Alimentation à découpage de laboratoire

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Une caractéristique de l'alimentation bipolaire offerte à l'attention des lecteurs est la présence d'étages de commande impulsionnels et linéaires dans chaque bras, ce qui a permis de réduire la chute de tension et la puissance sur le transistor de commande et, par conséquent, de réduire la taille de le dissipateur de chaleur. L'appareil, que l'auteur exploite avec succès depuis plus de cinq ans, s'est avéré peut-être pas tout à fait optimal, mais nous espérons que les radioamateurs pourront l'affiner, en utilisant la base d'éléments disponible, en fonction de leurs tâches .

Le principal problème qui se pose dans la fabrication d'une alimentation fonctionnant dans une large gamme de tensions de sortie et avec un courant de charge important est d'assurer la dissipation de puissance minimale sur l'élément de régulation et, par conséquent, d'obtenir le rendement maximal de l'appareil comme un ensemble.

Une façon de résoudre ce problème est d'utiliser un transformateur avec un enroulement à plusieurs sections [1]. Les principaux inconvénients sont la nécessité de manipuler l'interrupteur, ce qui est très gênant, et la complexité de fabrication du transformateur.

La solution la plus réussie est une source régulée pulsée avec filtrage ultérieur des ondulations par un stabilisateur de compensation. La complication du dispositif est compensée par la petite taille des dissipateurs thermiques, car la chute de tension, et donc la puissance libérée sur le transistor de commande du stabilisateur linéaire, peuvent être rendues minimales et indépendantes de la tension de charge.

L'alimentation du laboratoire décrite dans [2] a été prise comme base. Son principal inconvénient est un starter très volumineux, qui augmente considérablement le poids et les dimensions de l'appareil. Dans la version proposée de la source, la régulation de tension primaire est effectuée à haute fréquence (15 ... 50 kHz), de sorte que l'inductance est réalisée sur un circuit magnétique en ferrite, ce qui réduit considérablement les dimensions et le poids de l'appareil

Principales caractéristiques techniques

• Tension bipolaire de sortie, V......3...30
• Courant de charge maximal, A ...... 3
• Valeur efficace de la tension d'ondulation au courant de charge maximal, mV......30
• Limites de régulation du courant de fonctionnement du système de protection, A ...... 0,25 ... 3
• Coefficient de stabilisation lorsque la tension secteur passe de 190 à 240 V ...... 500

Le circuit d'alimentation est représenté sur la fig. 1. La ligne pointillée marque les mêmes nœuds dans les deux bras. Considérez le fonctionnement de l'appareil en utilisant l'exemple d'une source de tension positive.

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La tension alternative de l'enroulement secondaire du transformateur secteur T redresse le pont de diodes VD1-VD4 et filtre le condensateur Sat. Ensuite, une tension constante est fournie au transistor de commutation VT4 du régulateur à découpage et au déclencheur de Schmitt, montés sur les transistors VT5, VT6, dont la tension d'alimentation est stabilisée par le stabilisateur paramétrique R13VD18.

Au moment initial après la mise sous tension, le capteur de tension - le transistor VT7 est fermé, le transistor VT5 du déclencheur de Schmitt est ouvert et les transistors VT1 et VT2 sont fermés. Le transistor VT3 est un courant ouvert circulant à travers sa jonction d'émetteur et ses résistances R6 R7. Par conséquent, le transistor de commutation VT4 est également ouvert. Le condensateur C8 commence à se charger. La tension augmente jusqu'à ce qu'elle se rapproche de la sortie définie. Une nouvelle augmentation de la tension aux bornes du condensateur C8 ouvrira le capteur de tension VT7 et déclenchera la gâchette de Schmitt. En conséquence, les transistors VT1 et VT2 s'ouvriront et les transistors VT3 et VT4 se fermeront.

Ensuite, la self L1 est activée.La tension d'auto-induction ouvre la diode VD17 et l'énergie accumulée dans la self est transférée à la charge.

Une fois la réserve d'énergie de l'inductance épuisée, la diode VD17 se ferme et le courant circule dans la charge à partir du condensateur C8.La tension à ses bornes commence à diminuer et, à un moment donné, le capteur de tension VT7 se ferme. La gâchette de Schmitt commutera (le transistor VT6 sera fermé et le transistor VT5 ouvert), les transistors VT1 et VT2 se fermeront et les transistors VT3 et VT4 s'ouvriront. Le condensateur C8 recommencera à se charger.

La diode VD16 protège le transistor de commutation VT4 dans les situations d'urgence, par exemple lorsque la diode VD17 tombe en panne ou que le condensateur C6 perd sa capacité.

Le stabilisateur de compensation sur les transistors VT8, VT9, VT11 est assemblé selon un schéma simple et n'a aucune caractéristique.

Les éléments R19, VD20, C10 sont utilisés pour augmenter en douceur la tension de sortie après la mise sous tension et empêcher la protection de se déclencher sous une charge capacitive importante. Au moment de la mise sous tension, le condensateur C10 est chargé dans deux circuits: à travers la résistance R19 et la résistance R21, la diode VD20. La tension sur le condensateur (et la base du transistor VT9) augmente lentement sur environ 0,5 s. En conséquence, la tension de sortie augmente également jusqu'à ce que le stabilisateur entre dans un état stable. Ensuite, la diode VD20 se ferme et le condensateur C10 est rechargé via la résistance R19 et n'affecte pas le fonctionnement du stabilisateur à l'avenir.

La diode VD19 est nécessaire pour décharger rapidement le condensateur C10 après la coupure de l'alimentation et lorsque la tension de sortie diminue. Dans ce cas, la tension sur le condensateur C8 diminue plus vite que sur C10, la diode VD19 s'ouvre et la tension sur les deux condensateurs diminue simultanément.

De plus, le relais K1 est utilisé pour réduire rapidement la tension de sortie lorsque l'alimentation est coupée. Une fois l'unité connectée au réseau, le relais K1 est alimenté via la résistance R1 à partir d'un redresseur à diode VD7 VD8.La tension redressée filtre un petit condensateur C3. Le relais est activé, ses contacts K1.1 s'ouvrent et n'affectent pas le fonctionnement du stabilisateur.

Lorsque l'appareil est éteint, la tension sur le condensateur C3 disparaît plus rapidement que sur C6, donc le relais K1 libère presque immédiatement ses contacts K1.1 se ferme et le condensateur C10 se décharge rapidement à travers la résistance R20. A ce moment, la diode VD20 s'ouvre et la tension à la base du transistor VT9 diminue presque jusqu'à zéro. La tension en sortie du stabilisateur disparaît.

Le circuit R26VD23 sert à accélérer la décharge du condensateur C13 et des condensateurs dans la charge lorsque des valeurs de tension inférieures sont définies. Dans ce cas, la tension au collecteur du transistor VT11 devient inférieure à la tension à la sortie de l'unité, la diode VD23 s'ouvre et le condensateur C13 est déchargé à travers le circuit: résistance R26, diode VD23, section collecteur-émetteur du transistor VT11 et diodes VD21, VD22. En régime permanent, le circuit R26VD23 n'affecte pas le fonctionnement de l'unité.

Le condensateur C12 empêche l'auto-excitation du stabilisateur. Les condensateurs C14 et C23 sont connectés directement aux bornes de sortie de l'alimentation pour réduire l'ondulation haute fréquence.

Le circuit R6C7 est nécessaire pour réduire le temps de fermeture des transistors VT3, VT4. Si le transistor VT3 est ouvert, une chute de tension est créée aux bornes de la résistance R6, plus appliquée à la base du transistor. Le condensateur C7 est chargé dans la même polarité. Lorsque le transistor VT2 s'ouvre, à travers sa section collecteur-émetteur, la plaque de condensateur inférieure selon le circuit sera connectée à l'émetteur du transistor VT3. Ainsi, une tension de fermeture va être appliquée à la jonction d'émetteur du transistor VT3, ce qui contribue à sa fermeture forcée, et donc à la fermeture du transistor de commutation VT4.

Lorsque la protection est déclenchée (lors d'une surcharge ou d'un court-circuit dans la charge), la base du transistor VT10 à travers le diviseur R22R23 reçoit la tension qui l'ouvre. En conséquence, la base du transistor VT9 est connectée à un fil commun à travers la section collecteur-émetteur du transistor ouvert VT10. La tension en sortie du bloc disparaît.

Notez les caractéristiques de la construction du canal négatif de l'alimentation. Le stabilisateur de commutation et la gâchette de Schmitt sont restés inchangés. Le stabilisateur de compensation est réalisé sur des transistors de conductivité différente et l'élément de commande VT21 est inclus dans le circuit de ligne électrique négative. Cela a simplifié la connexion du stabilisateur de compensation avec l'unité de protection. Le déclencheur de Schmitt (sur les transistors VT17, VT18) est connecté directement au transistor VT20. La fonction de capteur de tension est assurée par le transistor VT18 du trigger de Schmitt. Pour que lorsque l'alimentation est coupée, les tensions de sortie disparaissent de manière synchrone dans les deux bras, un relais commun K1 est utilisé (contacts K1.2).

Le nœud de protection est alimenté à partir d'une source de tension bipolaire. Cela rend très facile le contrôle des deux bras de l'alimentation [3]. La tension négative forme un multiplicateur sur les diodes VD5, VD6 et les condensateurs C1, C2 et au niveau de -5 V stabilise le stabilisateur paramétrique R2VD10.

Le schéma du nœud de protection est illustré à la fig. 2.

(cliquez pour agrandir)

Lorsque le courant de charge atteint la valeur définie, la chute de tension aux bornes de la résistance R30 (voir Fig. 1) sera suffisante pour ouvrir le transistor VT12. L'entrée S (broche 14) du déclencheur DD1 reçoit un niveau haut, et il passe dans un état unique. Un niveau bas apparaîtra à la sortie de l'inverseur DD2.1, qui, à travers la diode VD1 et la résistance R50, agit sur le transistor VT19 (voir Fig. 1), ce qui entraînera l'ouverture de ce dernier et la fermeture du transistor composite VT20VT21. La tension à la sortie de la source négative disparaîtra.

A la sortie de l'inverseur DD2.3, un signal unique apparaîtra, agissant à travers la diode VD5 et la résistance R22 (voir Fig. 1) sur le transistor VT10, ce qui conduit généralement à la fermeture de l'épaulement positif. La LED HL1 "+" indique la présence d'une surcharge dans le bras positif de l'alimentation. De même, l'unité de protection fonctionne en cas de surcharge d'une source négative.

Ainsi, partout où une surcharge se produit, les deux bras des stabilisateurs sont désactivés, et cet état restera indéfiniment jusqu'à ce que le bouton "Retour" SB1 soit enfoncé. Dans ce cas, un niveau haut affecte les entrées R (broches 3 et 15) et fait passer les bascules à l'état zéro. Les performances des stabilisateurs seront restaurées. Le condensateur C3, shuntant les contacts du bouton SB1, est nécessaire pour mettre les déclencheurs à zéro au moment où l'unité est connectée au réseau. Les résistances R1, R2 permettent de régler le niveau de sensibilité de la protection. Les condensateurs C1, C2, shuntant les entrées S des déclencheurs, empêchent les déclenchements intempestifs de l'unité de protection contre les bruits impulsionnels induits dans les conducteurs de liaison. Les diodes VD1-VD6 sont nécessaires pour découpler les sorties des microcircuits.

Vous pouvez utiliser n'importe quel transformateur secteur dans l'alimentation électrique qui fournit la puissance nécessaire. Dans la version de l'auteur, un transformateur prêt à l'emploi TS-180-2 a été utilisé. L'enroulement primaire reste inchangé. Il contient 680 spires de fil PEV-1 0,69 Tous les enroulements secondaires sont supprimés, et de nouveaux enroulements II et III sont enroulés à leur place, contenant chacun 105 spires de fil PEV-1 1,25. Le transformateur peut être réalisé indépendamment sur la base du circuit magnétique PL21 x45.

Les inducteurs L1 et L2 sont enroulés sur des noyaux magnétiques blindés B-30 en ferrite M2000NM. Les enroulements contiennent 18 tours d'un faisceau composé de neuf fils PEV-2 0,4. L'écart entre les moitiés du conducteur magnétique est de 0,2 .. 0,5 mm.

Les diodes KD202R (VD1-VD4, VD12-VD15), placées sur de petits dissipateurs thermiques, peuvent être remplacées par d'autres conçues pour un courant continu d'au moins 3 A et la tension inverse requise. Au lieu des diodes KD105B (VD5-VD9) et D223A (VD19-VD23, VD27-VD31), il est permis d'utiliser l'une des séries KD208, KD209. Les diodes D9B (VD1-VD6, Fig. 2) sont remplaçables par n'importe laquelle des séries KD521, KD522.

Relais K1 - RES48A version RS4 590 202 pour une tension de fonctionnement de 12 V. Il est préférable de choisir un relais pour une tension plus élevée, par exemple RES48A version RS4.590.207 avec une tension de 27 V. Dans ce cas, il faut utiliser une résistance de limitation de courant R1 de résistance et de puissance inférieures.

Les transistors KT644B (VT3, VT15) sont interchangeables avec KT644A, KT626V, dans les cas extrêmes, avec KT816V, KT816G ou KT814V, KT814G. À la place des transistors VT1, VT10, VT13, il est permis d'utiliser n'importe quel silicium avec une tension collecteur-émetteur admissible d'au moins 60 V. Au lieu des transistors MP26A (VT7, VT12, VT19, VT22 et VT1, Fig.2), vous pouvez utiliser n'importe laquelle des séries MP25, MP26 ; au lieu de KT3102A (VT5, VT6, VT11, VT17, VT18) - KT315V-KT315E, KT3102B. Nous remplaçons le transistor KT827A (VT8) par tout cela ou de la série KT829, ainsi que KT908A, KT819G, le transistor KT825A (VT21) - par tout cela ou de la série KT853, ainsi que le courant de collecteur maximal KT818G.

Le transistor MP37B (VT23) doit être sélectionné en fonction de la tension collecteur-émetteur maximale, car il fonctionne à la limite de la valeur admissible.

Les transistors VT4, VT8, VT16, VT21 et les diodes VD17, VD25 sont installés sur de petits dissipateurs thermiques de dimensions 50x50x5 et 40x30x3 mm, respectivement.

Les microcircuits de la série 564 sont interchangeables avec les analogues correspondants de la série K561.

Les condensateurs à oxyde C6 et C15 sont constitués de deux K50-24 1000 microfarads chacun et de deux K52-1B 100 microfarads chacun, le tout pour une tension de 63 V, connectés en parallèle. Condensateurs C1, C2, C10, C11, C19, C20 - K50-6, C3, C4, C5, C13, C22 - K50-16, C12, C14, C21, C23 - K73-17.

Microampèremètres RA1, RA2 - M4205 pour un courant de 100 μA. Toutes les pièces de l'appareil sont vérifiées à l'avance. Dans la version de l'auteur, l'alimentation est assemblée sur plusieurs cartes par montage en surface.

Lors de la configuration d'un bloc, il est préférable d'utiliser un oscilloscope. Il est relié à l'émetteur du transistor VT4. Le moteur de la résistance R28 est réglé sur la position médiane et la résistance R22 est temporairement soudée. Activez l'alimentation électrique du réseau. Des impulsions rectangulaires doivent apparaître sur l'émetteur du transistor VT4. S'il n'y a pas de tension, vous devez d'abord vous assurer que le relais K1 a fonctionné. Sinon, en sélectionnant la résistance R1, ils s'assurent que le relais fonctionne à la tension secteur minimale (190 V). Après cela, la tension collecteur-émetteur du transistor VT8 est mesurée. Elle doit être comprise entre 1,5 ... 2 V et être maintenue lorsque la tension de sortie change.

La commutation du régulateur à découpage se produit lorsque la tension collecteur-base du transistor VT9 est approximativement égale à 0,9 V. Si elle doit être augmentée, une ou plusieurs diodes dans le sens direct doivent être connectées au circuit émetteur du transistor VT7. La fréquence de commutation dépend dans une faible mesure de la résistance des résistances R17 (avec sa diminution, la fréquence diminue) et R15 (avec son augmentation, la fréquence diminue).

Les résistances R27 et R29 sélectionnent les valeurs minimale et maximale de la tension de sortie (3 et 30 V).

Maintenant, une charge (ou son équivalent) avec une résistance d'environ 3 ohms avec une puissance d'au moins 27 W est connectée à la sortie du stabilisateur, après avoir préalablement réglé la tension de sortie à environ 5 V. Augmenter progressivement la tension de sortie, assurez-vous que le courant dans la charge ne dépasse pas 3 A. De plus, il faut contrôler la forme des impulsions. Si la durée des pauses entre les impulsions devient inférieure à 1/5 de la période, les oscillations peuvent caler. Dans ce cas, il faut augmenter l'inductance de l'inductance en utilisant un gros circuit magnétique ou en augmentant le nombre de spires.

Ensuite, le microampèremètre est calibré pour mesurer le courant de charge. Pour mesurer la tension à la sortie de l'alimentation, vous pouvez allumer un microampèremètre avec une résistance supplémentaire d'une résistance d'environ 300 kOhm.

Ensuite, soudez la résistance R22. Le moteur de la résistance R32 est réglé sur la position supérieure (selon le schéma) et la résistance R28 est la tension minimale. Une résistance de 40 ohms est connectée à la sortie du stabilisateur. Allumez l'alimentation du réseau et, en augmentant la tension de sortie, réglez le courant de charge sur 250 mA. Puis, à l'aide de la résistance R1 (voir Fig. 2), ils assurent le fonctionnement de la protection et l'allumage de la LED HL1. Pour une source de tension négative, le courant minimum de fonctionnement de la protection est fixé par la résistance R2.

Après cela, le curseur de la résistance R32 est déplacé vers la position inférieure (selon le schéma). La résistance de charge est réduite et le courant est réglé sur 3 A. En déplaçant le curseur de la résistance R32 vers le haut (selon le schéma), ils remarquent le moment où la protection se déclenche. Maintenant, vous devez mesurer la résistance de la partie de sortie de la résistance R32, mettre une résistance de calibre proche et la calibrer en fonction du courant de déclenchement de la protection.

L'épaule de tension négative est ajustée de la même manière.

En conclusion, la tension d'ondulation est mesurée avec un oscilloscope au courant de charge maximal. Si l'ondulation dépasse 30 mV, installez des condensateurs supplémentaires C11 et C20 (indiqués en pointillés dans le schéma de la Fig. 1). Il peut s'avérer que lorsque le moteur de la résistance R28 (R56) tourne rapidement, la tension de sortie change encore, bien que le moteur soit déjà à l'arrêt.Dans ce cas, la borne supérieure de la résistance R21 doit être dessoudée et connectée au collecteur du transistor VT4 (représenté par une ligne pointillée). La borne inférieure de la résistance R49 doit également être dessoudée et connectée au point de connexion des éléments R2, C2, VD6 (voir Fig. 1). La résistance des résistances R21 et R49 doit être augmentée à 20 kOhm.

L'efficacité du stabilisateur de compensation peut être augmentée si, à la place de VT8 et VT21, des transistors avec une tension de saturation collecteur-émetteur plus faible sont utilisés, en tenant compte des recommandations [4].

Au lieu de MP37B (VT23), il est préférable d'utiliser un transistor au germanium avec une grande tension collecteur-émetteur admissible, par exemple GT404V, GT404G.

littérature

1. Anufriev A. Alimentations de laboratoire puissantes.- Sat: Pour aider le radioamateur, vol. 108, p. 54-70. - M. : Patriote, 1990.
2. Mush V. Alimentation électrique puissante et très stable. - Radoo, 1978 n° 7, p. 56-58
3. Mansurov M. Alimentation de laboratoire avec protection de déclenchement - Radio, 1990 n ° 4, p. 66-70.
4. Mashnenkov V., Mironov A. Augmenter l'efficacité des stabilisateurs de tension - Radio, 1986, n ° 2, p. 30-32.

Auteur : G. Balashov, Shadrinsk, région de Kurgan.

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