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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Compromis (prix/qualité) stabilisateur de commutation. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Parasurtenseurs Les stabilisateurs de tension de commutation (ISN) sont très populaires parmi les radioamateurs. Ces dernières années, de tels dispositifs ont été construits sur la base de microcircuits spécialisés, de transistors à effet de champ et de diodes Schottky. Grâce à cela, les caractéristiques techniques de l'ISN se sont considérablement améliorées, notamment le rendement qui a "passé" plus de 90%, tout en simplifiant la circuiterie. Cependant, le coût des pièces pour assembler un tel ISN a augmenté plusieurs fois. L'ISN décrit dans l'article est le résultat d'une recherche de compromis entre indicateurs de qualité, complexité et prix. L'ISN proposé est construit selon le schéma avec auto-excitation. Il a des performances et une fiabilité suffisamment élevées, une protection contre les surcharges et les courts-circuits de la sortie, ainsi que contre l'apparition d'une tension d'entrée à la sortie en cas de panne d'urgence du transistor de régulation. Le schéma de principe de l'ISN est illustré à la fig. 1. Sa base est l'unité d'organisation commune KR140UD608A. Contrairement à de nombreux appareils à cet effet, pour surveiller la tension de sortie et le courant de surcharge, un circuit OOS commun formé par le transistor VT4 est utilisé, et l'inductance L2 (le composant actif de sa résistance) est utilisée comme capteur de courant, qui est également partie du filtre LC (L2C3 ), qui réduit l'ondulation de la tension de sortie. La tension de sortie est déterminée par la diode zener VD2 et la jonction d'émetteur du transistor VT4: Uout \u4d Ube VT2 + UVD2, et le courant de surcharge est la résistance active normalisée de l'inductance L6: lcpa4 \u2d Ube VTXNUMX / RlXNUMX- Tous cela a permis de simplifier quelque peu l'ISN, de réduire la tension d'ondulation de sortie et d'augmenter l'efficacité en combinant le capteur de courant avec un filtre LC. L'inconvénient d'une telle solution de circuit est une impédance de sortie quelque peu surestimée de l'appareil.
Les principales caractéristiques techniques de l'ISN sont les suivantes (obtenues à l'aide du LATR, d'un transformateur abaisseur ~ 220 / ~ 18 V et d'un redresseur double alternance avec un condensateur de lissage) :
Dans le cas d'une alimentation à partir d'une source continue stabilisée, le dispositif reste opérationnel lorsque la tension d'entrée chute quasiment à l'état ouvert du transistor VT3. Une nouvelle diminution de la tension d'entrée entraîne une panne de génération, mais VT3 reste ouvert. Si en même temps une surcharge ou un court-circuit se produit à la sortie, la génération est rétablie et le stabilisateur commence à fonctionner en mode limitation de courant. Cette propriété lui permet d'être utilisé comme fusible électronique sans « loquet ». Le stabilisateur fonctionne comme suit. En raison du rapport différent des résistances des résistances diviseuses R6R7 et R8R9, la tension à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel DA1 au moment de la mise sous tension est supérieure à celle de l'inverseur, donc un niveau élevé est fixé à sa sortie. Les transistors VT1 -VT3 s'ouvrent et les condensateurs C2, C3 commencent à se charger, et la bobine L1 - à accumuler de l'énergie. Après que la tension à la sortie du stabilisateur ait atteint une valeur correspondant au claquage de la diode zener VD2 et à l'ouverture du transistor VT4, la tension à l'entrée non inverseuse de l'ampli-op DA1 devient inférieure à celle de l'inverseur (dû au shunt R9 avec la résistance R10), et un niveau bas est fixé à sa sortie. En conséquence, les transistors VT1-VT3 se ferment, la polarité de la tension aux bornes de la bobine L1 change brusquement en sens inverse, la diode de commutation VD1 s'ouvre et l'énergie stockée dans la bobine L1 et les condensateurs C2, C3 est transférée à la charge . Dans ce cas, la tension de sortie diminue, la diode zener VD2 et le transistor VT4 se ferment, un niveau haut apparaît en sortie de l'ampli-op et le transistor VT3 s'ouvre à nouveau, entamant ainsi un nouveau cycle de fonctionnement du stabilisateur. Lorsque le courant de charge augmente au-delà de la valeur nominale, la chute de tension croissante à travers la résistance active de la bobine L2 commence à ouvrir davantage le transistor VT4, la rétroaction de courant devient prédominante et la diode Zener VD2 se ferme. En raison de l'action de l'OOS, le courant de sortie se stabilise et la tension de sortie et le courant d'entrée diminuent, garantissant ainsi le fonctionnement sûr du transistor VT3. Une fois la surcharge ou le court-circuit éliminé, l'appareil revient au mode de stabilisation de la tension. Les caractéristiques courant-tension du stabilisateur sont illustrées à la fig. 2.
Comme on peut le voir sur le schéma, les transistors VT1 et VT3 forment un transistor composite. Une telle conception de circuit est optimale lorsqu'elle est utilisée comme élément clé d'un transistor bipolaire, car dans ce cas, une chute de tension relativement faible aux bornes du transistor ouvert VT3 est fournie à des courants de commande relativement faibles. Dans ce cas, le transistor VT1 est saturé, fournissant des pertes statiques optimales du transistor composite, et VT3 n'est pas saturé, fournissant des pertes dynamiques optimales. Un transistor puissant de la série KT4 est utilisé comme capteur de courant VT817. En principe, il est également possible d'utiliser ici un transistor de faible puissance moins cher, cependant, pour les puissants à faibles courants de fonctionnement (comme dans ce cas), la tension d'ouverture de la jonction d'émetteur n'est que d'environ 0,4 V, tandis que pour les faibles de puissance, par exemple KT3102, il est d'environ 0,55 V. Ainsi, avec le même courant d'actionnement de la protection, la résistance de la résistance de mesure dans le cas de l'utilisation d'un transistor puissant est moindre, ce qui permet un gain d'efficacité de le stabilisateur. Dans l'ISN décrit, comme indiqué, une protection est prévue contre l'apparition d'une tension d'entrée à la sortie lors d'un claquage du transistor de régulation VT3. Dans ce cas, la tension sur la diode Zener VD3 devient supérieure à 15 V, le courant dans le circuit de puissance augmente fortement et le fusible FU1 grille. On suppose que ce dernier s'éteindra avant que cela ne se produise avec la diode zener (en raison de surcharges thermiques). Une simulation d'accident (court-circuit des bornes collecteur et émetteur VT3) a montré que les diodes zener KS515A (dans un boitier métallique) protègent parfaitement les appareils alimentés par l'ISN : lorsque le fusible saute, ceux-ci, défaillants, restent "en profondeur" court-circuit (ne pas rompre). Les mêmes résultats ont été obtenus lors du test des diodes Zener KS515G, ainsi que des diodes importées similaires (dans des boîtiers en plastique). Des diodes Zener similaires dans des boîtiers en verre se sont comportées de manière insatisfaisante - elles ont réussi à griller en même temps que le fusible. Dans l'ISN, vous pouvez utiliser n'importe quel transistor de la série indiquée dans le schéma (à l'exception de KT816A en tant que VT1). Condensateurs à oxyde C2, C3 - marque SR de fabrication étrangère (analogue approximatif de K50-35). Lors du prototypage du stabilisateur, la possibilité d'utiliser des amplificateurs opérationnels KR140UD708, KR140UD8A-KR140UD8V, KR544UD1 A, KR544UD2A, KR544UD2B, KR574UD1A, KR574UD1 B a été vérifiée. En même temps, la fréquence de conversion, le type de processus de commutation et l'efficacité a quelque peu changé. Le remplacement le plus approprié pour KR140UD608 est KR140UD708 (il a le même "brochage"), cependant, attention : dans la pratique de l'auteur, ces amplificateurs opérationnels ont été rencontrés avec une disposition "inverse" des entrées, c'est-à-dire que l'entrée non inverseuse était connectée à la broche 2, et l'entrée inverseuse était connectée à la broche 3 !). Le fait qu'il s'agisse de l'OU KR140UD708 a été indiqué par le marquage sur le boîtier. L'inductance de stockage L1 est placée dans un noyau magnétique blindé de deux coupelles 422 M2000NM avec un entrefer d'environ 0,2 mm formé par deux couches de papier autocollant. Cela se fait de la manière suivante. Dans une feuille de papier autocollant, découpez un carré légèrement plus grand que le diamètre extérieur du gobelet. Après avoir retiré la couche protectrice, le papier est placé avec la face adhésive vers le haut sur une surface dure et plane (non lisse). Ensuite, l'une des tasses est placée à l'envers sur la perche et frottée fermement contre le papier. En conséquence, le papier colle à l'extrémité de la tasse à un point tel qu'il n'est pas difficile de couper son excès avec un scalpel tranchant le long des fragments de contour. De la même manière, le joint est collé à la deuxième coupelle. La bobine est enroulée avec du fil PEL 1,0 sur un cadre pliable, composé d'un goujon de 50 ... 100 mm de long avec un filetage M4 aux deux extrémités, deux rondelles de joue restrictives d'un diamètre de 16 et d'une épaisseur de 0,5 mm, des bagues avec un diamètre extérieur de 10, un intérieur de 5 et 7,5 mm de long et deux écrous M4. Le cadre est assemblé sur un goujon (dans l'ordre: écrou, rondelle, manchon, rondelle, écrou) et serré, bobine à bobine, la bobine est enroulée - 20 tours sur trois rangées (7 + 7 + 6). Après enroulement, ses conclusions sont tordues d'environ 90 ° (pour que les spires ne "s'étalent pas") et le cadre est soigneusement démonté d'un côté. Ensuite, en tenant les spires, la bobine est soigneusement retirée du cadre et insérée dans l'une des coupelles, les fils sont détordus et placés dans les fentes correspondantes de la coupelle. En raison des propriétés élastiques du fil, la bobine est assez bien fixée dans la coupelle. Pour que la bobine ne "grince" pas à la fréquence de conversion, la coupelle avec l'enroulement est immergée pendant un certain temps dans un réservoir avec du vernis nitro, puis retirée et le vernis est laissé s'égoutter. Après cela, la coupelle est mise sur une vis de serrage préalablement insérée dans le trou correspondant de la planche, une deuxième coupelle est mise en place, et l'ensemble ainsi obtenu est serré avec une vis avec un écrou et une rondelle. Après séchage du vernis, les fils de la bobine sont soigneusement nettoyés, étamés et soudés aux contacts correspondants de la carte. Ensuite, le reste des pièces est monté. Le capteur de courant de la bobine L2 est placé dans un circuit magnétique de deux coupelles Ch14 en ferrite de la même marque que la bobine L1, et du même joint diélectrique. Pour le bobinage, on utilise un fil PEL 0,5 de longueur 700 mm, il n'est pas nécessaire de l'imprégner de vernis. Cette bobine peut également être réalisée différemment en enroulant un fil du diamètre et de la longueur spécifiés sur une self DPM-0,6 standard, cependant, l'efficacité de la suppression des impulsions à la fréquence de conversion diminuera légèrement dans ce cas. Le stabilisateur est assemblé sur une carte de circuit imprimé en fibre de verre à une face, dont le dessin est illustré à la fig. 3.
Si l'ISN est utilisé au courant de charge maximal, le transistor VT3 doit être installé sur un dissipateur thermique sous la forme d'une plaque d'aluminium d'une surface de 100 m2 et d'une épaisseur de 1,5 ... 2 mm. Si, toutefois, un fonctionnement à long terme de l'appareil en mode source de courant ou court-circuit est prévu, une diode de commutation VD1 est également fixée sur le même dissipateur thermique à travers un joint isolant (par exemple, du mica). À des courants de charge inférieurs à 1 A, un dissipateur thermique pour le transistor VT3 et la diode VD1 n'est pas nécessaire, cependant, dans ce cas, le courant de déclenchement de la protection doit être réduit à 1,2 A en remplaçant la bobine L2 par une résistance C5-16 avec une résistance de 0,33 Ohm et une puissance de 1 W. L'ISN décrit n'a pratiquement pas besoin d'être ajusté. Cependant, il peut être nécessaire de préciser le courant de déclenchement de la protection, pour lequel le fil de la bobine L2 doit être pris initialement d'une plus grande longueur. Après l'avoir soudé aux contacts correspondants de la carte, il est progressivement raccourci jusqu'à ce que le courant de déclenchement de protection requis soit obtenu, puis la bobine L2 est enroulée de la manière décrite ci-dessus. Ne pas utiliser de stabilisateur à des courants de charge supérieurs à 4 A. La limitation est principalement liée au courant d'impulsion maximal admissible du collecteur du transistor de la série KT805 (8 A à timp < 200 ms à Q=1,5), qui, en principe, peut avoir lieu dans des conditions défavorables. Auteur : A. Moskvin, Iekaterinbourg
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