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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Nos protegemos... mediante la nutrición. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Protección de equipos contra operación de emergencia de la red, sistemas de alimentación ininterrumpida Al operar equipos desde una red de CA, surgen muchas situaciones en las que la fuente de alimentación no logra “destruir la vida útil del resto del equipo”. Pasemos al circuito de fuente de alimentación (PSU) que se muestra en la fig. una.
En el circuito del devanado primario del transformador T220 fluye corriente alterna con un voltaje de 1 V a través de los contactos cerrados del interruptor de red SA1 y el fusible FU1, que protege la fuente de alimentación de la destrucción total en caso de falla del transformador T1. El potente filtro C5-L1-L2-C6 no permite interferencias de la red al equipo y viceversa, interferencias que se producen durante el funcionamiento del equipo de radio con alimentación. Un rectificador y un filtro capacitivo están conectados al devanado secundario T1, cuyos condensadores tienen una gran capacitancia a altas corrientes de funcionamiento (C9 -100000 μF). Cuando se cargan en el momento de encenderse, se produce un pulso de corriente muy grande, que no solo puede quemar el fusible FU1, sino también romper los diodos rectificadores (VD2, VD3), lo que hará que la corriente alterna fluya a través de ellos hacia el condensadores de filtrado, calentando estos últimos y provocando una explosión. Para protegerse contra esto, la corriente de arranque de la fuente de alimentación debe limitarse conectando la resistencia R1 en serie con el devanado primario T7, que después de unos segundos se cortocircuita utilizando los contactos de relé K1.1, diseñados (para mayor confiabilidad) para un corriente de 5... 10 A. El tiempo de retardo para encender la fuente de alimentación está determinado por la resistencia R11 y la capacitancia C11. Inmediatamente después del encendido, C11 pasa por alto el devanado del relé K1, impidiendo su funcionamiento. A medida que C11 se carga, el voltaje en él aumenta y cuando alcanza el voltaje de respuesta del relé K1, este último se enciende y con los contactos K1.1 cortocircuita R7, proporcionando corriente de operación en el devanado primario del transformador T1. El diodo VD7 está diseñado para suprimir las sobretensiones en el devanado del relé cuando se activa. Es muy conveniente utilizar puentes de diodos en rectificadores de CA, especialmente porque se fabrican en forma de bloque y son fáciles de instalar. Sin embargo, con un aumento en la corriente suministrada por la fuente de alimentación a la carga, surge el problema de la “caída* del voltaje de suministro bajo carga, que en un circuito puente aumenta debido a dos diodos conectados en serie (la caída total de voltaje a través de ellos es hasta 1.4 V para diodos de silicio o hasta 0,8 V para diodos de germanio y barrera Schottky). Al modificar el rectificador de puente a circuito con punto medio, obtenemos una caída de voltaje de aproximadamente 0,7 V para diodos de silicio y de 0,3...0,4 V para diodos de germanio y Schottky. El uso de diodos Schottky también se justifica porque disipan menos energía, lo que reduce el tamaño de los radiadores en los que se instalan los diodos con corrientes rectificadas elevadas. Devanar el devanado secundario de un transformador de potencia se vuelve más conveniente, ya que el diámetro del cable del devanado disminuye (la corriente que fluye en cada mitad del devanado es venas la mitad de la corriente total a la salida del rectificador). Es cierto que tendrá que enrollar el doble de vueltas, pero para un voltaje de salida bajo esto no es demasiado difícil, ya que hay pocas vueltas. En rectificadores de alta tensión es más recomendable utilizar puentes rectificadores. Un condensador (C7, C8) está conectado en paralelo a cada diodo rectificador. Estos condensadores protegen la fuente de alimentación del llamado fondo "multiplicativo", cuando los diodos rectificadores reaccionan a las interferencias de RF de la red como si fueran antenas. Para el funcionamiento del transistor regulador del estabilizador lineal en serie que sigue al filtro, se requiere una cierta diferencia mínima de tensión colector-emisor para los transistores bipolares (BT) o fuente de drenaje para los transistores de efecto de campo (FET), a la que todavía funcionan. . En el caso de BT potentes, es de 3...5 V, y para PT potentes, de 0,5...3 V. De ello se deduce que con una corriente de carga máxima de 30 A y un voltaje de salida del estabilizador de 13,8 V, el voltaje en la fuente del transistor VT2 no debe caer por debajo de 13,8+0,5=14,3 (V). De esta manera, puede seleccionar la capacitancia C9 mínima requerida en la fuente de alimentación terminada cargando su salida con la corriente máxima (por ejemplo, 30 A) y midiendo la caída de voltaje a través del transistor de control. El suministro de este voltaje, por supuesto, no perjudicará en el sentido de compensar una disminución en el voltaje de la red, pero está plagado de un aumento en la potencia disipada por el transistor VT2, lo que conducirá a la necesidad de aumentar el Tamaño del radiador en el que está instalado este transistor. De hecho, con una corriente de 30 A y una caída de voltaje de 0,5 V, se disipa 2-0,5 = 30 (W) en VT15, y con la misma corriente, pero una caída de voltaje de 3 V - 3 30 = 90 (W) . ¡La diferencia es bastante significativa! El diagrama del estabilizador descrito (sin protecciones) está tomado de [1] (los detalles adicionales continúan con las designaciones del original). Las características de alta calidad de este estabilizador se deben al uso de un potente transistor de efecto de campo de canal p IRL2505. Para aumentar el coeficiente de estabilización, la fuente de alimentación utiliza un "diodo zener ajustable": el microcircuito TL431 (análogo doméstico - KR142EN19). Este microcircuito se produce en el paquete TO-92 (Fig. 2). La estructura interna del IC se muestra en la Fig. 3, y los parámetros máximos permitidos se dan en la tabla. Las características de ajuste del TL431 se ilustran en los gráficos de la Fig. 4.
El transistor VT1 en la fuente de alimentación (Fig. 1) es un transistor coincidente, el diodo Zener VD1 estabiliza el voltaje en su circuito base. El voltaje de salida del estabilizador se puede calcular usando la fórmula: Uout=2.5(1+R5/R6) El estabilizador funciona de la siguiente manera. Digamos que cuando se conecta una carga, el voltaje de salida del estabilizador disminuye. Entonces el voltaje en el punto medio del divisor R5-R6 también disminuirá. Chip DA1. como estabilizador paralelo, consumirá menos corriente y la caída de voltaje a través de su carga (resistencia R2) disminuirá. Esta resistencia está ubicada en el objetivo emisor del transistor VT1, por lo tanto, con un voltaje estabilizado en la base de VT1, el transistor se cerrará, asegurando un aumento en el voltaje en la puerta del transistor regulador VT2, que se abrirá con más fuerza y compensar la caída de voltaje en la salida de la fuente de alimentación. La resistencia R6 establece el voltaje de salida. Diodo Zener VD6 conectado entre la fuente y la puerta VT2. sirve para proteger el PT contra el exceso de voltaje de fuente de puerta permitido y es un elemento obligatorio en estabilizadores con voltaje de entrada aumentado (a partir de 15 V y más). Un estabilizador es bueno para todos, pero ¿qué sucede si la corriente de carga excede el valor límite del transistor regulador (se produce un cortocircuito)? Obedeciendo el algoritmo de su funcionamiento, VT2 se abrirá completamente y luego fallará. debido al sobrecalentamiento del canal. Para limitar la corriente máxima a través del PT, puede seleccionar el modo de funcionamiento del transistor VT1. Pero sigue siendo más seguro utilizar protección especial. Por ejemplo, en un optoacoplador, como se describe en [2]. Esta protección se presenta de forma ligeramente modificada en el BP propuesto. El estabilizador paramétrico del diodo Zener VD4 proporciona un voltaje de 6,2 8. Para una mayor estabilidad de este voltaje, utilizando la resistencia de carga R8, el punto de funcionamiento de VD4 se acerca a la mitad de su característica (IVD410 mA). El ruido del diodo Zener es bloqueado por el condensador SY. El voltaje de salida del estabilizador se compara con el voltaje de referencia resultante a través del circuito: optoacoplador LED VU 1 - diodo VD5 - resistencia limitadora R10. Mientras el voltaje de salida del estabilizador es mayor (más negativo) que el voltaje de referencia, el diodo VD5 está bloqueado y no fluye corriente a través del LED. Si los terminales de salida están en cortocircuito en el terminal derecho (según el diagrama) de la resistencia R10, el voltaje negativo desaparecerá, el diodo de referencia VD5 se abrirá, el LED del optoacoplador se encenderá y el fototriaco del optoacoplador funcionará, lo que cerrará la puerta VT2 con la fuente y el transistor se cerrará. La corriente de salida del estabilizador se detendrá. Para poner la fuente de alimentación en modo de funcionamiento, apáguela mediante el interruptor principal SA1. elimine el cortocircuito y vuelva a encenderlo. La protección vuelve a su estado original. El uso de tales estabilizadores en el PT hace innecesario un circuito de protección contra la sobretensión resultante de la avería del transistor de control, ya que aquí esta tensión aumentará sólo en 0.5... 1 V. Para equipos más críticos, podemos proponer un "duro" Circuito limitador, llamado limitador “duro” en Occidente, "barra de palanca". El principio de protección cuando se excede el voltaje umbral establecido en la salida del estabilizador es fundir un fusible conectado en serie con la carga mediante un potente tiristor. Si se desea, dicha protección se puede introducir en otros estabilizadores. El estabilizador se coloca sobre una placa de circuito impreso de 52x55 mm. El dibujo del tablero se muestra en la Fig. 5, y la disposición de los elementos está en la Fig. 6. En la figura. 1 este nodo está rodeado por una línea de puntos. El tablero está hecho de fibra de vidrio por ambas caras con un espesor de 1...1.5 mm. La lámina en la parte inferior del tablero está conectada al bus negativo del estabilizador. No es necesario soldar los cables libres del optoacoplador VU1. Se pueden montar piezas de protección adicionales mediante un montaje con bisagras, utilizando, por ejemplo, parches de lámina de fibra de vidrio pegados al radiador VT2 como soportes. Como K1 en la fuente de alimentación, se puede utilizar un relé RES9 con un devanado de 12 V, conectando sus grupos de contactos en paralelo. El filtro contra sobretensiones consta de dos condensadores con una capacidad de 0,01 μF para una tensión de funcionamiento de 630 V y dos bobinas conectadas entre ellos. Las bobinas se enrollan con un cable de alimentación plano en una varilla de ferrita con un diámetro de 8...10 mm y una longitud de 140...160 mm desde la antena magnética de la radio. El mismo enrollado simultáneo de bobinas sobre un anillo de ferrita con una permeabilidad de 2000...10000 y un diámetro de 32...60 mm hasta que sea posible el llenado. El transformador para tal fuente de alimentación debe tener una potencia total Pr de aproximadamente 500 W. De hecho, hagamos los cálculos. El voltaje de salida del estabilizador es de 13.8 V, la corriente máxima es de 30 A. La caída de voltaje en el transistor de control, los diodos y los cables de conexión será de aproximadamente 1 V. La potencia en el devanado secundario del transformador T1 P será: P = (13.8 + 1) 30 = 444 ( W) Tengamos en cuenta las pérdidas por inversión de magnetización del núcleo T1 - 10%. o 44,4 W. Entonces Pg=444+44.4=488,4 (W). El resto /P, hasta 500 W, lo dejaremos como reserva para el consumo propio de la fuente de alimentación. La sección del núcleo S, por ejemplo, para un núcleo T1 en forma de W, será: S=(P)1/2=22,4 (cm2). La corriente en el devanado primario será 500/220 = 2.27 (A). Diámetro del hilo del devanado primario: d1=0.8(I)1/2= 0.8-1,5= 1,2 (mm). Del mismo modo calculamos el diámetro del hilo del devanado secundario, teniendo en cuenta que en un circuito de rectificación con punto medio la corriente en los semidevanados secundarios es la mitad (no 30, sino 15 A). Tomemos una pequeña reserva. , incluso para las “propias necesidades” del suministro de energía. y supondremos que por los devanados secundarios “camina” una corriente de 16 A. Esto significa que el diámetro del cable es: d2 = 0.8(16)1/2 = 3.2(MM). El uso de cables de menor sección conducirá a un aumento en la caída de voltaje en la entrada del estabilizador, lo que no permitirá obtener la corriente máxima de la fuente de alimentación. para el cual está diseñado. Calcular el número de vueltas del transformador para nuestro caso tampoco es difícil. Número de vueltas en los devanados T1 a 1 V - w1: w1 = 50/S = 50/22,36 = 2.24. Número de vueltas de bobinado I -W1: W1=w1Ui= 2.24-220= 493 (vuelta), devanados 2 (devanados secundarios idénticos - dos) - W2: W2 \u1d w2U2,24 \u14,8d 33-XNUMX \uXNUMXd XNUMX (giro). Para mejorar los parámetros de suministro de energía, después de enrollar los devanados secundarios, es necesario equilibrar los voltajes de salida T1 para que ambas mitades del devanado secundario den exactamente los mismos voltajes. Antes de ensamblar la fuente de alimentación, asegúrese de verificar las clasificaciones de todas las piezas y su capacidad de servicio. En paralelo a todos los condensadores de óxido, los condensadores apolares con una capacidad de 0,1 ... 0,22 μF deben soldarse directamente a sus terminales. Cuando se utiliza la fuente de alimentación como laboratorio, es más conveniente mostrar el eje R6 en el panel frontal del dispositivo y también equipar la fuente de alimentación con cabezales de medición para medir voltaje y corriente. La apariencia de mi bloque se muestra en la Fig. 7. Cuando se trabaja con equipos de transmisión de radio, se deben evitar interferencias con las piezas y cables del estabilizador. En los terminales de salida del alimentador se recomienda incluir un filtro similar al filtro de red (Fig. 1), con la única diferencia de que las bobinas deben estar enrolladas en un anillo de ferrita o tubo de ferrita, utilizado en los antiguos. monitores y televisores de fabricación extranjera, y contienen sólo 2-3 vueltas de cable aislado con una sección transversal grande, y los condensadores están diseñados para un voltaje de funcionamiento más bajo. Fuentes de información
Autor: V. Besedin, UA9LAQ, Tyumen
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