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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Alimentation stabilisée par thyristors avec possibilité de réglage et protection contre les surintensités. Encyclopédie de la radioélectronique et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Alimentations J'attire l'attention des lecteurs sur un stabilisateur de tension réglable à thyristors avec protection contre les surcharges. Cette conception sera très efficace pour alimenter des charges qui ne sont pas critiques pour les ondulations de tension d'alimentation, par exemple pour les moteurs à courant continu et tout autre appareil qui consomme une énergie importante et nécessite une tension d'alimentation stable (valeur moyenne) qui peut être ajustée. Ses caractéristiques techniques maximales sont déterminées par les caractéristiques de deux fragments de circuit : un thyristor et un pont redresseur. Le système de contrôle est universel ; il est conçu et réalisé de manière à exclure de la conception les éléments coûteux et/ou rares. Le schéma fonctionnel est illustré à la Fig.1.
Je voudrais immédiatement vous avertir que les tentatives visant à alimenter l'ensemble du système à partir d'une seule source ont échoué. L'interférence des différents circuits les uns avec les autres via l'alimentation est trop importante, ce qui nuit considérablement à la stabilité de la tension de sortie. Et créer une source d'alimentation avec une faible impédance de sortie dans cette conception est injustifié du point de vue des coûts et du nombre d'éléments. Le schéma de circuit est représenté sur la figure 2, où R1, R2, R4 sont des résistances d'extinction des circuits de puissance, et la résistance de R4 peut être environ cinq fois supérieure à la résistance de R1, R2 en raison du courant prélevé sur le condensateur C3. , qui a la forme d’une impulsion courte. Le reste du temps, la C3 est en charge.
Les résistances des résistances peuvent être calculées à l'aide de la loi d'Ohm pour n'importe quelle tension d'alimentation de l'unité. En général R \uXNUMXd (U - Ust) / Je, où R est la résistance requise ; U est la valeur efficace de la tension appliquée ; Tension de stabilisation Ust de la diode Zener ; I est le courant nécessaire au circuit alimenté et circulant à travers cette résistance. Pour un grand U et un petit Ust, la valeur de Ust peut être négligée. Lors des calculs, n'oubliez pas la puissance dissipée par la résistance, P = UI, où P est la puissance, W ; U est la valeur efficace de la tension appliquée, V ; I est le courant circulant à travers la résistance, A. Permettez-moi de vous rappeler que pour un fonctionnement fiable de la résistance, la puissance maximale dissipée à travers elle doit être d'environ vingt pour cent inférieure à la valeur nominale. Un seul vibrateur est monté en C2 et A1, générant une impulsion d'une durée d'au moins 100 ms qui, à travers le transistor tampon VT2, allume la LED de l'optothyristor et l'ouvre. Le schéma du nœud A1 peut être exécuté selon la Fig. 3 ou 4.
Il convient de noter que le circuit de la figure 3 fonctionne de manière plus stable qu'un transistor à unijonction. La durée d'impulsion doit être environ 10 fois supérieure à la durée d'impulsion nominale minimale qui ouvre le thyristor. La diode VD3 assure la synchronisation du monovibrateur avec les alternances de la tension d'alimentation, déchargeant C2 au moment de la tension d'alimentation nulle. Le nœud R3, VT1 est une source contrôlée de courant de charge C2, qui vous permet de réguler en douceur le temps de charge. La résistance R6 détermine la largeur d'impulsion du monostable. A noter que sa résistance doit être inférieure aux résistances R9, R10 du diviseur de référence. Lors de l'utilisation de la version bloc A1 selon la Fig. 3, la résistance R9, R10 peut être de 10 kOhm sans détérioration notable des performances. Lors de l'utilisation de la version du bloc A1 selon la Fig. 4, installez les fils du transistor unijonction dans les trous correspondants de la carte de circuit imprimé sans correction de câblage, car la carte est universelle. Nœud R4, VD4, C3 - circuit d'alimentation pour la LED optothyristor. L'excès de tension est « évacué » via la diode VD5. La LED de l'optothyristor a dû être équipée d'une source d'alimentation séparée en raison du courant d'alimentation nominal important, qui alimente en vodka les circuits restants. Le caractère inapproprié d’une alimentation interne à faible impédance de sortie a été évoqué ci-dessus. La résistance R8 détermine le courant de la LED de l'optothyristor. Je ne risquerai pas de proposer une méthodologie claire pour calculer cette résistance car je suis tombé sur des optothyristors avec une large gamme de paramètres LED. Sélectionnez simplement cet élément. La valeur nominale maximale de la LED à courant continu de l'optothyristor TO125 est de 80 mA. Les nœuds VD7, C4 fournissent à l'intégrateur de signal de rétroaction une puissance stable. La résistance R11 redresse la caractéristique de régulation de la tension de sortie. Sans cela, le réglage de la tension de sortie dans la plage basse tension sera plus fluide, mais plus net dans la plage haute fréquence. Les nœuds VT3, R12 sont une autre clé contrôlée. Sa fonction est de verrouiller VT1 en présence de surcharge. Le degré d'influence des signaux de rétroaction sur l'intégrateur est déterminé par la résistance R12. Le nœud C5, R14 est en fait un intégrateur. La tension aux bornes de la charge est intégrée, dont la valeur est déterminée par la résistance R15. Il convient de noter que lors de l'alimentation de l'appareil à partir de hautes tensions, telles que la tension secteur 220 V, il est nécessaire soit d'utiliser le fil R15, soit d'augmenter sa résistance d'environ 10 fois. Ceci est facile à vérifier en calculant la puissance allouée à cette résistance à l'aide de la formule donnée ci-dessus pour calculer la puissance des résistances d'extinction dans les circuits de puissance. La résistance R13 améliore les paramètres de l'intégrateur pour le courant de fuite C5. Vous pouvez expérimenter cette résistance ou l'éliminer complètement, mais cela n'améliorera pas les paramètres du circuit. Il est recommandé d'installer une diode Zener VD8 lorsque l'appareil fonctionne dans la plage haute tension, mais il s'agit d'un élément de sécurité qui n'est pas obligatoire. Il n’y a donc pas d’espace d’installation sur la carte. Nœud VT4, VT5 - amplificateur de signal du capteur de courant. Les transistors s'ouvrent si la tension à la base de VT5 est supérieure d'environ 1,2 V à celle à l'émetteur de VT4. Lors de l'expérimentation, je ne recommande pas de confondre les charges du collecteur. Lorsqu'il est allumé, comme le montre le diagramme, le courant de l'émetteur de base du VT5 est presque constant, tandis que celui du VT4 présente des ondulations importantes. Imaginez maintenant ce qui se passera si vous échangez les charges des collecteurs de ces transistors. Nœud R19, C7 - intégrateur de signal du capteur de courant. Si, lors de l'utilisation du bloc A2 et de petits courants de charge, vous pouvez toujours vous en passer, alors en l'absence de A2, l'ensemble du conditionneur de signal du capteur de courant commence à fonctionner en mode impulsionnel. Le fonctionnement de l’ensemble du système est donc perturbé. La résistance R20 est un capteur de courant (résistance filaire). Sélectionnez-le à votre discrétion, mais gardez à l'esprit que si le système de protection contre les surintensités fonctionne à un courant moyen supérieur aux courants moyens admissibles du pont de diodes ou du thyristor, cela n'a aucun sens. La tension de réponse de la protection est de 1,2 V et, sur cette base, calculez la résistance R20 selon la loi d'Ohm : R = 1/Imax, où R est la résistance de la résistance, Ohm, Imax est la valeur requise du courant moyen dans le charger. Le transistor VT6 contrôle la LED VD9, indiquant le mode de surintensité. Le condensateur C6 élimine le scintillement du VD9 et adoucit le mode de fonctionnement de l'amplificateur de signal du capteur de courant. Nœud R1, VD1, C1, VD6 - circuit d'alimentation pour la LED VD9. Si vous ne prévoyez pas d'indiquer une condition de surcharge, vous pouvez exclure les éléments R1, VD1, C1, C6, R16, VT6, R18, VD9, VT4. Dans ce cas, connectez l'émetteur VT5 directement au fil commun. Dans ce cas, la tension de réponse de protection supprimée de R20 sera d'environ 0,6 V, ce qui doit être pris en compte lors du calcul de la résistance de la résistance R20. Le schéma du bloc A2 est représenté sur la figure 5. Il fournit le niveau de composante continue dans la charge. Le papillon L1 est utilisé comme ballast. Lorsque le thyristor s'ouvre, les diodes du pont redresseur fonctionnent en mode courant de court-circuit, rechargeant les condensateurs du filtre. À ce stade, L1 crée une réactance dans le circuit, ce qui protège les diodes du pont et le thyristor des surtensions dépassant la limite admissible, les évite également de surchauffer et augmente la durabilité du système.
La diode élimine les surtensions d'auto-induction, évitant ainsi les pannes du système de contrôle. La self L2 agit comme une résistance de ballast pour le composant variable. Caractéristiques de conception Vous pouvez remplacer le R18 par une diode Zener KS133 ou une autre LED. Il est logique de procéder ainsi pour un fonctionnement plus stable de l'optothyristor et si une deuxième LED est nécessaire, par exemple pour une indication supplémentaire. Le VD6 peut également être remplacé par une chaîne de deux ou trois LED connectées en série. Vous pouvez également remplacer la diode Zener KS133 connectée en série par une LED. Ils indiqueront la présence de courant dans les circuits de l'unité. Au lieu de VD5, vous pouvez installer une diode Zener avec une tension de stabilisation de 4...4,7 V entre la cathode VD6,2 et le fil commun. Vous pouvez faire varier ces circuits à votre guise, mais ne violez pas les conditions dans lesquelles tous les circuits de les blocs sont alimentés avec une tension comprise entre 4,7 et 6,2 V. Au lieu du capteur de courant R20, vous pouvez installer une résistance variable ou d'ajustement, de préférence une résistance filaire. Cela vous donnera la possibilité d'ajuster en douceur le niveau de protection actuelle. À propos des caractéristiques du tableau La disposition de la carte de circuit imprimé du côté des pistes est illustrée à la Fig.6.
Il est conçu de telle manière que si le bloc A2 n'est pas nécessaire, il peut simplement être raccourci. La ligne le long de laquelle raccourcir est indiquée par une ligne pointillée. Il est possible d'installer des éléments du circuit d'alimentation pour une LED supplémentaire, par exemple pour indiquer la tension secteur ou toute autre tension alternative élevée. Le schéma de principe de ce circuit est présenté sur la figure 7.
Les trous de grand diamètre sont indiqués par un point entouré d'un cercle. Tous les trous dont le diamètre n'est pas indiqué sur la figure ont un diamètre de 2 mm. Je recommande fortement de pistonner ces trous. Cela vous évitera de nombreux problèmes mineurs lors de l'installation et du fonctionnement de l'appareil. La carte est connectée aux circuits externes à l'aide du connecteur RP10-15. Ce connecteur est assez courant, autorise des courants allant jusqu'à 10 A par contact et, compensant l'inconvénient mineur du câblage de ses contacts au circuit, permet de déplacer facilement tout élément nécessaire hors de la carte. Par exemple, installez VS1 sur le radiateur et supprimez R20 de la carte, ce qui le rend variable. Le connecteur est fixé à la carte à l'aide de deux coins pour lesquels deux trous sont pratiqués dans la carte. Il est plus sûr et plus pratique d'installer la partie prise du connecteur sur la carte. Les débris y pénètrent plus souvent et il est bien sûr plus pratique de le nettoyer sur une planche démontée plutôt que sur un châssis moins pratique d'accès. La carte fournit des emplacements de montage pour régler les résistances de type SP3-38b (couchées). Si vous envisagez de faire fonctionner l'appareil à l'extérieur ou dans une atmosphère agressive saturée de vapeurs d'acides, d'alcalis, d'humidité élevée ou de poussière, installez des résistances hermétiquement fermées. En fonction de l'emplacement de leurs broches, ajustez la position des trous et des plots de montage correspondants. Enduisez le bloc lui-même de vernis comme UR, Sherlac ou, dans les cas extrêmes, de colophane diluée avec de l'alcool. Ne soyez pas paresseux pour fixer les condensateurs de filtrage du bloc A2 sur la carte avec un serre-fil. A cet effet, des trous correspondants sont spécialement laissés. Pour améliorer la dissipation thermique des éléments R1, R2, R4, R20 lors de l'installation, laissez-les surélevés d'environ 5 mm au-dessus de la carte. Les noyaux des selfs de filtre A2 sont fixés à la carte avec des vis M4x25 à travers les trous correspondants. Pour éviter que le noyau ne se fissure, placez une rondelle souple, éventuellement du textolite, entre celui-ci et la vis. Le redresseur de puissance utilise des diodes KD213 (lorsque vous travaillez avec des tensions inférieures à 200 V) ou toute autre diode suffisamment puissante. Des radiateurs simples à fabriquer et assez efficaces sont illustrés à la Fig. 8.
La conception se compose d'un support en forme de U en aluminium souple d'une épaisseur de 2...3 mm et d'une plaque de pression en duralumin de la même épaisseur avec des trous filetés. La plaque de pression peut être constituée d'un autre matériau, mais cela nuirait à la dissipation thermique. Cette conception de radiateur est conçue pour les diodes KD213, KD212 ou similaires. Lorsque vous utilisez d'autres diodes, vous devrez peut-être ajuster la position et la taille des trous de montage. L'optothyristor TO125 est fixé à la carte avec deux vis M3 à travers les trous correspondants. Ces mêmes vis assurent le contact électrique entre l'anode et le circuit. La LED optothyristor est connectée aux contacts correspondants sur la carte via un fil et une résistance R8, comme élément de suspension. Les détails Toutes les résistances de types MLT, MT, BC, S2-XX avec des puissances correspondant à celles indiquées sur le schéma. Condensateurs électrolytiques de type K53-1, K53-4. Ils ont une conception tous climats. Vous pouvez bien sûr prendre le K50-XX, mais je ne le recommande vraiment pas. Le coût de charge et de fiabilité peut être beaucoup plus élevé. Diodes Zener - pour tension 4,7...6,2 V avec n'importe quelle lettre et de préférence toutes du même type (KS147, KS447, KS156, KS456, KS162). Vous pouvez remplacer : KT502 par KT203, KT209, KT3107, KT501 par n'importe quelle lettre, KT503 par KT3102 par n'importe quelle lettre, KT3102 par KT342, pire si KT503. Le tout avec des indices de lettres. KD522 sur KD521 ou tout autre avec un courant direct constant jusqu'à 50 mA et une tension inverse d'au moins 15 V. Les selfs du bloc A2 sont enroulées sur des noyaux blindés B30...B36. L1 contient 10...30 tours de fil PEL 0,8...PEL 1,2, L2 contient 50...100 tours de fil PEL 0,6...PEL 1,0. Dans ces selfs, il est conseillé de prévoir un espace non magnétique de 0,1...0,5 mm. Pour ce faire, poncez légèrement l'extrémité de la coupelle et enduisez-la de colle imperméable. Après cela, collez la tasse sur une feuille de papier ordinaire ou, mieux encore, à condensateur. Une fois la colle sèche, retirez l'excédent de papier afin que la bobine s'insère librement dans le gobelet. Cette opération peut être réalisée avec les deux coupelles. Tout dépend de l'épaisseur du papier disponible. Pour éviter le bourdonnement désagréable des bobines ou des coupelles du starter lors de courants de charge élevés, plongez le starter assemblé et serré dans de la cire fondue, de la paraffine, de la stéarine pendant 3...5 s. Laisser l'excédent de mastic s'écouler librement. réglage Une unité correctement calculée et assemblée nécessite une installation appropriée de résistances d'ajustement. Tout d'abord, placez les curseurs des résistances R3, R12, R15 en position médiane. Si l'appareil ne fonctionne pas, vérifiez la tension d'alimentation. Si nécessaire, sélectionnez la résistance des résistances d'extinction dans les circuits de puissance. Le courant de la LED de l'optothyristor est peut-être trop faible. Alors récupérez R8. Au lieu de cela, vous pouvez souder un circuit de résistances constantes de 10 ohms et variables de 100 ohms connectées en série. Ne sélectionnez pas de valeurs de courant LED extrêmes. Il est préférable de contrôler l'ensemble de ce processus avec un oscilloscope. Permettez-moi de vous rappeler que la valeur nominale maximale du courant constant LED pour TO125 est inférieure à 80 mA. Enfin, je voudrais exprimer l'espoir que les fabricants de circuits intégrés prêteront attention à ce système. Ensuite, vous pouvez sérieusement penser à un circuit d'alimentation plus complexe, mais plus puissant, avec un seul élément amortisseur et deux ou trois condensateurs externes pour l'ensemble du circuit. Pour nous, développeurs et opérateurs, travailler avec un seul circuit intégré bon marché dans un tel bloc sera beaucoup plus simple. Et le marché pour un tel stabilisateur peut être très vaste. Auteur : V.B.Efimenko
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