Fuente de alimentación - simple, ajustable, pulso.

El diseño moderno de circuitos y los fabricantes de microcircuitos han hecho la vida más fácil para el diseñador, por ejemplo, al crear fuentes de alimentación. Demostrémoslo en el microcircuito L4960. Según la documentación de fábrica, es posible hacer una fuente de alimentación ajustable con un voltaje de salida de 5.1V ... 40V, con una corriente de carga de 2.5 A, protección incorporada para la corriente y el recalentamiento, eficiencia de hasta el 90%. Disipación de energía con un radiador - 15 vatios, paquete HEPTAWATT, frecuencia de conversión 50..150 kHz.

La figura muestra el diagrama de cableado, principalmente correspondiente al recomendado.
Explicar el propósito y las características de los elementos utilizados. Un transformador con una capacidad de al menos 80 vatios, un voltaje de salida de 36 voltios y una corriente de 3 amperios. Los condensadores C1, C5, C6 son electrolíticos convencionales. El condensador C2 proporciona un circuito "suave" en el chip y puede contener hasta 2 microfaradios. Los condensadores C3 y C4 establecen la frecuencia de operación y la compensación de frecuencia del oscilador incorporado, tipo de película. El diodo D1 es el mejor de Schottky, con una frecuencia de 100 kHz y una corriente de al menos 3 A. Los resistores R1, R2, R4 son la potencia habitual de 0.25 W, R3, resistencia de 0.1 Ohm 1% de potencia 1 W, sirve como una derivación para el amperímetro ( Me gustaría señalar al distinguido autor y los lectores que los cabezales de medición modernos de amperios y voltímetros no necesitan derivaciones externas porque tienen una derivación interna. Nota Kota.); puede reemplazar el puente si no necesita medir la corriente. La resistencia P1 es multivuelta, sirve para un ajuste suave de la tensión de salida; Puede ser reemplazado por dos consecutivos para ajuste de voltaje grueso y fino.

Parámetros del acelerador L1-inductancia 150..300 microgenos. Con una inductancia de 150 μH, la corriente de salida máxima será de 2 A, con una inductancia de 300 μH-3 a. Al prototipar el circuito, se probaron diferentes choques de diferente inductancia en diferentes núcleos, y se enrollaron con diferentes cables. Los mejores resultados se obtuvieron en el anillo de ferrita con un alambre de 1 mm de diámetro. Desafortunadamente, los estrangulamientos fueron todos heridos de fábrica con una permeabilidad magnética desconocida y un número de vueltas. Solo se pudo medir la inductancia y la resistencia compleja de los devanados. El microcircuito es capaz de disipar la potencia hasta 15 vatios y, por lo tanto, para un estabilizador ajustable es necesario instalarlo en un radiador adecuado con un área de al menos 200kv.sm. Es aconsejable proporcionar un radiador y un puente rectificador VD1. L2 y C6 son elementos opcionales, utilizados para eliminar las sobrecargas de voltaje de conmutación.

Características del estabilizador resultante:
  voltaje de salida 5 ... 32 voltios;
  la corriente máxima es de 2.5 amperios, con una sobrecarga la tensión de salida disminuye, la recuperación automática se produce cuando la carga aumenta en un 20 ... 30%;
  tensión de salida de ondulación de alta frecuencia inferior a 10 mV e inferior a la variación de la tensión de salida cuando cambia la tensión de entrada.

El estabilizador se ensambla en un estuche a partir de una antigua fuente de alimentación de computadora con dimensiones de 15x14x8.5 cm. Se usó un módulo confeccionado basado en K572pv5 como indicador digital. Se puede usar el módulo descrito en el artículo "indicador digital". Dibujo utilizado

Las fuentes de energía de impulsos, a diferencia de las convencionales, con un transformador reductor de potencia, con la misma potencia de salida, se distinguen por dimensiones más pequeñas, menor peso y, no siempre, pero, por regla general, mayor eficiencia. Las fuentes de alimentación con voltaje de salida ajustable generalmente se fabrican utilizando un transformador reductor de potencia que funciona a una frecuencia de 50 Hz CA y un regulador lineal o pulsado de voltaje de salida de CC.

Fuente de alimentación conmutable ajustable

Las fuentes de alimentación de conmutación con voltaje de salida ajustable, el convertidor de voltaje de la red que opera a una alta frecuencia, no están ampliamente distribuidas debido a su mayor complejidad. No es necesario hacer una fuente de energía de este tipo a partir de una hoja limpia, para simplificar y acelerar significativamente el ensamblaje, puede aplicar una fuente de alimentación de conmutación ya preparada a un voltaje de salida fijo, que después de una simple revisión será ajustable, carga hasta 0,5 A.

Un diagrama esquemático se muestra en el sitio web, fue elaborado en la placa de circuito. La parte de alto voltaje de esta unidad de potencia parece: el nodo convertidor se ensambla en el popular transistor de alta potencia de alto voltaje MJE13003, el nodo de protección de sobrecarga Q1 se ensambla en el transistor Q4. Además, Q4 participa en el esquema de estabilización de tensión de salida. Una característica distintiva de esta fuente de alimentación es la presencia de otro nodo de protección de sobrecarga, implementado en Q2, R8, R9.

Cuando la corriente de carga aumenta a 0.5 ... 0.6 A, conectada a la salida de la PSU, la tensión en los terminales de la resistencia R8 alcanza 0.5 ... 0.6 V, el transistor Q2 se abre, la corriente a través del LED del optoacoplador U1 aumenta, el fototransistor del optoacoplador se abre más lo que conduce a una mayor apertura de Q4, que desvía parcialmente la unión Q1 del emisor, la tensión de la fuente de alimentación de salida disminuye. Cuando la corriente de carga disminuye, la tensión de salida de la fuente de alimentación tiende a aumentar, la corriente a través del diodo Zener ZD1 aumenta, lo que también conduce a un aumento de la corriente a través del LED del optoacoplador U1. Cristal doble LED verde

En la fig. 1 muestra un diagrama de una fuente de alimentación de impulsos de una de las cargas, etiquetada como CT1B. El voltaje de salida estabilizado de esta fuente de alimentación es de aproximadamente 6.2 V a una corriente de LED1 que brilla en presencia de voltaje de salida. El cristal rojo brilla en brillo total cuando está conectado a la salida de la carga de la fuente de alimentación. El diodo Zener ZD2 protege la carga conectada de la sobretensión cuando falla un convertidor de voltaje.

Cuando se desconecta el nodo de protección en el transistor Q2, la corriente de salida de la PSU se limita a aproximadamente 1 A a la tensión de red de 220 V, el nodo a Q4 y el sensor de corriente a R10. Para que esta fuente de alimentación por pulsos pueda regular el voltaje de salida, se finalizó de acuerdo con el esquema que se muestra en la Fig. 2. La PSU actualizada está diseñada para una tensión de salida de 3.3 ... 9 V con una corriente de carga de hasta 0.5 A. La numeración de los elementos adicionales instalados continúa con la numeración de los elementos instalados por el fabricante de la PSU.

Fuente de alimentación conmutada

Se instaló un filtro RC adicional C10R3L4C11 en la entrada de la unidad de la fuente de alimentación, lo que reduce el nivel de ruido, tanto de la red de la fuente de alimentación como al penetrar en la red de la fuente de alimentación desde un convertidor de voltaje de pulso en funcionamiento. La resistencia R16 limita la corriente de arranque de la fuente de alimentación y realiza funciones de seguridad. La corriente de arranque en el encendido también está limitada por la resistencia de los devanados de los choques L3, L4. El condensador C1 se instaló con una capacidad de 2,2 microfaradios en lugar de 1 microfaradio, y en lugar de NW solder un condensador con una capacidad de 4,7 microfaradios en lugar de 1 microfaradio.

La resistencia R10 se establece en 3.9 ohmios en lugar de 3.3 ohmios. Esto redujo la sobrecorriente de la protección de sobrecarga a 0,8 A en lugar de 1 A. El condensador C7 se retira. El condensador C8 se instala con una capacidad de 1000 microfaradios en lugar de 220 microfaradios. El condensador C9 está configurado a 470 uF en lugar de 220 uF. En paralelo, los dos condensadores se sueldan a un condensador de cerámica SMD con una capacidad de 10 microfaradios cada uno. En lugar del diodo D8, se instala un diodo FR203 más potente en lugar del FR103. Dado que la amplitud de amplitud de la tensión en el devanado III supera los 50 V, se decidió no instalar el diodo Schottky en lugar de D8.

La resistencia R8 está ajustada a 0.5 Ohm en lugar de 1 Ohm. ZD1 y ZD2 Zener diodos eliminados.
  La tensión de salida de la fuente de alimentación está regulada por una resistencia variable R20. Esta resistencia se usa en la activación reostática, de modo que en caso de interrupción en el circuito de su contacto móvil, hay un voltaje mínimo en la salida de la unidad de alimentación. Cuanto más baja sea la posición del deslizador R20, mayor será el voltaje de salida de la PSU. R19 y C13 eliminan la autoexcitación del microcircuito del estabilitrón ajustable DA1.

El nodo de indicación actual de la carga conectada se ha actualizado. En lugar de un transistor RPR de silicio del tipo SS9015, se instala el germanio MP25B y se cambia su esquema de conmutación. Ahora, este nodo en Q5 no requiere un sensor de flujo separado, cuya función fue realizada previamente por el diodo de silicio D3. En el nuevo esquema, la resistencia R8 es un sensor de corriente para el silicio Q2 y el germanio Q5. A una tensión de salida de 5 V, el brillo del cristal rojo del LED se hace notorio cuando la corriente de carga conectada es de aproximadamente 60 mA.

A una corriente de carga de 0,35 A, el brillo del cristal rojo se superpone completamente al brillo del cristal verde del LED, mientras que a una corriente de 0,45 A, el brillo del brillo del cristal rojo del LED alcanza su máximo. Un filtro LC adicional L5C15 se instala en la salida de la unidad de fuente de alimentación. La amplitud de la tensión de ondulación y el ruido en la salida de la BP 20 ... 40 mV. La resistencia R13 se establece en 1 kΩ en lugar de 560 ohmios, y R1 680 ohmios en lugar de 470 ohmios. La última página de la portada muestra fotografías del tablero antes y después de la actualización. El chip KIA431 se instala en el lugar donde el LED se soldó previamente.

En lugar de un chip de este tipo, puede utilizar TL431, AZ431, LM431, fabricados en el estuche TO92 de tres terminales. En lugar de un transistor MJE13003 defectuoso, puede utilizar MJE13005. Debe conectar un disipador térmico dural con un área de superficie de enfriamiento de aproximadamente 8 cm cuadrados al transistor de alto voltaje, lo que aumentará considerablemente la confiabilidad del dispositivo. El disipador de calor que utiliza una junta de mica delgada y un tubo o funda de PVC debe estar aislado eléctricamente de manera confiable del colector Q1, de lo contrario se convertirá en una antena radiante efectiva.

En lugar del transistor BC847, es adecuado cualquiera de las series 2SC1815, 2SC945, BC548, SS9014, KT315, KT3102, KT645, KT6111. El transistor 2SA733 se puede reemplazar por SS9012, SS9015, BC557, BC558, 2SA708, KT361, KT209, KT3107, KT6112, KT6115. En lugar del transistor de germanio MP25B, cualquiera de las series MP20, MP21, MP25, MP26, MP39 MP42 será adecuada. Recomendado en las variantes de los transistores de reemplazo tienen diferencias en los tipos de casos y pinout. Los diodos 1N4007 se pueden reemplazar por 1N4005, 1N4007, UF4005 UF4007, 1N4937GP, 11DF4, KD 209B, KD243D, KD247G.

En lugar del diodo FR107, cualquiera de UF4007, 1N4937GP, 1N5399, RG2M, KD247D puede funcionar. El diodo FR203 se puede reemplazar por cualquiera de los FR202 FR207, FR302 FR307, SRP300D SRP300K, KD226A KD226E. En lugar del diodo 1N4148, puede instalar 1SS176S, 1SS244, 1 N914, KD510A,
  Chokes L3, L4 producción industrial de pequeño tamaño, enrollada en núcleos de ferrita en forma de O. Cualquier inductancia de 100 μH y resistencia de devanado de 10 ... 100 ohmios servirá. El choke L5 es de dos devanados, contiene varias vueltas de un cable de montaje de doble cadena en un anillo de ferrita o permalloy de baja frecuencia, cuanto mayor sea la inductancia y menor la resistencia de los devanados de este choke, mejor.

Condensadores C10, C11 cerámica de alta tensión. La resistencia variable R20 está conectada al circuito con un cable blindado de longitud mínima, la pantalla de metal de la resistencia variable debe estar conectada a menos C9. Resistor R16 es deseable utilizar no combustible o explosión. Cualquier LED de dos cristales con un cátodo común, por ejemplo, L119, serie L293. En lugar de este LED, puede usar dos LED convencionales de brillo continuo. El optoacoplador PC817 se puede reemplazar por cualquiera de los PS817, LTV817, EL817, SFH617A2, PS25011, PC814, PC120, PC123, fabricados en un paquete estándar de cuatro clavijas.

Todas las partes de la fuente de alimentación mejorada se colocan en una caja de poliestireno de 80x50x44 mm de tamaño desde el adaptador de red para la consola de juegos Dandy. Las clavijas de contacto para conectar a una toma de corriente que se retiró de la caja, en su lugar, utilizan un cable de alimentación flexible con un enchufe, lo cual es mucho más conveniente. Peso del dispositivo de montaje 110 gramos. El nodo en el transistor de germanio Q5 está montado en una pequeña tabla separada. El estrangulador L5 está pegado al caso con el pegamento de polímero "Quintol".

ESTABILIZACIÓN DEL VOLTAJE DE SALIDA
   UNIDADES DE SUMINISTRO DE PULSO

EL ARTÍCULO ESTÁ PREPARADO EN BASE DE A. V. GOLOVKOV Y V. B LIBRO DE LUBITSKY "UNIDADES DE ALIMENTACIÓN PARA MÓDULOS DEL SISTEMA IBM PC-XT / AT" PUBLISHING HOUSE "LAD and N"

El esquema de estabilización de la tensión de salida en esta clase de UPS es un circuito cerrado de control automático (Fig. 31). Este bucle incluye:
   circuito de control 8;
   preamplificador coincidente en cascada 9;
   transformador de control DT;
   etapa de potencia 2;
   transformador de impulsos de potencia RT;
   unidad rectificadora 3;
   choke de comunicación entre canales 4;
   bloque de filtro 5;
   divisor de tensión de realimentación 6;
   divisor de referencia 7.
   La composición del circuito de control 8 tiene las siguientes unidades funcionales:
   el amplificador de señal de error 8.1 con el circuito de corrección Zk;
   Comparador PWM (modulador) 8.2;
   generador de diente de sierra (oscilador) 8.3;
   Fuente de tensión estabilizada de referencia Uref 8.4.
Durante la operación, la señal de error 8.1 compara la señal de salida del divisor de voltaje b con el voltaje de referencia del divisor 7. La señal de error amplificada va al modulador de ancho de pulso 8.2, que controla la etapa final del amplificador de potencia 9, que a su vez suministra la señal de control modulada a la etapa de potencia Convertidor 2 a través del transformador de control DT. La etapa de potencia es alimentada por un circuito sin transformador. La tensión alterna de la red de suministro de energía se rectifica mediante el rectificador de red 1 y se alimenta a la etapa de energía, donde los condensadores del bastidor capacitivo la suavizan. Una parte del voltaje de salida del estabilizador se compara con un voltaje de referencia constante, y luego la diferencia resultante (la señal de error) se amplifica con la introducción de la compensación correspondiente. El modulador de ancho de pulso 8.2 convierte una señal de control analógica en una señal modulada por ancho de pulso con un factor de servicio de pulso variable. En esta clase de UPS, el circuito modulador compara la señal de la salida del amplificador de error con el voltaje de diente de sierra, que se obtiene de un generador especial 8.3.

Figura 31. El circuito de control de una fuente de alimentación de conmutación típica basada en el chip de control TL494.

   Figura 32. Ajuste del nivel de voltaje de salida del UPS PS-200B.

   Figura 33. Ajuste del nivel de voltaje de salida del UPS LPS-02-150XT.

   Figura 34. Ajuste del nivel de voltaje de salida del UPS "Appis".

   Figura 35. Ajuste del nivel de voltaje de salida del UPS GT-200W.

Sin embargo, el más común es el caso cuando no hay ajuste para afectar los voltajes de salida de la unidad. En este caso, la tensión en cualquiera de las entradas 1 o 2 se elige arbitrariamente de +2.5 a +5 V, y la tensión en la entrada restante se selecciona utilizando una resistencia de derivación de alta resistencia para que la unidad produzca las tensiones de salida especificadas en el pasaporte. modo de carga. La figura 35 ilustra el caso de seleccionar el nivel de voltaje de referencia, la fig. 34 - muestra el caso de seleccionar el nivel de la señal de realimentación. Anteriormente, se observó que el valor de la inestabilidad del voltaje de salida bajo la influencia de cualquier factor desestabilizador (cambio en la corriente de carga, voltaje de suministro y temperatura ambiente) podría reducirse aumentando la ganancia del circuito de realimentación (ganancia del amplificador DA3).
Sin embargo, el valor de ganancia máxima de DA3 está limitado por la condición de sostenibilidad. Dado que tanto el UPS como la carga contienen elementos reactivos (inductancia o capacitancia), que acumulan energía, en los regímenes transitorios hay una redistribución de energía entre estos elementos. Esta circunstancia puede llevar al hecho de que, bajo ciertos parámetros de los elementos, el proceso de transición para establecer los voltajes de salida del UPS tomará el carácter de oscilaciones continuas, o la magnitud del rebasamiento en el modo de transición alcanzará valores inaceptables.

   Figura 36. Transitorios (oscilantes y aperiódicos) de la tensión de salida del UPS con un cambio brusco en la corriente de carga (a) y la tensión de entrada (b).

En la fig. 36 muestra los transitorios de la tensión de salida con un cambio abrupto en la corriente de carga y la tensión de entrada. El UPS funciona de manera estable si la tensión de salida toma nuevamente un valor de estado estable después de la terminación de la perturbación que lo sacó de su estado original (Fig. 37, a).

   Figura 37. Transitorios de la tensión de salida del UPS en sistemas estables (a) e inestables (b).

Si esta condición no se cumple, entonces el sistema es inestable (Fig.37.6). Asegurar la estabilidad de la fuente de alimentación de impulsos es una condición necesaria para su funcionamiento normal. Dependiendo de los parámetros del UPS, el transitorio es oscilante o aperiódico, con el voltaje de salida del UPS que tiene un cierto valor de rebasamiento y un tiempo transitorio. La desviación de la tensión de salida del valor nominal se detecta en el elemento de medición del circuito de retroalimentación (en los UPS en consideración, se utiliza un divisor resistivo conectado al bus de tensión de salida de + 5V) como elemento de medición. Debido a la inercia del bucle de control, el valor nominal de la tensión de salida se establece con un cierto retraso. Al mismo tiempo, el circuito de control de inercia continuará su influencia en la misma dirección durante algún tiempo. Como resultado, se produce un rebasamiento, es decir, la desviación de la tensión de salida de su valor nominal en la dirección opuesta a la desviación inicial. El circuito de control cambia de nuevo la tensión de salida en la dirección opuesta, etc. Para garantizar la estabilidad del bucle que regula los voltajes de salida del UPS con la duración mínima del proceso de transición, la característica de frecuencia de amplitud del amplificador de error DA3 se somete a corrección. Esto se hace con la ayuda de cadenas RC, incluidas como un circuito de retroalimentación negativa, que cubre el amplificador DA3. Ejemplos de tales cadenas de corrección se muestran en la fig. 38

   Figura 38. Ejemplos de la configuración de las cadenas RC correctivas para el amplificador de error de voltaje DA3.

Para reducir el nivel de interferencia en el lado secundario de la fuente de alimentación de conmutación, se establecen cadenas aperiódicas RC. Detengámonos en el principio de su acción.
   El proceso de transición de la corriente a través de los diodos rectificadores en el momento de la conmutación se produce en forma de excitación de choque (Figura 39, a).

   Figura 39. El diagrama de tiempo de la tensión en la recuperación del diodo de la resistencia inversa:
   a) - sin cadena RC; b) - En presencia de cadenas RC.