Bloc d'alimentation d'une capacité de 1 kilowatt pour ULF. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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Dans les magazines de radio amateur, les circuits d'alimentation à découpage d'une puissance supérieure à 500 W ne sont pas courants. Par conséquent, une alimentation stabilisée à découpage a été développée avec les paramètres suivants :

Un schéma d'une alimentation à découpage (UPS) est illustré à la fig. une.

Riz. 1 (cliquez pour agrandir)

Le circuit est basé sur la puce DAI TL494CN de la famille des contrôleurs à modulation de largeur d'impulsion. Ce microcircuit est utilisé dans les onduleurs des ordinateurs et a très bien fait ses preuves. Considérez plus en détail son fonctionnement dans le circuit convertisseur. Le TL494CN comprend un amplificateur d'erreur, un oscillateur variable intégré, un comparateur de réglage de temps mort, un déclencheur de commande, une référence de précision de 5 V et un pilote d'étage de sortie. L'amplificateur d'erreur délivre une tension de mode commun dans la plage de 0,3 à 2 V. Le comparateur de réglage du temps mort a un décalage constant qui limite le temps mort minimum à environ 5 % de la largeur d'impulsion de sortie. Des pilotes de sortie indépendants sur des transistors permettent de faire fonctionner l'étage de sortie dans un circuit à émetteur commun. Le courant des transistors de sortie du microcircuit peut atteindre 200 mA. TL494CN est opérationnel à une tension d'alimentation de 7 ... 40 V. Dans la fig. La figure 2 montre le circuit de commutation du microcircuit et l'agencement structurel de ses circuits internes.

Fig. 2

Lorsque l'alimentation est appliquée, le générateur de tension en dents de scie 2 et la source de tension de référence 5 sont démarrés. La tension en dents de scie de la sortie du générateur 2 (Fig. 3a) est envoyée aux entrées inverseuses des comparateurs 3 et 4. L'entrée non inverseuse du comparateur 4 reçoit la tension de l'amplificateur d'erreur 1. Etant donné qu'il n'y a toujours pas de tension d'alimentation à la sortie à ce moment, le signal de retour du diviseur R2R4 à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur d'erreur est nul. Une tension positive est fournie à l'entrée inverseuse de cet amplificateur à partir du diviseur R5R7, auquel la tension de référence Uop de la sortie ION est déjà connectée. La tension de sortie de l'amplificateur d'erreur 1 au moment initial est nulle, mais lors du processus d'augmentation de la tension dans le circuit de rétroaction du diviseur R2R4, elle augmente.

La tension à la sortie de l'amplificateur d'erreur augmente également. Par conséquent, la tension de sortie du comparateur 4 a la forme d'une séquence d'impulsions dont la largeur augmente (Fig. 3,6). L'entrée non inverseuse du comparateur 3, qui fournit une pause, est reliée à la broche 4 du microcircuit. Cette broche est alimentée à partir d'un circuit RC externe C2R3 connecté au bus de tension de référence Uorr. Lorsque la tension de référence apparaît, elle est appliquée à ce circuit.

Au fur et à mesure que le condensateur C2 se charge, le courant qui le traverse et la résistance R3 diminue: la tension Uop aux bornes de la résistance R3 a la forme d'un exposant décroissant (Fig.3, c) La tension de sortie du comparateur 3 est une séquence d'impulsions décroissantes en largeur (Fig. 3, d) D'après le diagramme des tensions de sortie des comparateurs 3 et 4 (Fig. 3,6, d), on peut voir qu'ils sont mutuellement opposés. Les tensions de sortie des comparateurs 3 et 4 sont entrées dans l'élément logique "2OR". Par conséquent, la largeur d'impulsion à la sortie de l'élément logique est déterminée par l'impulsion d'entrée la plus large.

La tension de sortie de l'élément "2OR" est illustrée à la fig. 3e, d'où il résulte qu'à l'instant initial la largeur des impulsions de sortie du comparateur 3 dépasse la largeur des impulsions de sortie du comparateur 4, de sorte que la commutation du comparateur 4 n'affecte pas la largeur de l'impulsion de sortie de l'élément "2OR". Dans l'intervalle de temps (t0; t1) (Fig. 3a), la tension de sortie du comparateur 3 joue un rôle décisif. 3,f,g montre les impulsions de sortie sur les collecteurs des transistors VT1, VT2. La largeur de ces impulsions dans l'intervalle (t0 ; t1) augmente progressivement. A l'instant t1, l'impulsion de sortie du comparateur 3 est comparée à l'impulsion de sortie du comparateur 4. Dans ce cas, la commande de l'élément logique "2OR" est transférée du comparateur 3 au comparateur 4, puisque ses impulsions de sortie commencent à dépasser la largeur des impulsions de sortie du comparateur 3. Ainsi, dans l'intervalle de temps (t0; t1), les impulsions de sortie sur les collecteurs des transistors VT1, VT2 augmentent progressivement et assurent un démarrage en douceur du convertisseur de tension.

Fig. 3

Avant chaque mise sous tension de l'ASI, le condensateur C2 (Fig. 2), qui assure un démarrage en douceur, doit être déchargé. Il est temps de se tourner vers le schéma général de la Fig. 1 convertisseur de tension. Le condensateur C3 remplit la fonction du condensateur de démarrage progressif qu'il contient. Lorsque l'alimentation est coupée, le condensateur se décharge rapidement à travers la résistance R1, la jonction base-collecteur du transistor VT1 et la diode VD1. Les transistors VT1, VT2 remplissent la fonction de protection de déclenchement. Lorsque la tension de déverrouillage est appliquée à la base du transistor VT2, celui-ci s'ouvre. Dans le même temps, le transistor VT1 s'ouvre, shuntant le condensateur C3 et bloquant ainsi le fonctionnement du convertisseur de tension. La tension du collecteur du transistor VT1 à travers le circuit R4VD2 maintient le transistor VT2 ouvert. La protection de déclenchement n'est désactivée qu'après la coupure de la tension d'alimentation. De puissants transistors à effet de champ avec une capacité grille-source assez importante sont utilisés comme interrupteurs de puissance. Par conséquent, pour contrôler ces transistors, deux blocs de clés sur les transistors VT3, VT5, VT7 et VT4, VT6, VT8 sont utilisés.

Considérez le travail de l'un d'entre eux. Lorsqu'une haute tension est présente sur la broche 8 de la puce DAI (le transistor à l'intérieur de la puce est fermé), les transistors à effet de champ VT3 et VT7 s'ouvrent. Ce dernier shunte la capacité de grille du transistor VT9, le déchargeant instantanément. Le transistor VT5 est fermé. Dès qu'une basse tension est établie à la broche 8 du microcircuit, les transistors VT3 et VT7 se fermeront, et VT5 s'ouvrira et une tension de déverrouillage sera appliquée à la grille du transistor VT9. La résistance R18 empêche la défaillance des transistors VT5, VT7 si l'un d'eux est fermé et l'autre n'est pas complètement ouvert.

Les oscillogrammes des tensions aux grilles des transistors VT9, VT10 sont représentés sur la fig. 3,3, et. Les résistances R9, R10 sont incluses dans le circuit de grille des transistors VT20, VT21, qui, avec les capacités des grilles, forment un filtre passe-bas qui réduit le niveau d'harmoniques lors de l'ouverture des touches. Les circuits R22, R23, C8, C9, VD5-VD8 servent également à réduire les harmoniques pendant le fonctionnement du convertisseur. L'enroulement primaire du transformateur T1 est inclus dans les circuits de drain des transistors VT9, VT10. La tension de rétroaction est retirée de l'enroulement III du transformateur pour stabiliser la tension du convertisseur. À travers un diviseur sur les résistances R7, R8, il entre dans la puce DA1. La résistance R10 peut réguler la tension de sortie de l'onduleur dans une petite plage. Les éléments R6, C4 déterminent la fréquence de fonctionnement du générateur de tension interne en dents de scie du microcircuit DA1 (avec les calibres indiqués sur le schéma, cette fréquence est voisine de 50 kHz).

En modifiant la résistance de la résistance R6 et la capacité du condensateur C4, vous pouvez, si nécessaire, modifier la fréquence du convertisseur de tension. La partie puissance du circuit est alimentée par le filtre secteur C10, Cl1, L1, le redresseur VD4 et les condensateurs C12, C13. La résistance R24 ​​décharge le condensateur de filtrage dans le convertisseur éteint. La puce DA1 et les touches des transistors VT3-VT8 sont alimentées par une alimentation stabilisée sur les éléments T2, VD3, C5-C7 et le stabilisateur DA2. La résistance R25 sert à réduire le courant d'appel à travers les condensateurs de filtrage lorsque l'onduleur est connecté au réseau. Le redresseur de la tension de sortie du convertisseur est réalisé selon le circuit en pont sur les diodes VD12-VD15.

Le démarrage en douceur du convertisseur de tension permet d'utiliser des condensateurs de filtrage d'une capacité assez importante dans les circuits secondaires, ce qui est nécessaire lors de l'alimentation de l'amplificateur de puissance. Les inductances L2, L3, associées aux condensateurs de filtrage, lissent l'ondulation de la tension de sortie de l'onduleur. La protection du convertisseur de tension au flux est réalisée sur les transistors VT11, VT12. Lorsque le courant à travers les résistances R27-R30 augmente, les transistors VT11, VT12 s'ouvrent et les LED des optocoupleurs Ul.l, U1.2 s'allument. Les transistors optocoupleurs s'ouvrent et fournissent une tension de déclenchement à la base du transistor VT2, ce qui provoque le fonctionnement de la protection de déclenchement. Le condensateur C1 empêche le fonctionnement de la protection contre les bruits impulsionnels aléatoires.

Construction et détails

Structurellement, l'onduleur est réalisé sur une carte de circuit imprimé simple face (Fig. 4a, b).

Riz. 4 a, b (cliquez pour agrandir)

La carte contient tous les éléments du circuit, à l'exception de SA1, FU1 et T2. De plus, les résistances R22, R23 et les condensateurs C8, C9 sont placés sur une petite carte séparée. Ils sont reliés par des fils à la carte principale aux points indiqués par les lettres a, b, c. Les résistances R22, R23 deviennent très chaudes pendant le fonctionnement, donc la carte avec elles doit être positionnée de manière à ce que les résistances ne chauffent pas le reste du circuit. Les diodes VD12-VD15 sont montées sur un radiateur à aiguilles séparé de 10x12 cm et connectées à la carte principale avec un fil d'un diamètre d'au moins 1 mm. D'un côté du circuit imprimé se trouve un radiateur (Fig. 4,6) de 170 cm de long et 10 cm de haut.

Il est conseillé d'utiliser un radiateur à aiguille, mais à la rigueur n'importe quel autre fera l'affaire. Les éléments de la carte DA2, VD4, VT9, VT10 sont fixés à ce radiateur par des joints isolants. De l'autre côté du radiateur, un ventilateur est installé de manière à ce que le flux d'air de celui-ci souffle bien le radiateur. Vous pouvez utiliser un ventilateur à partir d'une alimentation d'ordinateur. L'alimentation lui est fournie par une résistance d'une résistance de 320 ohms et d'une puissance de 7,5 W à partir de la sortie +50 V du convertisseur. Vous pouvez utiliser une résistance de type PEV et la fixer n'importe où dans le boîtier. Il est également possible d'enrouler un enroulement supplémentaire dans le transformateur T1 pour alimenter le ventilateur (Fig. 1). Pour ce faire, vous devez enrouler deux tours de fil d'un diamètre de 0,4 mm et connecter le ventilateur conformément à la fig. 5.

Fig. 5

Le transformateur T1 du convertisseur est enroulé sur quatre anneaux de ferrite 2000NM pliés ensemble aux dimensions K45x28x12. Les données d'enroulement du transformateur sont données dans le tableau.

Les enroulements I et II du transformateur sont séparés du reste des enroulements par deux ou trois couches de tissu verni. Le transformateur T2 est utilisé prêt à l'emploi avec une tension alternative de 16 V. La bobine L1 est constituée de 2x20 tours enroulés sur un anneau de ferrite en ferrite 2000NM aux dimensions KZ1x18x7 en deux fils d'un diamètre de 1 mm. Les bobines L2, L3 sont enroulées sur des morceaux de ferrite d'un diamètre de 8 ... 10 mm et d'une longueur d'environ 25 mm avec un fil d'un diamètre de 1,2 mm en une couche sur toute la longueur de la ferrite. Dans le circuit convertisseur, il est souhaitable d'utiliser des condensateurs électrolytiques importés avec une marque de 105 °. Dans les cas extrêmes, il est permis d'utiliser d'autres condensateurs de taille appropriée. Le condensateur C12 est composé de trois condensateurs d'une capacité de 220 uFx400 V.

Condensateurs non électrolytiques de tout type, par exemple K73-17. En tant que résistance R25, on utilise trois résistances de type SCK105 ou similaire, connectées en parallèle, utilisées dans les alimentations informatiques. Résistances R22, R23 type C5-5-10W, R27-R30 - C5-16V-5W. Les résistances restantes sont de tout type, par exemple MLT. Résistance trimmer R9 type SPZ-19AV ou autre de petite taille. Il est souhaitable d'utiliser des diodes haute fréquence telles qu'indiquées sur le schéma (KD212 et KD2999), car les diodes importées, qui sont maintenant largement utilisées, ne fonctionnent pas toujours bien aux hautes fréquences, notamment au-dessus de 50 kHz.

Les ponts de diodes peuvent être utilisés dans n'importe quelle taille appropriée : VD3 - avec un courant redressé d'au moins 500 mA ; VD4 - avec un courant redressé d'au moins 8 A et une tension d'au moins 400 V. Les transistors BSS88 peuvent être remplacés par d'autres transistors à effet de champ similaires avec une grille isolée et un canal n (tension drain-source supérieure à 50 V, courant de drain 0,15 ... 0,5, 123 A). Il peut s'agir de transistors BSS108, BS2, 1336SK2, etc. Au lieu de puissants transistors à effet de champ 956SK2, des transistors de types 787SK50, IRFPE494 conviennent. La puce TL494CN peut être remplacée par la puce TL25LN, ce qui permettra d'utiliser le convertisseur de tension à des températures ambiantes jusqu'à -494°C, puisque le TL0CN n'est opérationnel qu'à des températures supérieures à 7500°C. De plus, à la place, vous pouvez utiliser le KA101V analogique. L'optocoupleur AOT101BS peut être remplacé par AOT2501AC, PS2-2. KR142EN8E ou 7815 peut être utilisé comme puce DA7815 Si la puce 502 est utilisée dans un boîtier isolé, un joint isolant n'est pas nécessaire lors de son installation sur un radiateur. Les transistors KT503E, KT502E peuvent être remplacés par KT503G, KT510G et les diodes KD503A - avec presque toutes les diodes à impulsions, par exemple, KD522, KDXNUMX, etc.

réglage

Avant d'allumer le convertisseur pour la première fois dans le réseau, il est nécessaire de couper la tension secteur des circuits d'alimentation et d'alimenter uniquement le transformateur T2. Tout d'abord, assurez-vous que la tension d'alimentation est de +15 V de la sortie DA2. Ensuite, à l'aide d'un oscilloscope, ils s'assurent qu'il y a des impulsions aux grilles des transistors à effet de champ VT9, VT10 et qu'elles correspondent aux oscillogrammes de la Fig. 3, et. Lorsque le condensateur C9 est court-circuité, les impulsions doivent disparaître et une tension nulle doit être définie sur les portes VT10, VT9. De plus, en réglant le curseur de la résistance RXNUMX en position médiane, la tension d'alimentation est appliquée au reste du circuit.

À l'aide d'un voltmètre, contrôlez la tension sur la broche 1 de DA1 en réglant la valeur sur 2,5 V en sélectionnant la résistance de la résistance R7. La résistance d'ajustement R9 peut modifier légèrement la tension de sortie du convertisseur, cependant, il est nécessaire de contrôler les impulsions aux grilles des transistors à effet de champ VT9, VT10 afin que leur durée n'approche pas les limites extrêmes (trop courtes ou trop longues ), mais est en position médiane. Sinon, lorsque la charge augmente ou que la tension d'alimentation change, la stabilisation de la tension de sortie se détériore.

Afin de ne pas surcharger le convertisseur de tension et de ne pas brûler de puissants transistors à effet de champ, il est préférable de régler la protection de courant comme suit. Au lieu des résistances R27-R30, des résistances d'une résistance de 1 ohm et d'une puissance de 2 watts sont temporairement soudées. Une charge et un ampèremètre sont connectés à la sortie du convertisseur. Le courant de charge est réglé sur 1,3 ... 1,4 A et en sélectionnant les résistances des résistances R32, R33, la protection de courant est activée. Ensuite, les résistances R27-R30 sont soudées en place. Ceci termine le réglage du convertisseur de tension. Si une tension différente est requise pour alimenter l'amplificateur ou une autre charge, la tension de sortie du convertisseur peut être modifiée en modifiant le nombre de tours des enroulements IV et V du transformateur T1. Il faut garder à l'esprit qu'un tour de l'enroulement secondaire représente environ 7 V.

Selon les matériaux de la revue Radioamator; Publication : cxem.net

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