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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Régulateur de tension bipolaire avec refroidissement par eau, 220/±41 volts 4 ampères. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Alimentations Les stabilisateurs de tension compensateurs à fonctionnement continu de type série ont un faible rendement, mais un grand coefficient de stabilisation et une faible impédance de sortie. Par conséquent, ils sont encore largement utilisés. Cependant, ils se caractérisent par une faible fiabilité en cas de surcharge ou de court-circuit dans la charge. Ceci est particulièrement dangereux pour les dispositifs à transistors, il est donc nécessaire d'introduire des unités de protection complexes avec des capteurs de courant dans les stabilisateurs. Dans le puissant régulateur de tension bipolaire décrit dans cet article, le courant de sortie est limité. L'appareil n'a pas peur des surcharges et peut fonctionner sur des condensateurs de filtrage de grande capacité. Une analyse des circuits UMZCH nous permet de conclure que les stabilisateurs de tension continue sont rarement utilisés pour alimenter leurs étages de sortie. Les raisons en sont le coût élevé de ces stabilisateurs, les pertes d'énergie importantes lors de leur utilisation et, plus important encore, "ça ira", car cela fonctionne sans stabilisateur. En l'absence de stabilisateur, la tension d'alimentation de l'amplificateur varie en fonction de la charge sur une large plage (dans le récepteur AV Pioneer-714 - 30 ... 50 V). Le fait est que la tension de sortie moyenne d'un redresseur avec un filtre capacitif dépend fortement du débit de charge. De plus, les condensateurs de filtrage sont chargés d'impulsions à chaque demi-cycle de la tension secteur. Le processus peut prendre plusieurs demi-cycles, et cela est partiellement transféré à la charge UMZCH. Dans la littérature radioamateur, l'opinion a été exprimée à plusieurs reprises sur la nécessité d'alimenter l'UMZCH à partir d'une source stabilisée pour assurer un son plus naturel. En effet, à la puissance maximale de sortie de l'amplificateur, la plage d'ondulations de tension d'une source non stabilisée atteint plusieurs dizaines de volts. Ceci est imperceptible aux valeurs de crête des composants haute fréquence des signaux audio, mais affecte l'amplification de leurs composants basse fréquence d'un niveau important, dont les pics ont une longue durée. En conséquence, les condensateurs de filtrage ont le temps de se décharger, la tension d'alimentation diminue, et donc la puissance de sortie crête de l'amplificateur. Si la diminution de la tension d'alimentation est telle qu'elle entraîne une diminution du courant de repos des transistors de sortie de l'amplificateur, cela peut entraîner une distorsion non linéaire supplémentaire. La manière cardinale de supprimer les ondulations et l'instabilité de la tension d'alimentation est sa stabilisation. Le stabilisateur réduit l'ondulation de tension sur les lignes électriques d'un ou deux ordres de grandeur, ce qui permet d'obtenir facilement l'amplitude maximale du signal de sortie de l'amplificateur. En plus de réduire le niveau de fond avec une fréquence de 50 (100) Hz, la distorsion non linéaire et la probabilité d'écrêtage du signal aux pics d'intensité sont également réduites. La marge pour les paramètres maximaux admissibles des transistors de l'étage de sortie de l'amplificateur est augmentée. Réduit la probabilité d'interférences secteur entrant dans la sortie de l'amplificateur. De plus, l'utilisation d'un stabilisateur permet de simplifier l'amplificateur, ce qui a un effet bénéfique sur le son. Un autre avantage - la fonction de protection de l'étage de sortie de l'amplificateur contre les surcharges peut également être confiée au stabilisateur. Parmi les inconvénients - la mise en œuvre d'un stabilisateur de tension puissant et fiable à fonctionnement continu devient un problème financier important et une tâche techniquement difficile. De plus, il devient nécessaire d'évacuer une grande quantité de chaleur des transistors de puissance du stabilisateur. L'efficacité globale et la dissipation de puissance de l'amplificateur avec un stabilisateur sont bien pires que sans lui. Pour améliorer la qualité de l'alimentation, il est souhaitable d'utiliser un transformateur de réseau à induction réduite. Comme vous le savez, le courant de démarrage des transformateurs conventionnels atteint des valeurs bien supérieures au courant de fonctionnement. La réduction de moitié de l'amplitude d'induction dans le circuit magnétique augmente considérablement la fiabilité, réduit le flux de fuite du transformateur et réduit son courant de démarrage à une valeur ne dépassant pas le courant nominal à vide. Cependant, une induction plus faible entraîne une augmentation du nombre de tours requis des enroulements et, par conséquent, une détérioration du poids et de la taille du transformateur, de son coût et une augmentation des pertes d'énergie sur la résistance active des enroulements. . Mais nous parlons d'une reproduction sonore de très haute qualité, n'est-ce pas ? Et le son d'un amplificateur alimenté par une tension stabilisée est nettement meilleur par rapport au son du même amplificateur sans stabilisateur. Un régulateur de tension bipolaire, dont le circuit est illustré sur la figure, est conçu pour alimenter l'UMZCH.
Principaux paramètres techniques
Il se compose de deux régulateurs de tension indépendants de polarité positive et négative par rapport au fil commun. La partie supérieure du circuit fait référence au stabilisateur de polarité positive et la partie inférieure fait référence à la polarité négative. Le circuit régulateur de polarité négative est essentiellement une image miroir du circuit régulateur de polarité positive. Par conséquent, nous ne considérerons en détail que le régulateur de tension de polarité positive. La tension alternative prélevée sur l'enroulement II du transformateur T1 redresse le redresseur pleine onde sur les doubles diodes Schottky VD3 et VD4 SR30100P, qui ont un boîtier isolé, il est donc pratique de les monter sur un dissipateur thermique commun. À travers l'inductance de suppression de bruit L1, la tension redressée est fournie aux condensateurs de lissage et de suppression de bruit C8-C16, puis aux courants d'émetteur d'égalisation des transistors connectés en parallèle VT1-VT9 résistances R3-R11. Ces résistances ont une résistance assez élevée, ce qui contribue à "l'isolement" efficace des circuits collecteurs des transistors VT1 -VT9 des interférences du réseau. Avec le transistor VT20, les transistors VT1-VT9 forment un transistor composite puissant avec un facteur d'amplification de courant élevé. Le courant de base du transistor VT20 circule dans le collecteur du transistor VT22. Le transistor VT22 contrôle la tension de la sortie de l'ampli-op DA3.1. Des diodes Zener VD13, VD14 connectées en série sont connectées à la sortie du stabilisateur dont la tension totale de stabilisation sert d'exemple pour le stabilisateur considéré. Au lieu de diodes Zener, vous pouvez installer une résistance d'une telle résistance que, avec la résistance R29, elle fournit un potentiel nul au point de leur connexion à la tension de sortie nominale du stabilisateur. Mais par rapport aux diodes Zener, c'est une option moins efficace. Le potentiel décalé par des diodes Zener ou une résistance dans le système de stabilisation est un signal de désadaptation et est envoyé à l'entrée inverseuse de l'ampli-op DA3.1, dont l'entrée non inverseuse est connectée au fil "0". Gardez à l'esprit que les fils "O" et "Comm." doivent être reliés entre eux et au fil commun de l'appareil (amplificateur) alimenté par le stabilisateur sur la carte de ce dernier. Cela réduit considérablement le niveau d'interférence et de bruit dans la tension stabilisée. La résistance R21 assure les performances du stabilisateur lorsqu'aucun amplificateur n'y est connecté. Pendant le fonctionnement, l'amplificateur opérationnel compare en permanence le potentiel à son entrée inverseuse avec le potentiel zéro à l'entrée non inverseuse. De plus, il contrôle le transistor VT22 de telle manière, et avec lui le transistor composite VT20, VT1-VT9, de sorte que la tension spécifiée soit maintenue à la sortie du stabilisateur. Supposons que la tension à la sortie du stabilisateur ait diminué en raison d'une augmentation du courant de charge. Le potentiel à l'entrée inverseuse de l'ampli-op DA3.1 deviendra négatif par rapport à celui non inverseur, et la tension à la sortie de l'ampli-op augmentera. Cela augmentera le courant de collecteur du transistor VT22, et avec lui le courant de base et d'émetteur du transistor VT20. En conséquence, le courant de collecteur total des transistors VT1-VT9 augmentera, compensant l'augmentation du courant de charge. La tension de sortie reviendra à sa valeur précédente. Le dispositif de démarrage progressif sur le transistor VT19 et le relais K1 fournissent une augmentation douce de la tension sur la batterie de condensateurs C28-C30, C34-C63 lorsque le stabilisateur (enroulement primaire du transformateur T1) est connecté au réseau. A ce moment, un courant commence à circuler dans la résistance R2, chargeant le condensateur C27. Lorsque, après 30 ... 35 s, la tension appliquée à la diode Zener VD9 atteint 36 V, elle s'ouvre. Cela conduit à l'ouverture du transistor VT19 et au fonctionnement du relais K1, qui commute les résistances qui limitent le courant de sortie du stabilisateur. Tant que le relais n'a pas fonctionné, ce courant est limité par la résistance R32 à 450 ... 650 mA, ce qui élimine l'appel du courant de charge de la batterie des condensateurs C28-C3O, C34-C63 d'une capacité totale supérieure à 100000 32 uF. Le relais déclenché connecte la résistance R35 en parallèle avec la résistance R4. À partir de ce moment, le stabilisateur peut fournir un courant jusqu'à XNUMX A à la charge. Si la sortie du stabilisateur est accidentellement fermée avec un fil commun, le courant ne dépassera pas non plus 4 A, mais la puissance dissipée par les transistors Vt1-VT9 augmentera fortement. Cependant, il ne dépassera pas 25 watts par transistor. Il en résulte que le régulateur de tension est fiable et ne craint pas les courts-circuits dans la charge. Pour régler avec précision les niveaux de limitation de courant, il est nécessaire de remplacer temporairement la résistance R32 par une résistance variable d'environ 500 kΩ, et la résistance R35 n'est pas installée. Déplacez le curseur de résistance variable sur la position de résistance maximale. Après avoir fermé la sortie du stabilisateur avec un ampèremètre, allumez le stabilisateur et réduisez progressivement la résistance de la résistance variable, en observant les lectures de l'ampèremètre. Lorsque le courant de démarrage sûr requis est atteint, éteignez le régulateur, mesurez la résistance d'entrée de la résistance variable et remplacez-la par une résistance fixe de même résistance. Ensuite, au lieu de la résistance R35, connectez une résistance variable avec une résistance de 100 kOhm et la charge maximale à la sortie du stabilisateur via un ampèremètre. Allumez le stabilisateur et attendez que le relais fonctionne. Après cela, commencez à réduire progressivement la résistance de la résistance variable. Lorsque la tension de stabilisation nominale et le courant de charge maximal spécifié sont atteints, éteignez le stabilisateur, mesurez la résistance d'entrée de la résistance variable et remplacez-la par une constante. La même procédure doit être effectuée avec un stabilisateur de tension négatif. Vous ne pouvez pas simplement installer les résistances R33 et R36 de la même résistance que R32 et R35, respectivement. Le fait est que les coefficients de transfert de courant des transistors utilisés dans les deux stabilisateurs diffèrent considérablement. Par exemple, pour les transistors 2SA1943, il est d'environ 140 et pour 2SC5200, il n'est que de 85. Les transformateurs T1 et T2 sont fabriqués sur mesure avec induction réduite et enroulements secondaires pour 2x54 V (avec fils moyens) à un courant de charge de 5 A. Chaque transformateur est installé de son côté dans la partie la plus basse de l'échangeur de chaleur (aquablock) de le système de refroidissement par eau du stabilisateur. L'aquablock sert en quelque sorte de châssis sur lequel se trouvent tous les nœuds de l'appareil. Avant d'installer les transformateurs, ils sont moulés avec de l'époxy en patins d'atterrissage parfaitement plats. Ensuite, avec des goujons filetés M12, les transformateurs sont plaqués contre l'aquablock. En mode veille, la tension aux sorties des redresseurs (entrées des stabilisateurs eux-mêmes) est de 76 V. Lorsqu'elle est connectée à la sortie d'un stabilisateur de charge avec une résistance de 10 ohms, elle chute à 64 V. Si plus de courant de charge est nécessaire, par exemple 10 A, alors les valeurs des résistances R3-R20 doivent être réduites jusqu'à 10 ohm. Les diodes de suppression VD1 et VD2 sont conçues pour amortir les surtensions lors des transitoires qui accompagnent l'inclusion du stabilisateur dans le réseau. Avec une installation et un assemblage appropriés, le stabilisateur commence à fonctionner sans aucun problème. Avec une charge continue de 4 A, les transistors VT1-VT9 dissipent environ 60 W de puissance (6 W pour chaque transistor). Sur chacune des résistances R3-R11 - 4 watts. Ensemble, les régulateurs de tension positif et négatif dissipent environ 180 watts. Deux paires de stabilisateurs pour alimenter les amplificateurs des canaux stéréo gauche et droit, montés sur un aquablock commun, dissipent 360 watts. L'aquablock se compose de deux morceaux de rail en duralumin d'une section de 100x10 mm et d'une longueur de 1000 mm, fixés avec des vis le long du périmètre. Un mastic automobile a été utilisé pour sceller le joint entre les pneus. Sur la surface intérieure de chaque pneu, deux rainures parallèles de 960x15x4 mm sont fraisées, à travers lesquelles circule de l'eau de refroidissement. La section transversale totale du canal d'alimentation en eau est de 15x8 mm, sa longueur totale est de 1920 mm, le débit d'eau est de 0,75 l/min, la température de l'eau à l'entrée de l'aquablock est de 24 °C et à la sortie - 29 °C . L'eau provient de l'alimentation en eau à travers un filtre à un étage. Quatre années d'expérience dans l'exploitation d'un tel système de refroidissement à eau libre ont montré la stabilité de ses paramètres thermiques. Mais le système peut également être fermé avec de l'eau distillée circulant à travers l'aquablock et un radiateur de voiture externe. Les transistors VT1-VT18 sont montés sur une carte de circuit imprimé avec un substrat en aluminium pressé contre l'aquablock à l'aide d'une pâte thermoconductrice. La température de surface du panneau est d'environ 34 °C. Les transistors 2SA1943 et 2SC5200 chauffent à une température d'environ 50 °C. Des tests ont montré que cette température restait inchangée pendant trois heures de fonctionnement. Le système de refroidissement décrit est compact, efficace et absolument silencieux. Il vous permet de détourner environ un kilowatt de puissance thermique. En tant que dispositif de signalisation du manque d'eau courante d'urgence dans le système, un capteur de pression DRD-40 est installé dans sa canalisation d'alimentation. Il est idéal pour la plomberie standard. En cas d'arrêt d'urgence de l'eau, les contacts de ce capteur s'ouvrent et déconnectent le stabilisateur du réseau électrique. De plus, il est nécessaire d'installer des capteurs de température sur un ou plusieurs transistors 2SA1943, qui, comme l'a montré la pratique, chauffent plus de transistors 2SC5200. Il est recommandé d'installer les mêmes capteurs sur les transformateurs. Auteur : V. Fedosov
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