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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Convertisseur de tension asymétrique stabilisé
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Convertisseurs de tension, redresseurs, onduleurs L'article décrit les principes de construction et une version pratique d'un simple convertisseur de tension stabilisé par impulsions qui permet un fonctionnement dans une large plage de changements de tension d'entrée. Parmi les différentes sources d'alimentation secondaires (SEP) à entrée sans transformateur, un convertisseur auto-oscillant monocycle avec allumage "inverse" de la diode de redressement se distingue par sa plus grande simplicité [1] (Fig. 1).
Considérons d'abord brièvement le principe de fonctionnement d'un convertisseur de tension non stabilisé, puis la méthode pour le stabiliser. Transformateur T1 - self linéaire ; les intervalles d'accumulation d'énergie et de transfert de l'énergie accumulée vers la charge sont séparés dans le temps. Sur la fig. 2 montre : II - courant de l'enroulement primaire du transformateur, III - courant de l'enroulement secondaire, tn - intervalle d'accumulation d'énergie dans l'inducteur, tp - intervalle de transfert d'énergie vers la charge.
Lorsque la tension d'alimentation Upit est connectée, le courant de base du transistor VT1 commence à circuler à travers la résistance R1 (la diode VD1 empêche le passage du courant à travers le circuit d'enroulement de base, et le condensateur C2 le shuntant augmente la rétroaction positive (PIC) au stade de la formation des fronts de tension). Le transistor s'ouvre légèrement, le circuit POS se ferme via le transformateur T1, dans lequel se déroule le processus régénératif d'accumulation d'énergie. Le transistor VT1 entre en saturation. Une tension d'alimentation est appliquée à l'enroulement primaire du transformateur, et le courant II (courant collecteur Ik du transistor VT1) augmente linéairement. Le courant de base IB d'un transistor saturé est déterminé par la tension sur l'enroulement III et la résistance de la résistance R2. Au stade de l'accumulation d'énergie, la diode VD2 est fermée (d'où le nom du convertisseur - avec l'allumage "inverse" de la diode), et la consommation d'énergie du transformateur se produit uniquement par le circuit d'entrée du transistor à travers la base enroulement. Lorsque le courant collecteur Ik atteint la valeur : IK max = h21EIB, (1) où h21E est le coefficient de transfert de courant statique du transistor VT1, le transistor quitte le mode saturation et le processus de régénération inverse se développe : le transistor se ferme, la diode VD2 s'ouvre et l'énergie accumulée par le transformateur est transférée à la charge. Après avoir réduit le courant de l'enroulement secondaire, l'étape d'accumulation d'énergie recommence. L'intervalle de temps tp est maximum lorsque le convertisseur est allumé, lorsque le condensateur C3 est déchargé et que la tension à la charge est nulle. Dans [1], il est montré que l'alimentation, assemblée selon le circuit de la Fig. 1, - convertisseur fonctionnel de la source de tension d'alimentation Jusqu'à la source de courant de charge In. Il est important de noter : les étapes d'accumulation d'énergie et de transfert d'énergie étant séparées dans le temps, le courant maximum de collecteur du transistor ne dépend pas du courant de charge, c'est-à-dire que le convertisseur est totalement protégé des courts-circuits en sortie. Cependant, lorsque le convertisseur est allumé sans charge (mode veille), une surtension sur l'enroulement du transformateur au moment où le transistor se ferme peut dépasser la tension collecteur-émetteur maximale autorisée et la désactiver. L'inconvénient du convertisseur le plus simple est la dépendance du courant du collecteur IK max et, par conséquent, de la tension de sortie sur le coefficient de transfert de courant statique du transistor VT1. Par conséquent, les paramètres d’alimentation varient considérablement lors de l’utilisation de différentes instances. Un convertisseur utilisant un transistor de commutation « auto-protégé » (Fig. XNUMX) a des performances beaucoup plus stables.
La tension en dents de scie de la résistance R3, proportionnelle au courant de l'enroulement primaire du transformateur, est appliquée à la base du transistor auxiliaire VT2. Dès que la tension aux bornes de la résistance R3 atteint le seuil d'ouverture du transistor VT2 (environ 0,6 V), elle s'ouvrira et limitera le courant de base du transistor VT1, ce qui interrompra le processus d'accumulation d'énergie dans le transformateur. Courant maximum de l'enroulement primaire du transformateur II max \u0,6d IK max \u3d 2 / RXNUMX (XNUMX) s'avère peu dépendant des paramètres d'une instance particulière du transistor. Naturellement, la valeur limite de courant calculée par la formule (2) doit être inférieure au courant déterminé par la formule (1) pour la pire valeur du coefficient de transfert de courant statique. Considérons maintenant la question de la possibilité de régulation (stabilisation) de la tension de sortie de la source d'alimentation. Dans [1], il est montré que le seul paramètre du convertisseur qui peut être modifié pour réguler la tension de sortie est le courant IK max, ou, ce qui revient au même, le temps d'accumulation d'énergie tn dans le transformateur, et le contrôle ( stabilisation) ne peut que réduire le courant par rapport à la valeur calculée par la formule (2). En formulant le principe de fonctionnement de l'unité de stabilisation du convertisseur, il est possible de déterminer les exigences suivantes :
Les schémas de nœuds de contrôle qui implémentent cet algorithme, donnés dans [1], contiennent un comparateur K521SAZ, sept résistances, un transistor, une diode, deux diodes Zener et un transformateur. D'autres appareils bien connus, notamment les alimentations pour téléviseurs, sont également assez complexes. Parallèlement, en utilisant un transistor de commutation auto-protégé, il est possible de construire un convertisseur stabilisé beaucoup plus simple (voir le circuit de la figure 4).
L'enroulement de rétroaction (OS) III et le circuit VD3C4 forment une tension de rétroaction proportionnelle à la tension de sortie du convertisseur. La tension de stabilisation exemplaire de la diode Zener VD4 est soustraite de la tension de rétroaction et le signal d'erreur résultant est transmis à la résistance R5. Depuis le moteur de la résistance trimmer R5, la somme de deux tensions est fournie à la base du transistor VT2 : une tension de commande constante (une partie de la tension de désadaptation) et une tension en dents de scie de la résistance R3, proportionnelle au courant du enroulement primaire du transformateur. Le seuil d'ouverture du transistor VT2 étant constant, une augmentation de la tension de commande (par exemple, avec une augmentation de la tension d'alimentation Upit et, par conséquent, une augmentation de la tension de sortie du convertisseur) entraîne une diminution du courant II, à laquelle le transistor VT2 s'ouvre, et à une diminution de la tension de sortie. Ainsi, le convertisseur se stabilise et sa tension de sortie est régulée dans de petites limites par la résistance R5. Le coefficient de stabilisation du convertisseur dépend du rapport entre la variation de la tension de sortie du convertisseur et la variation correspondante de la composante constante de la tension basée sur le transistor VT2. Pour augmenter le coefficient de stabilisation, il est nécessaire d'augmenter la tension de rétroaction (le nombre de tours de l'enroulement III) et de sélectionner la diode Zener VD4 pour la tension de stabilisation, qui est inférieure à la tension OS d'environ 0,5 V. Le Zener très répandu les diodes de la série D814 conviennent pratiquement parfaitement à une tension OS d'environ 10 V. Il convient de noter que pour obtenir une meilleure stabilité en température du convertisseur, il est nécessaire d'utiliser une diode Zener VD4 avec un TKN positif, qui compense la diminution de la chute de tension à la jonction émetteur du transistor VT2 lorsqu'elle est chauffée. Par conséquent, les diodes Zener de la série D814 sont plus adaptées que les diodes Zener de précision D818. Le nombre d'enroulements de sortie du transformateur (similaire à l'enroulement II) peut être augmenté, c'est-à-dire que le convertisseur peut être rendu multicanal. Construit selon le schéma de la Fig. 4 convertisseurs assurent une bonne stabilisation des tensions de sortie lorsque la tension d'entrée évolue sur une très large plage (150 ... 250 V). Cependant, lorsque vous travaillez sur une charge variable, en particulier dans les convertisseurs multicanaux, les résultats sont un peu pires, car lorsque le courant de charge change dans l'un des enroulements, l'énergie est redistribuée entre tous les enroulements. Dans ce cas, la modification de la tension de rétroaction reflète la modification de la tension de sortie du convertisseur avec moins de précision. Il est possible d'améliorer la stabilisation lors du fonctionnement sur une charge variable si la tension du système d'exploitation est générée directement à partir de la tension de sortie. Le moyen le plus simple de procéder consiste à utiliser un convertisseur de tension de transformateur de faible puissance supplémentaire assemblé selon l'un des schémas connus [2]. L'utilisation d'un convertisseur de tension supplémentaire se justifie également dans le cas d'un IVEP multicanal. Le convertisseur haute tension fournit l'une des tensions stabilisées (la plus grande d'entre elles - à haute tension, le filtre à condensateur à la sortie du convertisseur est plus efficace [1]), et les tensions restantes, y compris la tension de rétroaction, sont générées par un convertisseur supplémentaire. Pour la fabrication d'un transformateur, il est préférable d'utiliser un circuit magnétique blindé en ferrite avec un espace dans la tige centrale, qui assure une magnétisation linéaire. S'il n'existe pas un tel circuit magnétique, pour créer un espace, vous pouvez utiliser un joint de 0,1 ... 0,3 mm d'épaisseur en textolite ou même en papier. Il est également possible d'utiliser des circuits magnétiques en anneau. Bien qu'il soit indiqué dans la littérature que pour les convertisseurs inversés à diode considérés dans cet article, le filtre de sortie peut être purement capacitif, l'utilisation de filtres LC peut réduire davantage l'ondulation de la tension de sortie. Pour un fonctionnement sûr de l'IVEP, une résistance d'ajustement (R5 sur la Fig. 4) avec une bonne isolation du moteur doit être utilisée. Les enroulements du transformateur, connectés galvaniquement à la tension du secteur, doivent être isolés de manière fiable de la sortie. Il en va de même pour les autres éléments radio. Comme tout IVEP avec conversion de fréquence, l'alimentation décrite doit être équipée d'un blindage électromagnétique et d'un filtre d'entrée. La sécurité d'établissement du convertisseur sera assurée par un transformateur réseau avec un rapport de transformation égal à un. Cependant, il est préférable d'utiliser un LATR connecté en série et un transformateur d'isolement. La mise sous tension du convertisseur sans charge entraînera très probablement une panne du puissant transistor de commutation. Par conséquent, avant de procéder au réglage, connectez la charge équivalente. Après la mise sous tension, vous devez tout d'abord vérifier la tension aux bornes de la résistance R3 avec un oscilloscope - elle doit augmenter linéairement au stade tn. Si la linéarité est rompue, cela signifie que le circuit magnétique entre en saturation et que le transformateur doit être recalculé. À l'aide d'une sonde haute tension, vérifiez le signal au niveau du collecteur du transistor de commutation - les chutes d'impulsion doivent être suffisamment abruptes et la tension aux bornes du transistor ouvert doit être faible. Si nécessaire, ajustez le nombre de tours de l'enroulement de base et la résistance de la résistance R2 dans le circuit de base du transistor. Ensuite, vous pouvez essayer de modifier la tension de sortie du convertisseur avec la résistance R5 ; si nécessaire, ajustez le nombre de tours de l'enroulement du système d'exploitation et sélectionnez la diode Zener VD4. Vérifiez le fonctionnement du convertisseur lorsque la tension d'entrée et la charge changent. Sur la fig. La figure 5 montre le schéma de l'IVEP pour le programmeur ROM, à titre d'exemple d'utilisation d'un convertisseur construit sur la base du principe proposé.
Les paramètres source sont donnés dans le tableau. une. Tableau 1
Lorsque la tension du secteur passe de 140 à 240 V, la tension à la sortie de la source 28 V est comprise entre 27,6 et 28,2 V ; source +5 V - 4,88 ... 5 V. Les condensateurs C1-C3 et l'inductance L1 forment un filtre secteur d'entrée qui réduit le rayonnement du convertisseur d'interférence haute fréquence. La résistance R1 limite l'impulsion de courant de charge du condensateur C4 lorsque le convertisseur est allumé. Le circuit R3C5 lisse les pics de tension sur le transistor VT1 (un circuit similaire n'est pas représenté dans les figures précédentes). Sur les transistors VT3, VT4, un convertisseur conventionnel est assemblé, qui en génère deux autres à partir de la tension de sortie +28 V : +5 V et -5 V, ainsi que de la tension OS. En général, IVEP fournit une tension stabilisée de +28 V. La stabilité des deux autres tensions de sortie est assurée par le convertisseur supplémentaire étant alimenté par une source de +28 V et une charge assez constante de ces voies. L'IVEP offre une protection contre le dépassement de la tension de sortie de +28 V à 29 V. En cas de dépassement, le triac VS1 ouvre et ferme la source +28 V. L'alimentation émet un fort grincement. Le courant traversant le triac est de 0,75 A. Le transistor VT1 est installé sur un petit dissipateur thermique en plaque d'aluminium de dimensions 40 (30 mm). Au lieu du transistor KT828A, d'autres appareils haute tension pour une tension d'au moins 600 V et un courant supérieur à 1 A peuvent être utilisé, par exemple, KT826B, KT828B, KT838A. Au lieu du transistor KT3102A, vous pouvez utiliser n'importe quelle série KT3102 ; les transistors KT815G peuvent être remplacés par KT815V, KT817V, KT817G. Les diodes de redressement (sauf VD1) doivent être utilisées à haute fréquence, par exemple la série KD213, etc. Il est souhaitable d'utiliser des condensateurs à filtre à oxyde de la série K52, IT. Le condensateur C5 doit être d'au moins 600 V. Le Triac TS106-10 (VS1) est utilisé uniquement en raison de sa petite taille. Presque tous les types de trinistors pouvant supporter un courant d'environ 1 A conviennent, y compris la série KU201. Cependant, le trinistor devra être sélectionné en fonction du courant de commande minimum. Il convient de noter que dans un cas particulier (avec une consommation de courant relativement faible de la source), il serait possible de se passer d'un deuxième convertisseur en construisant un convertisseur selon le schéma de la Fig. 4 avec enroulements supplémentaires pour canaux +5 V et -5 V et stabilisateurs linéaires de la série KR142. L'utilisation d'un convertisseur supplémentaire est motivée par la volonté de mener des études comparatives de différents IVEC et de s'assurer que l'option proposée offre une meilleure stabilisation de la tension de sortie. Les paramètres des transformateurs et des selfs sont donnés dans le tableau. 2. Tableau 2
Le circuit magnétique du transformateur T1 est utilisé à partir de l'inducteur de filtre de l'alimentation du lecteur sur les disques magnétiques remplaçables de la série d'ordinateurs EC. Les types de circuits magnétiques des selfs L1-L4 ne sont pas critiques. La source est établie selon la méthode ci-dessus, mais la protection contre les surtensions doit d'abord être désactivée en déplaçant le curseur de la résistance R10 vers la position inférieure selon le schéma. Après avoir établi IVEP, il est nécessaire de régler la tension de sortie à +5 V avec la résistance R29 et, en tournant lentement le curseur de la résistance R10, d'atteindre le seuil d'ouverture du triac VS1. Éteignez ensuite la source, tournez le curseur de la résistance R5 dans le sens de la diminution de la tension de sortie, allumez la source et réglez la tension de sortie à 5 V avec la résistance R28. A noter : puisque les tensions aux sorties +5 V et -5 V dépendent de la tension +28 V et ne sont pas régulées séparément de celle-ci, en fonction des paramètres des éléments utilisés et du courant d'une charge particulière, il il peut être nécessaire de sélectionner le nombre de tours des enroulements du transformateur T2. littérature
Auteur : Yu.Vlasov, Mourom, région de Vladimir
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