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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Potente regulador de voltaje de CC de conmutación. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Protectores contra sobretensiones Entre los estabilizadores de voltaje de pulso, una clase especial la forman los dispositivos con un principio de ancho de pulso (PW) para regular el voltaje de salida. Su propiedad distintiva es la constancia del nivel de ondulación en todo el rango de corriente de carga. Es posible sincronizar el estabilizador con los dispositivos digitales activos, lo que en algunos casos permite simplificar la cuestión de su compatibilidad. El estabilizador está diseñado para alimentar equipos electrónicos fabricados con chips digitales. Tiene un arranque suave sin sobretensiones de salida, protección de corriente de carga de dos etapas con retorno automático al modo de funcionamiento después de eliminar la sobrecarga y es capaz de estar en modo de cierre del circuito de salida durante mucho tiempo. El diagrama esquemático del estabilizador se muestra en la Fig. 1
Se realiza un generador de reloj de pulsos rectangulares sobre los elementos DD1.1, DD1.2. Un circuito que consta de la resistencia R9 y la capacitancia de entrada del elemento DD2.2 crea un cierto retraso en los pulsos. Por lo tanto, en la salida del elemento DD2.2 actúa una señal rectangular, retrasada con respecto a la señal en la salida del elemento DD1.1 en 0,4 ... 0,5 μs. La unidad de control de ancho de pulso se basa en los elementos DD1.3, DD2.1, DD2.2 y el disparador DD3.1. Los impulsos de control para el elemento clave del estabilizador se generan mediante el disparador DD3.1. En el borde del pulso retardado del generador, el disparador cambia a un solo estado. El circuito R2C2 genera pulsos de voltaje triangulares con una amplitud de aproximadamente 2.1 mV en la entrada superior del elemento DD100 según el circuito. El disparador cambia al estado 0 en la entrada R. Al arrancar, el voltaje de salida en el primer momento es cero y en la entrada (pin 2) del elemento DD2.1 solo operan pulsos triangulares, cuya amplitud es menor que el voltaje umbral del elemento (para los microcircuitos CMOS utilizado en el estabilizador, es 0,55 ... 0,6 de su tensión de alimentación). Una sola señal está activa en la entrada inferior del elemento DD1.3 y el disparador DD3.1 cambia al estado cero cuando aparece una señal de bajo nivel en la salida del elemento DD1.1. En este caso, la duración de un solo estado del disparador DD3.1 es máxima y cercana al semiciclo de las oscilaciones del generador, que corresponde al tiempo máximo del estado abierto del elemento clave. Cuando el voltaje de salida alcanza la zona de regulación, el voltaje en la entrada superior del elemento DD2.1 tendrá tiempo de aumentar al valor umbral antes de que aparezca la caída del pulso en la entrada superior del elemento DD1.3, y la duración de el estado único del disparador DD3.1 disminuye hasta el valor en estado estable. A partir de este momento, el aumento en el voltaje de salida se detiene: el dispositivo entra en modo de estabilización. Si por alguna razón (por ejemplo, una fuerte disminución en la corriente de carga) el voltaje de salida aumenta, entonces el pulso de salida único del disparador se vuelve aún más corto y el voltaje de salida del estabilizador nuevamente se acerca a su valor estable. La salida de la unidad de control SHI está conectada a la entrada de un amplificador de pulso basado en transistores VT2, VT3, que es un generador de corriente estable controlado con salida de transformador. La corriente a través del devanado secundario del transformador T3 está determinada por la resistencia de la resistencia R11 y es de aproximadamente 1,5 A. Controlar el transistor clave VT4 desde el generador de corriente le permite forzar sus procesos de conmutación y obtener un voltaje de saturación bajo. Con un solo estado del disparador DD3.1, el generador de corriente proporciona una corriente constante a través del devanado primario del transformador T3 durante el pulso de salida de la unidad de control. En el devanado primario aparece un componente linealmente creciente de la corriente magnetizante. La inductancia del devanado primario del transformador T3 se elige de modo que el valor máximo de la corriente magnetizante no exceda el 10 ... 15% de la corriente del colector del transistor VT2. Así, la corriente de base del transistor VT4, mientras está abierto, permanece prácticamente sin cambios. Después de que se cierra el transistor VT2, el transformador T3 se desconecta de la fuente de alimentación y el componente de corriente magnetizante que fluye a través del circuito VD8VD9R15 comienza a disminuir. Esto conduce a un cambio en la polaridad del voltaje en ambos devanados del transformador. El suministro de tensión negativa a la unión del emisor del transistor VT4 asegura su cierre forzado. características técnicas
Cuando el transistor VT4 está cerrado, la diferencia entre el voltaje de entrada y salida se aplica al inductor L3 y la corriente a través de él aumenta. Después de cerrar el transistor VT4, la corriente en el inductor no se puede interrumpir instantáneamente, por lo tanto, los diodos VD11, VD12 se abren, formando un circuito para que fluya la corriente. En el valor de inductancia especificado, la amplitud. el componente variable de la corriente del inductor (y, en consecuencia, de los condensadores C10-C13 del filtro) es 3 A con un valor de corriente promedio de hasta 15 A. Para reducir la ondulación del voltaje de salida, es necesario recolectar la filtrar conectando varios condensadores en paralelo. Para un mejor suavizado, se instala un filtro adicional L4C14, que reduce la amplitud de la ondulación de 3 a 5 veces y evita la penetración de interferencias de alta frecuencia en la carga. Para reducir las pérdidas dinámicas en el transistor VT4 cuando se conmuta, se introducen en el dispositivo elementos adicionales T2, VD5, C7, L2 y el circuito C9R16VD10. En cada período de funcionamiento del dispositivo, cuando se abre el transistor VT4, su tensión de saturación alcanza su valor de estado estable en unas pocas decenas de nanosegundos. El diodo VD10 está cerrado y no afecta la tasa de disminución de este voltaje. La corriente del colector del transistor VT4 aumenta a una velocidad determinada por la inductancia del devanado primario del transformador T2 y alcanza un valor de 12 ... 15 A en aproximadamente 2 μs. Por lo tanto, se produce un aumento en la corriente del colector del transistor VT4 a un valor bajo de su voltaje de saturación, lo que reduce drásticamente las pérdidas dinámicas en el transistor cuando se abre. Una vez transcurrido el tiempo especificado, el circuito magnético del transformador T2 se satura, el voltaje en sus devanados disminuye a cero y hasta el final del período no afecta el funcionamiento del estabilizador. Cuando se cierra el transistor VT4, la tensión en los devanados del transformador T2 cambia de signo, el diodo VD5 se abre y la energía almacenada en el transformador se convierte en una carga en el condensador C7. Al mismo tiempo, el voltaje entre el colector y el emisor del transistor VT4 comienza a aumentar, el diodo VD10 se abre y conecta el condensador C9 en paralelo con este transistor. Ahora la tasa de aumento de voltaje en el transistor determina la capacitancia del capacitor C9 (el tiempo de aumento es de aproximadamente 1 μs). La próxima vez que se abre el transistor VT4, este condensador se descarga a través de la resistencia R16. el enlace principal del sistema de protección es el sensor de corriente de carga, realizado en el transformador de corriente T1. Con una sola señal del generador de reloj, el disparador del dispositivo de protección, ensamblado en los elementos DD2.3, DD2.4, se pone a cero (nivel 0 en la salida del elemento DD2.4). En este momento, el transistor VT4 está cerrado. Cuando se abre, se suministra un voltaje que aumenta linealmente a la entrada superior del elemento DD2.3. Cuando la corriente de carga es menor que el valor máximo, el voltaje en la entrada superior del elemento DD2.3 no excede el umbral. En caso de sobrecarga, la corriente del colector del transistor VT4 alcanza un valor en el que el voltaje en la entrada superior del elemento DD2.3 excede su valor umbral y el disparador de protección cambia a un solo estado (nivel 1 en la salida del elemento DD2.4). En este caso, el disparador DD3.1 se pone en estado cero y el transistor VT4 se cierra. El estabilizador ingresa al modo de limitación de corriente de carga, su voltaje de salida disminuye. Este modo no es peligroso para el estabilizador (la corriente del colector del transistor VT4 es limitada), pero puede resultar inaceptable para la carga. Para asegurar la carga se enciende la segunda etapa del sistema de protección, que consta de un circuito integrador VD2R6R10C6 y un solo vibrador en un gatillo DD3.2. El estado inicial del disparador DD3.2 es cero. Si la sobrecarga continúa durante más de 70 ... 150 ms (dependiendo de su multiplicidad), el voltaje a través del condensador C6, al aumentar, alcanza el valor umbral y el disparador DD3.2 cambia a un estado único durante aproximadamente 2 s. Un solo estado en la entrada inferior del elemento DD2.2 prohíbe el suministro de pulsos de reloj al disparador DD3.1 y el estabilizador se apaga. Durante este tiempo, el condensador C6 se descarga a través de la resistencia R10, y el condensador C8 se carga a través de la resistencia R13 hasta el valor umbral y el disparador DD3.2 se ajusta a su estado original. El estabilizador se iniciará automáticamente. Si no se elimina la sobrecarga, se repite el proceso. La corriente de respuesta del sistema de protección se puede variar dentro de amplios límites seleccionando la resistencia R7. A medida que aumenta la resistencia, la corriente disminuirá proporcionalmente. La alta estabilidad del voltaje de salida es proporcionada por la fuente de alimentación de la unidad de control SHI desde un estabilizador paramétrico en un diodo zener VD4, alimentado por un generador de corriente VT1 VD1. La Figura 2 muestra gráficamente la dependencia de la eficiencia del estabilizador de la corriente de carga en tres valores característicos de la tensión de alimentación. Es fácil ver que la eficiencia tiene un máximo en el rango de corriente de carga de 3...8 A. Si el estabilizador está diseñado para usarse con una corriente de carga en el rango de 10...15 A, entonces es Es aconsejable desplazar el máximo de su eficiencia hacia una corriente más alta reemplazando la resistencia R11 por otra, resistencia 2,2...2,4 Ohm.
La Figura 3 muestra la característica de carga del estabilizador. El gráfico muestra que la estabilidad del voltaje de salida es muy alta (5 V ±2%) y es suficiente para alimentar dispositivos fabricados con microcircuitos digitales de cualquier serie.
Los transformadores T1-T3 y las bobinas L2, L4 están fabricados sobre núcleos magnéticos anulares de tamaño K20x12x6 de ferrita 2000NM1. En el circuito magnético del transformador T2 y las bobinas L2, L4, es necesario prever un espacio no magnético de 0.4 mm de ancho. Para ello, lo mejor es cortar el anillo por la mitad con un disco de diamante o, en casos extremos, dividirlo y luego volver a montarlo colocando en ambos cortes una junta de 0,2 mm de espesor hecha de varias capas de papel fino, ricamente impregnada de resina epoxica. Después de conectar las mitades del circuito magnético, se comprimen firmemente y se deja que la resina se endurezca. El exceso de resina endurecida se elimina con una lima. El estrangulador L4 se enrolla en dos anillos iguales, apilados de modo que sus espacios deben coincidir. El devanado 1 del transformador T1 es una vuelta de cable trenzado con una sección transversal de al menos 1 mm2. Dado que es muy importante garantizar el máximo acoplamiento electromagnético entre los devanados, esta espira no puede enrollarse a lo largo de la distancia más corta entre su inicio y su final. Se coloca sobre un circuito magnético (envuelto en varias capas de tela lacada) de modo que el principio y el final de la vuelta estén ubicados uno al lado del otro en el lado exterior del cilindro anular, y el medio adyacente al punto más alejado de el principio y el final en la superficie interior del orificio del anillo. El devanado II contiene 200 vueltas de cable PEV-1 0,1. El devanado 1 del transformador T2 contiene 7 vueltas de cable trenzado con una sección transversal de al menos 1 mm2, el devanado II - 7 vueltas de cable PEV-1 0,68. El devanado I del transformador T3 contiene 120 vueltas de cable PEV-1 0,25 y el devanado II, 10 vueltas de cable PEV-1 0,68. Estrangulador L1 - D-0,1. También puedes utilizar otro con una corriente permitida de al menos 30 mA. El devanado del estrangulador L2 contiene 35 vueltas de cable PEV-1 de 0,68 mm y el del estrangulador L4, 5 vueltas de cable trenzado con una sección transversal de al menos 2 mm2. El inductor L3 está fabricado en un núcleo magnético blindado B48 hecho de ferrita 2000NM1 con un espacio de 0,6 mm en la varilla central. Su devanado contiene 10 vueltas, realizadas con un haz de 25 hilos PEV-1 0,44. La resistencia activa del devanado es de aproximadamente 4 MΩ. El valor promedio de la corriente que fluye a través del inductor L2 es 2 A, L3, L4 - 18 A. Los microcircuitos utilizados en el dispositivo se pueden reemplazar por otros similares de la serie K564. Condensadores C7 C10-C14 - K50-24... En lugar de ellos, puede utilizar K50-27, K50-29, K50-31, K52-1. Condensadores C8, C4 - K50-6, el resto son de la serie KM. Resistencias fijas - MLT, resistencia de recorte R18 - SP14-1. Al probar el dispositivo, se utilizan transistores VT2, VT4, diodos VD5, VD11. Los VD13 se instalaron sobre un disipador de calor de placa común fabricado en duraluminio con un espesor de 5 mm y una superficie de 400 cm2. Durante el funcionamiento prolongado del estabilizador con una corriente de carga de 15 A con un disipador de calor vertical, su temperatura no superó los 50 °C.
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