimiento y confiabilidad bastante altas, tiene protección contra sobrecargas y cortocircuitos en la salida, así como contra la aparición de voltaje de entrada en la salida en caso de una falla de emergencia del transistor de control. El diagrama esquemático del ISN se muestra en la Fig. 1. Su base es el OU KR140UD608A común. A diferencia de muchos dispositivos de este tipo, para controlar el voltaje de salida y la corriente de sobrecarga se utiliza un circuito OOS común formado por el transistor VT4 y el inductor L2 (el componente activo de su resistencia), que también forma parte del filtro LC (L2C3). , se utiliza como sensor de corriente), reduciendo la ondulación del voltaje de salida. La tensión de salida está determinada por el diodo zener VD2 y la unión emisora del transistor VT4: Uout = Ube VT4 + UVD2, y la corriente de sobrecarga es la resistencia activa normalizada del inductor L2: lcpa6 = Ube VT4/Rl2- Todo esto hecho Es posible simplificar el ISN hasta cierto punto y reducir el voltaje de ondulación de salida y aumentar la eficiencia combinando un sensor de corriente con un filtro LC. La desventaja de una solución de circuito de este tipo es la impedancia de salida del dispositivo ligeramente sobreestimada.
Las principales características técnicas del ISN son las siguientes (obtenidas utilizando LATR, un transformador reductor ~220/~18 V y un rectificador de onda completa con condensador de alisamiento):
En el caso de la fuente de alimentación de una fuente de CC estabilizada, la operatividad del dispositivo se mantiene cuando el voltaje de entrada se reduce casi al estado abierto del transistor VT3. Una nueva disminución de la tensión de entrada provoca un fallo de generación, pero VT3 permanece abierto. Si se produce una sobrecarga o un cortocircuito en la salida, se restablece la generación y el estabilizador comienza a funcionar en modo de limitación de corriente. Esta propiedad permite su uso como fusible electrónico sin "pestillo". El estabilizador funciona de la siguiente manera. Debido a la diferente relación de las resistencias de las resistencias de los divisores R6R7 y R8R9, el voltaje en la entrada no inversora del amplificador operacional DA1 en el momento de encender la alimentación es mayor que en la entrada inversora, por lo que un alto El nivel se establece en su salida. Los transistores VT1 -VT3 se abren y los condensadores C2, C3 comienzan a cargarse y la bobina L1 comienza a acumular energía. Después de que el voltaje en la salida del estabilizador alcanza un valor correspondiente a la ruptura del diodo zener VD2 y la apertura del transistor VT4, el voltaje en la entrada no inversora del amplificador operacional DA1 se vuelve menor que en el inversor ( debido a la derivación de R9 por la resistencia R10), y su salida se establece en un nivel bajo. Como resultado, los transistores VT1-VT3 se cierran, la polaridad del voltaje en los terminales de la bobina L1 cambia bruscamente al opuesto, el diodo de conmutación VD1 se abre y la energía acumulada en la bobina L1 y los condensadores C2, C3 se transfiere a la carga. En este caso, el voltaje de salida disminuye, el diodo zener VD2 y el transistor VT4 se cierran, aparece un nivel alto en la salida del amplificador operacional y el transistor VT3 se abre nuevamente, iniciando así un nuevo ciclo de funcionamiento del estabilizador. Cuando la corriente de carga aumenta por encima del valor nominal, la caída de voltaje creciente a través de la resistencia activa de la bobina L2 comienza a abrir en mayor medida el transistor VT4, la retroalimentación negativa actual se vuelve predominante y el diodo zener VD2 se cierra. Debido a la acción del OOS, la corriente de salida se estabiliza y el voltaje de salida y la corriente de entrada se reducen, garantizando así un funcionamiento seguro del transistor VT3. Después de eliminar la sobrecarga o el cortocircuito, el dispositivo vuelve al modo de estabilización de voltaje. Las características corriente-voltaje del estabilizador se muestran en la figura. 2.
Como puede verse en el diagrama, los transistores VT1 y VT3 forman un transistor compuesto. Esta solución de circuito es óptima cuando se utiliza un transistor bipolar como elemento clave, ya que en este caso se garantiza una caída de voltaje relativamente pequeña a través del transistor abierto VT3 con corrientes de control relativamente bajas. En este caso, el transistor VT1 está saturado, proporcionando pérdidas estáticas óptimas del transistor compuesto, y VT3 no está saturado, proporcionando pérdidas dinámicas óptimas. Como sensor de corriente VT4 se utiliza un potente transistor de la serie KT817. En principio, es posible utilizar aquí un transistor de baja potencia más económico, sin embargo, para los potentes con corrientes de funcionamiento bajas (como en este caso), el voltaje de apertura de la unión del emisor es de solo aproximadamente 0,4 V, mientras que para los de baja potencia. Por ejemplo, KT3102, es aproximadamente 0,55 V. Así, a la misma corriente de operación de protección, la resistencia de la resistencia de medición en el caso de utilizar un transistor potente es menor, asegurando así una ganancia en la eficiencia del estabilizador. En el ISN descrito, como se señaló, se proporciona protección contra la aparición de voltaje de entrada en la salida en caso de falla del transistor de control VT3. En este caso, el voltaje en el diodo zener VD3 supera los 15 V, la corriente en el circuito de alimentación aumenta bruscamente y el fusible FU1 se quema. Se supone que este último se quemará antes que el diodo zener (debido a una sobrecarga térmica). Una simulación de accidente (cortocircuito entre los terminales colector y emisor de VT3) mostró que los diodos Zener KS515A (en una caja metálica) protegen perfectamente los dispositivos alimentados por un ISN: cuando se funde el fusible, quedan en un cortocircuito "profundo" ( no se rompan) cuando fallen. Se obtuvieron los mismos resultados al probar los diodos Zener KS515G, así como otros importados similares (en cajas de plástico). Los diodos Zener similares en vitrinas se comportaron de manera insatisfactoria: lograron quemarse simultáneamente con el fusible. En el ISN se pueden utilizar cualquier transistor de la serie indicada en el diagrama (excepto KT816A como VT1). Los condensadores de óxido C2, C3 son de la marca SR de fabricación extranjera (un análogo cercano del K50-35). En el proceso de creación del prototipo del estabilizador, se probó la posibilidad de utilizar los amplificadores operacionales KR140UD708, KR140UD8A-KR140UD8V, KR544UD1 A, KR544UD2A, KR544UD2B, KR574UD1A, KR574UD1 B. Al mismo tiempo, se evaluaron la frecuencia de conversión, el tipo de procesos de conmutación y la eficiencia. ligeramente cambiado. El reemplazo más adecuado para el KR140UD608 es el KR140UD708 (tiene el mismo pinout), sin embargo, atención: en la práctica del autor, estos amplificadores operacionales se encontraron con una disposición "inversa" de las entradas, es decir, se conectó la entrada no inversora al pin 2, y la entrada inversora estaba conectada al pin 3!). El hecho de que se trata del amplificador operacional KR140UD708 lo indicaban las marcas en la carcasa. El inductor de almacenamiento L1 se coloca en un circuito magnético blindado de dos copas 422 M2000NM con un espacio de aproximadamente 0,2 mm formado por dos capas de papel autoadhesivo. Esto se hace de la siguiente manera. Se corta un cuadrado de una hoja de papel autoadhesivo, un poco más grande que el diámetro exterior de la taza. Después de quitar la capa protectora, el papel se coloca con el lado adhesivo hacia arriba sobre una superficie dura y uniforme (no lisa). Luego se coloca uno de los vasos en el brazo, con el extremo hacia abajo, y se frota firmemente contra el papel. Como resultado, el papel se pega al extremo de la copa hasta tal punto que no es difícil cortar su exceso con un bisturí afilado a lo largo de los fragmentos del contorno. De la misma forma, pega la junta a la segunda copa. La bobina se enrolla con alambre PEL 1,0 sobre un marco plegable que consta de un pasador de 50...100 mm de largo con una rosca M4 en ambos extremos, dos arandelas limitadoras con un diámetro de 16 y un espesor de 0,5 mm, un casquillo con un diámetro exterior de 10, un diámetro interior de 5 y 7,5 mm de largo y dos tuercas M4. El marco se ensambla sobre un pasador (en la secuencia: tuerca, arandela, manguito, arandela, tuerca) y la bobina se enrolla firmemente, vuelta a vuelta: 20 vueltas en tres filas (7+7+6). Después de enrollarlos, sus cables se tuercen aproximadamente 90° (para que las vueltas no se “extiendan”) y el marco se desmonta con cuidado por un lado. Luego, manteniendo las vueltas, se retira con cuidado la bobina del marco y se inserta en una de las copas, se desenroscan los cables y se colocan en las ranuras correspondientes de la copa. Gracias a las propiedades elásticas del alambre, la bobina se fija bastante bien en la copa. Para evitar que la bobina "chirríe" a la frecuencia de conversión, la copa con el devanado se sumerge durante un tiempo en un tanque con barniz nitro, luego se retira y se deja escurrir el barniz. Posteriormente se coloca la copa sobre un tornillo de apriete previamente insertado en el orificio correspondiente del tablero, se coloca una segunda copa y se aprieta el conjunto así obtenido con un tornillo con tuerca y arandela. Una vez seco el barniz, los cables de la bobina se limpian cuidadosamente, se estañan y se sueldan a los contactos correspondientes de la placa. Luego se instalan las piezas restantes. El sensor de corriente de la bobina L2 está colocado en un núcleo magnético formado por dos copas Ch14 de ferrita de la misma marca que la bobina L1, y con el mismo espaciador dieléctrico. Para el bobinado se utiliza alambre PEL 0,5 de 700 mm de longitud, no es necesario impregnarlo con barniz. Esta bobina se puede fabricar de manera diferente enrollando un cable del diámetro y longitud especificados en un inductor DPM-0,6 estándar; sin embargo, la eficiencia de la supresión de pulsos en la frecuencia de conversión en este caso disminuirá ligeramente. El estabilizador está ensamblado sobre una placa de circuito impreso hecha de fibra de vidrio recubierta con una lámina de un lado, cuyo dibujo se muestra en la Fig. 3.
Si el ISN se va a utilizar con la corriente de carga máxima, el transistor VT3 debe instalarse sobre un disipador de calor en forma de placa de aluminio con una superficie de 100 m2 y un espesor de 1,5...2 mm. Si se espera un funcionamiento prolongado del dispositivo en modo de fuente de corriente o cortocircuito, el diodo de conmutación VD1 también se fija al mismo disipador de calor a través de una junta aislante (por ejemplo, mica). Para corrientes de carga inferiores a 1 A, no se requiere un disipador de calor para el transistor VT3 y el diodo VD1; sin embargo, en este caso, la corriente de operación de protección debe reducirse a 1,2 A reemplazando la bobina L2 con una resistencia C5-16 con una resistencia de 0,33 Ohm y una potencia de 1 W. Prácticamente no es necesario establecer el ISN descrito. Sin embargo, puede ser necesario aclarar la corriente de funcionamiento de la protección, para lo cual el cable de la bobina L2 se debe llevar inicialmente a una longitud mayor. Después de soldarlo a los contactos correspondientes de la placa, se acorta gradualmente hasta obtener la corriente de operación de protección requerida, y luego se enrolla la bobina L2 de la manera descrita anteriormente. El estabilizador no debe utilizarse para corrientes de carga superiores a 4 A. La limitación está asociada principalmente con la corriente de pulso máxima permitida del colector del transistor de la serie KT805 (8 A en timp < 200 ms en Q = 1,5), que, en principio, puede ocurrir en condiciones desfavorables. Autor: A. Moskvin, Ekaterimburgo
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