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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Fuente de alimentación estabilizada UMZCH. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Fuentes de alimentación Los UMZCH modernos, que tienen una potencia de salida máxima impresionante, que a veces alcanza hasta 200 W, imponen requisitos bastante estrictos a su fuente de energía. Generalmente requieren un voltaje bipolar de 2 X (30...40) V con una corriente pico de hasta 10 A en cada brazo. Normalmente, en el rectificador se utilizan condensadores de suavizado de alta capacidad, que alcanzan hasta 20000 μF o más. Pero incluso con ellos, las caídas de voltaje rectificadas en la corriente de carga máxima alcanzan 2...3 V, lo que requiere que el UMZCH tenga un factor de supresión de ondulaciones de voltaje de suministro alto. El autor propone equipar la fuente de alimentación UMZCH con un estabilizador que garantice la calidad requerida de la tensión de alimentación. Recientemente, en los diseños de aficionados UMZCH, se coloca cada vez más un rectificador y un bloque de condensadores de alta capacidad en la placa del amplificador, lo que reduce así la longitud de los cables de conexión y la caída de voltaje a través de ellos. A veces se requiere que la fuente de alimentación cuando se enciende, el voltaje en sus salidas aumente suavemente (el llamado "arranque suave"). Si ocurren varias situaciones de emergencia, por ejemplo, un cortocircuito en la carga del UMZCH, un mal funcionamiento de sus transistores de salida y otras sobrecargas, la alimentación del UMZCH debe desconectarse automáticamente. El estabilizador de voltaje de suministro propuesto le permite resolver todos estos problemas. Principales características técnicas
El diseño se basó en un dispositivo del artículo "UMZCH Supply Voltage Stabilizer" de V. Oreshkin ("Radio", 1987, No. 8, p. 31), cuyo diagrama se muestra en la Fig. 1. A pesar de su simplicidad y altos datos técnicos (coeficiente de estabilización de más de 1000, apagado automático cuando se produce un cortocircuito en la salida, la capacidad de montar transistores de potencia directamente en un disipador de calor sin juntas), este estabilizador también tiene algunas desventajas. Comienza de manera inestable con una corriente de carga alta y la corriente cuando la salida está cerrada no está estandarizada y depende de los coeficientes de transferencia de los transistores utilizados, lo que a veces conduce a su falla.
En el último tiempo, han aparecido nuevos componentes electrónicos y se han puesto a disposición potentes transistores de efecto de campo, lo que llevó al autor a experimentar con un modelo informático del dispositivo propuesto por V. Oreshkin, creado en el simulador LTspice IV, y mejorarlo. él. El circuito de alimentación creado como resultado de tales experimentos se muestra en la Fig. 2.
En primer lugar, se cambió el circuito de activación del estabilizador y se reemplazaron los transistores bipolares por otros de efecto de campo. Del diagrama presentado en la Fig. 1, se puede ver que el transistor VT2 está desviado por la resistencia R3 con una resistencia de 470 ohmios, a través de la cual fluye la corriente de carga inicial del condensador C2. Si la carga es ligera, el voltaje de salida comienza a aumentar hasta que el estabilizador entra en modo de estabilización. Cuando la corriente de carga es menor que I=UO/R3=19/470=40 mA, cuando el transistor VT2 está prácticamente cerrado, todas las ondulaciones del voltaje rectificado pasan a través de la resistencia R3 al brazo negativo. Si la resistencia de carga es baja, es posible que la corriente a través de esta resistencia no sea suficiente para iniciar el estabilizador normalmente y es posible que no se inicie en absoluto. En la nueva versión, el circuito de disparo consta de un diodo zener VD11 y una resistencia R22 en un brazo y VD12 con R23 en el segundo (por simetría). Durante el proceso de conmutación, cuando el voltaje en los condensadores de filtrado C7-C10 alcanza un valor igual al voltaje de estabilización de los diodos Zener VD11 y VD12, los transistores VT 11.1 y VT11.2 comienzan a abrirse. Siguiéndolos, se abren los transistores de potencia VT9 y VT10. El voltaje en la salida del estabilizador aumenta y el voltaje entre la fuente y el drenaje de los transistores VT9 y VT10 disminuye. Cuando el voltaje en los diodos zener VD11 y VD12 cae por debajo de su voltaje de estabilización, la corriente a través de estos diodos zener se detendrá. Además, no afectan al funcionamiento del estabilizador. Este método de arranque es fiable incluso con una corriente de carga de 9 A. La corriente de carga mínima es casi cero. El voltaje de salida del brazo positivo del estabilizador es igual a la suma de los voltajes de estabilización de los diodos Zener VD13, VD15 y el voltaje de corte del transistor VT11.1, y el brazo negativo, respectivamente, de los diodos Zener VD14. VD16 y el transistor VT11.2. Para iniciar suavemente el estabilizador, resultó suficiente pasar por alto los diodos Zener VD13-VD16 con condensadores C23-C26. La tasa de cambio del voltaje de salida antes de que comience la estabilización es igual a la tasa de aumento de voltaje a través de estos capacitores. Con las capacidades de los elementos indicadas en el diagrama, el tiempo que tarda el estabilizador en alcanzar el modo es de unos 360 ms. Los oscilogramas del proceso de su lanzamiento, obtenidos en un modelo de computadora, se muestran en la Fig. 3.
Para reducir la potencia disipada por los transistores VT9 y VT10, las fuentes de los transistores VT 11.1 y VT 11.2 no están conectadas a un cable común, sino a los puntos de conexión de diodos Zener y resistencias (VD15, R29 y VD16, R30, respectivamente). Por lo tanto, los potenciales de fuente de los transistores VT11.1 y VT11.2 son iguales al voltaje de estabilización de los diodos Zener correspondientes (6,2 V en valor absoluto). Esto permite cambiar el voltaje de control en las puertas de los transistores VT9 y VT10 no a 0 V, como en el prototipo, sino a más o menos 6 V. En este caso, el voltaje entre la fuente y el drenaje de estos transistores en ondulación los picos pueden caer a 3 V o menos sin salir del modo de estabilización. Esto se ilustra con los oscilogramas obtenidos mediante modelado por computadora en la Fig. 4. Verde: voltaje en la fuente del transistor VT10, azul: voltaje en su puerta, rojo: voltaje en la fuente del transistor VT11.2 (6,2 V), azul: corriente de carga del brazo negativo. Se puede observar que el voltaje en la puerta del transistor VT10 se encuentra aproximadamente a mitad de camino entre el voltaje en su fuente y en la fuente del transistor VT11.2, y a veces cae por debajo de 3 V.
Se ha agregado al estabilizador una protección de corriente de disparo, que se activa cuando la corriente de carga de cualquier rama del estabilizador excede los 11 A. Está construida sobre los transistores VT3, VT5, VT7 en el brazo positivo y VT4, VT6, VT8 en el brazo negativo. Los sensores de corriente son resistencias R11-R14, conectadas en pares en paralelo. La protección se activa cuando la tensión en cualquier par de resistencias cae más de 0,5...0,6 V, lo que corresponde a una corriente que fluye a través de ellas de 11...12 A. Al alcanzar este umbral, los transistores de las celdas de activación VT3VT5 o VT4VT6 y, en consecuencia, los transistores VT7 y VT8 se abren como una avalancha. Este último, una vez abierto, desvía los diodos zener VD13 y VD14, reduciendo así drásticamente el voltaje de salida. Las resistencias R21 y R24 limitan la corriente del colector de los transistores cuando se descargan condensadores conectados en paralelo con los diodos Zener. Los LED HL1 y HL2 en los circuitos básicos de los transistores VT7 y VT8 indican que la protección se ha disparado. La corriente a través de ellos no supera los 6 mA. Los condensadores C19 y C20 junto con las resistencias R17 y R18 forman filtros de paso bajo que aumentan la inmunidad al ruido del sistema de protección. No es deseable aumentar los valores de estos condensadores por encima de 4700 pF, ya que esto aumentará el tiempo de respuesta de protección y las corrientes máximas a través de los transistores VT9 y VT10. Para que la protección funcione simultáneamente en ambos brazos del estabilizador, se proporciona comunicación entre las celdas de disparo a través de los condensadores C21 y C22. Una vez activada la protección, los transistores VT9 y VT10 permanecen cerrados hasta que el dispositivo se desconecta de la fuente de alimentación. Los transistores de las celdas de activación se cerrarán y los LED HL1 y HL2 se apagarán solo después de que se descarguen los condensadores de suavizado C7-C10. Queda un problema: garantizar una descarga rápida de los condensadores de filtrado después de la desconexión. Se soluciona mediante nodos en los transistores VT1 y VT2, idénticos en ambos canales. Por tanto, consideraremos únicamente el nodo instalado en el canal positivo. Cuando el dispositivo está conectado a la red, el condensador C17 se carga a través del diodo VD9 a un voltaje aproximadamente igual a la amplitud del voltaje proveniente del devanado II del transformador T1. El condensador C15 se carga a través de la resistencia R5 y se descarga a través de los diodos VD3, VD4 y el puente de diodos VD1. El potencial de puerta del transistor VT1 se vuelve igual al potencial de su fuente o incluso ligeramente menor, por lo que el transistor está cerrado. El estado cerrado del transistor VT1 se mantiene mientras se aplique la tensión de alimentación. Después de apagarlo, los diodos VD3 y VD4 se cierran. Gracias a la resistencia R5, el voltaje puerta-fuente del transistor aumenta hasta el voltaje de estabilización del diodo Zener VD7. Una vez abierto, el transistor VT1 conecta las resistencias R3 y R7 en paralelo con los condensadores C7 y C8, acelerando su descarga. La duración de la descarga se reduce a 10...20 s con un valor máximo de la corriente de descarga de 780 mA, lo cual es bastante aceptable para los transistores utilizados. En la Fig. La figura 5 muestra un dibujo de los conductores de una placa de circuito impreso de 175x80 mm, sobre la cual se montó la fuente de alimentación descrita. Está fabricado por ambas caras con una lámina de fibra de vidrio de 1,5 mm de espesor. El espesor de la lámina es de al menos 50...70 micrones, y mejor, 110 micrones. La ubicación de las piezas en el tablero se muestra en la Fig. 6, su apariencia está en la Fig. 7. Los transistores VT9 y VT10 se montan en el lado condicionalmente inferior de la placa y se fijan al disipador de calor. Hay agujeros en la placa para acceder a los tornillos que sujetan los transistores.
Básicamente, se utilizan resistencias de montaje en superficie del tamaño 0805 y las resistencias R27-R30, del tamaño 2512 (potencia 1 W). Resistencias R1-R4, R7, R8 - MLT o similares importadas. Resistencias del sensor de corriente R11-R14 - KNP-100. Se instalan a ambos lados del tablero. En lugar de cada par de estas resistencias, puedes utilizar una con la mitad de resistencia y una potencia de 1...2 W. Condensadores C1-C6, C8, C10-C14, C29, C30: película metálica K73-17 para un voltaje de al menos 63 V o sus análogos importados. Condensadores C19-C22 - cerámicos para montaje en superficie, tamaño 0805 o 1206. Condensadores de óxido C23-C26 - tantalio, tamaño D o E, C7 y C9 - serie de aluminio LS de Jamicon, C27, C28, C31, C32 - serie de aluminio RD de SAMWHA, el resto son K50-35 o similares importados. Los diodos Zener DL4751A y DL4735A se pueden reemplazar por otros con un voltaje de estabilización de 30 V ± 5% y 6,2 V ± 5%, respectivamente, en el paquete MELF. Si no hay puentes de diodos GBJ2502, se pueden instalar otros con una corriente de 25 A con una tensión inversa permitida de al menos 100 V, o montar cada puente a partir de cuatro diodos individuales con una barrera Schottky con los parámetros adecuados. Reemplazo de diodos RS1B: diodos de la misma serie o cualquiera de baja potencia con un voltaje inverso de al menos 60 V. Los transistores de efecto de campo IRFD024 se pueden reemplazar por otros transistores de canal N con una puerta aislada y un voltaje de fuente de drenaje permitido de 50...60 V, por ejemplo, IRFZ24, IRFZ34, IRFZ44, pero la placa de circuito impreso deberá ser ser ajustado. En lugar de los transistores BSS63 y BSS64 en las unidades de protección contra sobrecargas, está permitido utilizar cualquier transistor bipolar de baja potencia de uso general de la estructura adecuada en el paquete SOT23 con un voltaje máximo colector-emisor de al menos 50 V. Como reemplazo de los transistores IRF1405 e IRF4905, se deben seleccionar potentes transistores de efecto de campo con puerta aislada, máxima velocidad y características de alta pendiente. También es necesario que tengan un umbral mínimo de tensión fuente-puerta. Un microconjunto de dos transistores de efecto de campo con canales de diferentes tipos de conductividad IRF7343 se puede reemplazar por FDS4897C o FDS4559. Si reduce el voltaje de entrada y salida del estabilizador a 30 V y 27 V, respectivamente, entonces puede utilizar el microconjunto IRF7319. Los transistores de estos microconjuntos tienen un voltaje umbral de puerta-fuente pequeño (aproximadamente 1 V) que es casi idéntico en valor absoluto. Por supuesto, puede utilizar transistores de efecto de campo de baja potencia separados con un voltaje máximo de fuente de drenaje de al menos 45 V, pero en este caso la diferencia en el voltaje de salida de los brazos estabilizadores puede aumentar. Una unidad correctamente ensamblada prácticamente no necesita ajuste, pero aun así es recomendable realizar el primer encendido con una lámpara incandescente de potencia 40...60 W, conectada en serie con el devanado primario del transformador T1. Cuando se enciende, debería encenderse y luego apagarse. Luego debe medir el voltaje de salida, debe estar dentro de 35 ± 0,5 V. Al cortocircuitar brevemente la salida de uno de los brazos estabilizadores con una potente resistencia de 3 ohmios, asegúrese de que la protección esté activada. Una vez restablecido el funcionamiento del estabilizador, verifique con un osciloscopio que no haya ondulaciones visibles en el voltaje de salida a la frecuencia de la red. A continuación se muestran oscilogramas de pulsaciones reales del voltaje de salida de un estabilizador que opera en un UMZCH con una carga de resistencia de 4,7 ohmios. La curva amarilla en ellos es el voltaje en la salida del UMZCH, la azul es el componente alterno del voltaje en la salida del estabilizador (entre los puntos A y C o B y C). Los oscilogramas se tomaron en las siguientes condiciones: arroz. 8 - no hay señal en la entrada UMZCH, la corriente de reposo del amplificador es de 0,25 A; arroz. 9 - Amplitud del voltaje de salida UMZCH - 25 V, frecuencia - 10 kHz, rango de ondulación - menos de 10 mV; arroz. 10 - amplitud de pulsos en la salida de UMZCH - 20 V, frecuencia - 30 Hz.
Cabe señalar que el transformador T1 debe tener potencia suficiente para proporcionar una corriente de carga máxima de 10 A. El voltaje a través de los condensadores de filtrado de los rectificadores en picos de corriente de carga no debe caer por debajo de 38 V. Teniendo en cuenta el factor de cresta de la música señal, que suele ser cerca de tres, la potencia del transformador para cada canal del UMZCH debe ser de unos 200 W o más. El autor utilizó un transformador de 180 W en un circuito magnético toroidal. Autor: M. Muravtsev
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