Convertidores de un solo extremo con alta eficiencia, 12/220 voltios
Algunos electrodomésticos comunes, como una lámpara fluorescente, un flash fotográfico y muchos otros, a veces resultan cómodos de usar en un automóvil.
Dado que la mayoría de los dispositivos están diseñados para funcionar desde una red con un voltaje de funcionamiento de 220 V, se necesita un convertidor elevador. Una afeitadora eléctrica o una pequeña lámpara fluorescente no consume más de 6...25 W de potencia. Además, un convertidor de este tipo a menudo no requiere tensión alterna en la salida. Los electrodomésticos mencionados anteriormente funcionan normalmente cuando funcionan con corriente pulsante directa o unipolar.
La primera versión de un convertidor de voltaje CC pulsado de ciclo único (flyback) de 12 V/220 V se fabrica con un chip controlador PWM UC3845N importado y un potente transistor de efecto de campo de canal N BUZ11 (Fig. 4.10). Estos elementos son más asequibles que sus homólogos domésticos y permiten lograr una alta eficiencia del dispositivo, incluso debido a la baja caída de voltaje de fuente-drenaje a través de un transistor de efecto de campo abierto (la eficiencia del convertidor también depende de la relación del ancho de los pulsos que transmiten energía al transformador hasta la pausa).
El microcircuito especificado está especialmente diseñado para convertidores de ciclo único y tiene todos los componentes necesarios en su interior, lo que permite reducir la cantidad de elementos externos. Tiene una etapa de salida cuasi complementaria de alta corriente diseñada específicamente para el control directo de potencia. Transistor de efecto de campo de canal M con puerta aislada. La frecuencia del pulso de funcionamiento en la salida del microcircuito puede alcanzar los 500 kHz. La frecuencia está determinada por las clasificaciones de los elementos R4-C4 y en el circuito anterior es de aproximadamente 33 kHz (T = 50 μs).
Arroz. 4.10. Circuito de un convertidor de pulsos de ciclo único que aumenta el voltaje.
El chip también contiene un circuito de protección para apagar el convertidor cuando el voltaje de suministro cae por debajo de 7,6 V, lo cual resulta útil cuando se alimentan dispositivos con una batería.
Echemos un vistazo más de cerca al funcionamiento del convertidor. En la Fig. La Figura 4.11 muestra diagramas de voltaje que explican los procesos en curso. Cuando aparecen pulsos positivos en la puerta del transistor de efecto de campo (Fig. 4.11, a), se abre y las resistencias R7-R8 recibirán los pulsos que se muestran en la Fig. 4.11,c.
La pendiente de la parte superior del pulso depende de la inductancia del devanado del transformador, y si en la parte superior hay un fuerte aumento en la amplitud del voltaje, como lo muestra la línea de puntos, esto indica saturación del circuito magnético. Al mismo tiempo, las pérdidas por conversión aumentan considerablemente, lo que provoca el calentamiento de los elementos y deteriora el funcionamiento del dispositivo. Para eliminar la saturación, deberá reducir el ancho del pulso o aumentar el espacio en el centro del circuito magnético. Normalmente es suficiente una distancia de 0,1...0,5 mm.
Cuando se apaga el transistor de potencia, la inductancia de los devanados del transformador provoca la aparición de sobretensiones, como se muestra en las figuras.
Arroz. 4.11. Diagramas de tensión en los puntos de control del circuito.
Con la correcta fabricación del transformador T1 (sección del devanado secundario) y la alimentación de baja tensión, la amplitud de la sobretensión no alcanza un valor peligroso para el transistor y por ello, en este circuito se requieren medidas especiales en forma de circuitos de amortiguación en el primario. El devanado de T1 no se utiliza. Y para suprimir las sobretensiones en la señal de retroalimentación actual que llega a la entrada del microcircuito DA1.3, se instala un filtro RC simple de los elementos R6-C5.
El voltaje en la entrada del convertidor, dependiendo del estado de la batería, puede variar de 9 a 15 V (que es el 40%). Para limitar el cambio en el voltaje de salida, la retroalimentación de entrada se elimina del divisor de resistencias R1-R2. En este caso, la tensión de salida en la carga se mantendrá en el rango de 210...230 V (Rcarga = 2200 Ohm), consulte la tabla. 4.2, es decir, no cambia más del 10%, lo cual es bastante aceptable.
Tabla 4.2. Parámetros del circuito al cambiar el voltaje de suministro.
La estabilización del voltaje de salida se lleva a cabo cambiando automáticamente el ancho del pulso que abre el transistor VT1 de 20 μs en Upit = 9 V a 15 μs (Upit = 15 V).
Todos los elementos del circuito, excepto el condensador C6, se colocan sobre una placa de circuito impreso de fibra de vidrio de una cara con unas dimensiones de 90x55 mm (Fig. 4.12).
Arroz. 4.12. Topología de PCB y disposición de elementos.
El transformador T1 se monta en el tablero mediante un tornillo M4x30 a través de una junta de goma, como se muestra en la Fig. 4.13.
Arroz. 4.13 Tipo de montaje del transformador T1
El transistor VT1 está instalado en el radiador. Diseño de enchufe. XP1 debe evitar un suministro erróneo de voltaje al circuito.
El transformador de pulso T1 se fabrica utilizando las copas de armadura BZO ampliamente utilizadas del núcleo magnético M2000NM1. Además, en la parte central deben tener un espacio de 0,1...0,5 mm.
El núcleo magnético se puede comprar con un espacio existente o se puede fabricar con papel de lija grueso. Es mejor seleccionar el tamaño del espacio de forma experimental al sintonizar para que el circuito magnético no entre en el modo de saturación; esto es conveniente de controlar mediante la forma del voltaje en la fuente VT1 (ver Fig. 4.11, c).
Para el transformador T1, el devanado 1-2 contiene 9 vueltas de cable con un diámetro de 0,5-0,6 mm, los devanados 3-4 y 5-6 contienen cada uno 180 vueltas de cable con un diámetro de 0,15...0,23 mm (tipo de cable PEL o PEV). En este caso, el devanado primario (1-2) está ubicado entre dos devanados secundarios, es decir Primero, se enrolla 3-4, y luego 1-2 y 5-6.
Al conectar los devanados del transformador, es importante observar la fase que se muestra en el diagrama. La fase incorrecta no dañará el circuito, pero no funcionará según lo previsto.
Durante el montaje se utilizaron las siguientes piezas: resistencia ajustada R2 - SPZ-19a, resistencias fijas R7 y R8 tipo S5-16M de 1 W, el resto puede ser de cualquier tipo; Condensadores electrolíticos C1 - K50-35 para 25 V, C2 - K53-1A para 16 V, C6 - K50-29V para 450 V, y el resto son del tipo K10-17. El transistor VT1 se instala en un radiador pequeño (del tamaño de la placa) hecho de perfil de duraluminio. La configuración del circuito consiste en comprobar mediante un osciloscopio el correcto fraseo de la conexión del devanado secundario, así como ajustar la resistencia R4 a la frecuencia deseada. La resistencia R2 establece el voltaje de salida en los enchufes XS1 cuando la carga está encendida.
El circuito convertidor indicado está diseñado para funcionar con una potencia de carga previamente conocida (6...30 W - conectado permanentemente). En reposo, el voltaje en la salida del circuito puede alcanzar los 400 V, lo que no es aceptable para todos los dispositivos, ya que puede provocar daños debido a una rotura del aislamiento.
Si el convertidor está destinado a funcionar con una carga de diferente potencia, que también se enciende durante el funcionamiento del convertidor, entonces es necesario eliminar la señal de retroalimentación de voltaje de la salida. Una variante de tal esquema se muestra en la Fig. 4.14. Esto no sólo le permite limitar el voltaje de salida del circuito en modo inactivo a 245 V, sino que también reduce el consumo de energía en este modo aproximadamente 10 veces (Ipot=0,19 A; P=2,28 W; Uh=245 V).
Arroz. 4.14. Circuito convertidor de ciclo único con limitación máxima de voltaje sin carga
El transformador T1 tiene el mismo circuito magnético y datos de devanado que en el circuito (Fig. 4.10), pero contiene un devanado adicional (7-4): 14 vueltas de alambre PELSHO con un diámetro de 0,12,0,18 mm (se enrolla al final) . Los devanados restantes se realizan de la misma manera que en el transformador descrito anteriormente.
Para fabricar un transformador de impulsos, también se pueden utilizar núcleos cuadrados de la serie. KV12 hecho de ferrita M2500NM: en este caso, el número de vueltas en los devanados no cambiará. Para reemplazar los núcleos magnéticos de armadura (B) por unos cuadrados más modernos (KB), puede utilizar la tabla. 4.3.
La señal de retroalimentación de voltaje del devanado 7-8 se suministra a través de un diodo a la entrada (2) del microcircuito, lo que permite mantener con mayor precisión el voltaje de salida en un rango determinado, así como proporcionar aislamiento galvánico entre el primario y circuitos de salida. Los parámetros de dicho convertidor, según la tensión de alimentación, se muestran en la tabla. 4.4.
Tabla 4.4. Parámetros del circuito al cambiar el voltaje de suministro.
La eficiencia de los convertidores descritos se puede aumentar un poco más si los transformadores de impulsos se fijan a la placa con un tornillo dieléctrico o pegamento resistente al calor. En la figura 1.3 se muestra una variante de la topología de la placa de circuito impreso para ensamblar el circuito. 4.15.
Arroz. 4.15. Topología de PCB y disposición de elementos.
Con la ayuda de un convertidor de este tipo, puede alimentar las máquinas de afeitar eléctricas "Agidel", "Kharkov" y otros dispositivos de la red de a bordo del vehículo.
El Beetle se ensambla según el circuito Hartley con una inclusión de retroalimentación no estándar, por lo que su eficiencia es entre un 10 y un 20% mayor que la de circuitos similares. Este circuito es similar al utilizado en el micrófono telefónico más simple. Ha estado circulando en Internet durante mucho tiempo y los propietarios del sitio continúan copiándolo entre sí, sin darse cuenta del grave error en el esquema. Este error se ha solucionado aquí.
|
R1=R3=R4 - 9,1 kilos, |
Como regla general, el circuito comienza a funcionar inmediatamente después del montaje. Si se escucha un chirrido en el receptor, se debe puentear el circuito con un condensador con una capacidad de al menos 1 µF. Es mejor conectar la antena a través de un condensador con una capacidad de 1-2 pf. Con una longitud de antena de 20 cm, mi alcance era de 140 m.
Fotos del dispositivo terminado en la versión alimentada por 2 tabletas de litio CR-1220 (6v). (trabajar durante mucho tiempo):
Lista de radioelementos
| Designación | Tipo | Denominación | Cantidad | Nota | Comercio | mi bloc de notas |
|---|---|---|---|---|---|---|
| VT1 | transistores bipolares | KT315A | 1 | al bloc de notas | ||
| VT2 | Transistor | KT325VM | 1 | al bloc de notas | ||
| C1 | Condensador | 0,1 µF | 1 | al bloc de notas | ||
| C2 | Condensador | 56 pF | 1 | al bloc de notas | ||
| C3 | Condensador | 24 pF | 1 | al bloc de notas | ||
| Condensador | 1-2 pF | 1 | Para conectar la antena | al bloc de notas | ||
| Condensador | No menos de 1 µF | 1 | Para evitar el circuito | al bloc de notas | ||
| R1, R3, R4 | Resistor | 9,1 kiloohmios | 3 | al bloc de notas | ||
| R2 | Resistor | 300 kOhmios | 1 | al bloc de notas | ||
| L1 | Inductor | 1 |
La industria automotriz moderna ha alcanzado un nivel de desarrollo en el que, sin una investigación científica fundamental, es casi imposible lograr mejoras fundamentales en el diseño de los motores de combustión interna tradicionales. Esta situación obliga a los diseñadores a prestar atención a diseños de plantas de energía alternativas. Algunos centros de ingeniería han centrado sus esfuerzos en crear y adaptar modelos híbridos y eléctricos para la producción en serie, mientras que otros fabricantes de automóviles están invirtiendo en el desarrollo de motores que utilizan combustibles de fuentes renovables (por ejemplo, biodiesel que utiliza aceite de colza). Hay otros proyectos de sistemas de propulsión que eventualmente podrían convertirse en el nuevo sistema de propulsión estándar para vehículos.
Las posibles fuentes de energía mecánica para los automóviles del futuro incluyen el motor de combustión externa, inventado a mediados del siglo XIX por el escocés Robert Stirling como motor de expansión térmica.
Esquema de trabajo
El motor Stirling convierte la energía térmica suministrada desde el exterior en trabajo mecánico útil mediante cambios en la temperatura del fluido de trabajo(gas o líquido) circulando en un volumen cerrado.
En general, el diagrama de funcionamiento del dispositivo es el siguiente: en la parte inferior del motor, la sustancia de trabajo (por ejemplo, aire) se calienta y, aumentando de volumen, empuja el pistón hacia arriba. El aire caliente ingresa a la parte superior del motor, donde es enfriado por un radiador. La presión del fluido de trabajo disminuye y el pistón desciende para el siguiente ciclo. En este caso, el sistema está sellado y la sustancia de trabajo no se consume, sino que solo se mueve dentro del cilindro.
Existen varias opciones de diseño para unidades de potencia que utilizan el principio de Stirling.
Modificación Stirling "Alfa"
El motor consta de dos pistones de potencia separados (frío y caliente), cada uno de los cuales está ubicado en su propio cilindro. El calor se suministra al cilindro con el pistón caliente y el cilindro frío se encuentra en un intercambiador de calor de refrigeración.
Modificación Stirling "Beta"
El cilindro que contiene el pistón se calienta en un extremo y se enfría en el extremo opuesto. En el cilindro se mueven un pistón de potencia y un desplazador, diseñados para cambiar el volumen del gas de trabajo. El regenerador realiza el movimiento de retorno de la sustancia de trabajo enfriada a la cavidad caliente del motor.
Modificación Stirling "Gamma"
El diseño consta de dos cilindros. El primero es completamente frío, en el que se mueve el pistón de potencia, y el segundo, caliente por un lado y frío por el otro, sirve para mover el desplazador. Un regenerador para hacer circular gas frío puede ser común a ambos cilindros o ser parte del diseño del desplazador.
Ventajas del motor Stirling
Como la mayoría de los motores de combustión externa, Stirling se caracteriza multicombustible: el motor funciona debido a los cambios de temperatura, independientemente de los motivos que lo provocaron.
¡Dato interesante! Una vez se demostró una instalación que funcionaba con veinte opciones de combustible. Sin parar el motor, se suministró gasolina, combustible diesel, metano, petróleo crudo y aceite vegetal a la cámara de combustión externa; la unidad de potencia continuó funcionando de manera estable.
El motor tiene simplicidad de diseño y no requiere sistemas ni accesorios adicionales (correa de distribución, motor de arranque, caja de cambios).
Las características del dispositivo garantizan una larga vida útil: más de cien mil horas de funcionamiento continuo.
El motor Stirling es silencioso, ya que no se produce detonación en los cilindros y no es necesario eliminar los gases de escape. La modificación "Beta", equipada con un mecanismo de manivela rómbica, es un sistema perfectamente equilibrado que no presenta vibraciones durante el funcionamiento.
En los cilindros del motor no se producen procesos que puedan tener un impacto negativo en el medio ambiente. Al elegir una fuente de calor adecuada (por ejemplo, energía solar), Stirling puede ser absolutamente Amigable con el medio ambiente unidad de poder.
Desventajas del diseño Stirling
A pesar de todas las propiedades positivas, el uso masivo inmediato de los motores Stirling es imposible por las siguientes razones:
El principal problema es el consumo de material de la estructura. Para enfriar el fluido de trabajo se necesitan radiadores de gran volumen, lo que aumenta significativamente el tamaño y el consumo de metal de la instalación.
El nivel tecnológico actual permitirá que el motor Stirling se compare en rendimiento con los motores de gasolina modernos sólo mediante el uso de tipos complejos de fluido de trabajo (helio o hidrógeno) bajo una presión de más de cien atmósferas. Este hecho plantea serias dudas tanto en el campo de la ciencia de materiales como en la garantía de la seguridad del usuario.
Un problema operativo importante está relacionado con cuestiones de conductividad térmica y resistencia a la temperatura de los metales. El calor se suministra al volumen de trabajo a través de intercambiadores de calor, lo que provoca pérdidas inevitables. Además, el intercambiador de calor debe estar fabricado con metales resistentes al calor que puedan soportar altas presiones. Los materiales adecuados son muy caros y difíciles de procesar.
Los principios para cambiar los modos del motor Stirling también son fundamentalmente diferentes de los tradicionales, lo que requiere el desarrollo de dispositivos de control especiales. Por lo tanto, para cambiar la potencia es necesario cambiar la presión en los cilindros, el ángulo de fase entre el desplazador y el pistón de potencia o influir en la capacidad de la cavidad con el fluido de trabajo.
Una forma de controlar la velocidad de rotación del eje en un modelo de motor Stirling se puede ver en el siguiente vídeo:
Eficiencia
En cálculos teóricos, la eficiencia del motor Stirling depende de la diferencia de temperatura del fluido de trabajo y puede alcanzar el 70% o más según el ciclo de Carnot.
Sin embargo, las primeras muestras realizadas en metal tenían una eficiencia extremadamente baja por las siguientes razones:
- opciones de refrigerante (fluido de trabajo) ineficaces que limitan la temperatura máxima de calentamiento;
- pérdidas de energía por fricción de piezas y conductividad térmica de la carcasa del motor;
- Falta de materiales de construcción resistentes a altas presiones.
Las soluciones de ingeniería mejoraron constantemente el diseño de la unidad de potencia. Así, en la segunda mitad del siglo XX, un automóvil de cuatro cilindros El motor Stirling con accionamiento rómbico mostró una eficiencia del 35% en las pruebas. en un refrigerante de agua con una temperatura de 55 ° C. El cuidadoso desarrollo del diseño, el uso de nuevos materiales y el ajuste fino de las unidades de trabajo aseguraron que la eficiencia de las muestras experimentales fuera del 39%.
¡Nota! Los motores de gasolina modernos de potencia similar tienen una eficiencia del 28-30% y los motores diésel turboalimentados del 32-35%.
Los ejemplos modernos del motor Stirling, como el creado por la empresa estadounidense Mechanical Technology Inc, demuestran una eficiencia de hasta el 43,5%. Y con el desarrollo de la producción de cerámicas resistentes al calor y materiales innovadores similares, será posible aumentar significativamente la temperatura del entorno de trabajo y alcanzar una eficiencia del 60%.
Ejemplos de implementación exitosa de automóviles Stirling.
A pesar de todas las dificultades, se conocen muchos modelos de motores Stirling eficientes que son aplicables a la industria automotriz.
El interés por el Stirling, apto para su instalación en un automóvil, apareció en los años 50 del siglo XX. El trabajo en esta dirección fue realizado por empresas como Ford Motor Company, Volkswagen Group y otras.
La empresa UNITED STIRLING (Suecia) desarrolló Stirling, que aprovechó al máximo los componentes y conjuntos en serie producidos por los fabricantes de automóviles (cigüeñal, bielas). El motor en V de cuatro cilindros resultante tenía un peso específico de 2,4 kg/kW, lo que es comparable a las características de un motor diésel compacto. Esta unidad fue probada con éxito como central eléctrica para una furgoneta de carga de siete toneladas.
Una de las muestras exitosas es un motor Stirling de cuatro cilindros fabricado en los Países Bajos, modelo “Philips 4-125DA”, destinado a su instalación en un turismo. El motor tenía una potencia de trabajo de 173 CV. Con. en dimensiones similares a una unidad de gasolina clásica.
Los ingenieros de General Motors lograron resultados significativos al construir en los años 70 un motor Stirling en forma de V de ocho cilindros (4 de trabajo y 4 de compresión) con un mecanismo de manivela estándar.
Una central eléctrica similar en 1972. equipado con una serie limitada de automóviles Ford Torino, cuyo consumo de combustible ha disminuido un 25% respecto al clásico ocho de gasolina en forma de V.
Actualmente, más de medio centenar de empresas extranjeras están trabajando para mejorar el diseño del motor Stirling con el fin de adaptarlo a la producción en masa a las necesidades de la industria automovilística. Y si es posible eliminar las desventajas de este tipo de motor, manteniendo al mismo tiempo sus ventajas, entonces será Stirling, y no las turbinas y los motores eléctricos, el que sustituirá a los motores de combustión interna de gasolina.
El dispositivo descrito proporciona una eficiencia de conversión excepcionalmente alta, permite la regulación del voltaje de salida y su estabilización, y opera de manera estable cuando varía la potencia de carga. Este tipo de convertidor es interesante e inmerecidamente poco difundido: casi resonante, y en gran medida está libre de las desventajas de otros circuitos populares. La idea de crear un convertidor de este tipo no es nueva, pero su implementación práctica se hizo factible hace relativamente poco tiempo, después de la aparición de potentes transistores de alto voltaje que permiten una corriente de colector de impulsos significativa con un voltaje de saturación de aproximadamente 1,5 V. El principal distintivo La característica y principal ventaja de este tipo de fuente de alimentación es la alta eficiencia del convertidor de voltaje, que alcanza el 97...98% sin tener en cuenta las pérdidas en el rectificador del circuito secundario, que están determinadas principalmente por la corriente de carga.
El convertidor cuasi-resonante se diferencia de un convertidor de pulsos convencional, en el que en el momento en que se cierran los transistores de conmutación, la corriente que fluye a través de ellos es máxima, el cuasi-resonante se diferencia en que en el momento en que se cierran los transistores, su corriente de colector es cercano a cero. Además, la reducción de la corriente en el momento del cierre está asegurada por los elementos reactivos del dispositivo. Se diferencia del resonante en que la frecuencia de conversión no está determinada por la frecuencia resonante de la carga del colector. Gracias a esto, es posible regular el voltaje de salida cambiando la frecuencia de conversión y lograr la estabilización de este voltaje. Dado que en el momento en que se cierra el transistor los elementos reactivos reducen al mínimo la corriente del colector, la corriente de base también será mínima y, por tanto, el tiempo de cierre del transistor se reduce al valor de su tiempo de apertura. De este modo, se elimina por completo el problema de la corriente pasante que se produce durante la conmutación. En la Fig. La Figura 4.22 muestra un diagrama esquemático de una fuente de alimentación no estabilizada autooscilante.
Principales características técnicas:
Eficiencia global de la unidad, %................................................ ........ ...................92;
Tensión de salida, V, con una resistencia de carga de 8 ohmios....... 18;
Frecuencia de funcionamiento del convertidor, kHz.................................20;
Potencia máxima de salida, W................................................ ......55;
Amplitud máxima de ondulación del voltaje de salida con frecuencia de operación, V
La mayor parte de las pérdidas de energía en la unidad recae en el calentamiento de los diodos rectificadores del circuito secundario, y la eficiencia del convertidor en sí es tal que no hay necesidad de disipadores de calor para los transistores. no exceder 0,4 W. Tampoco se requiere una selección especial de transistores según ningún parámetro. Cuando se produce un cortocircuito en la salida o se excede la potencia máxima de salida, se interrumpe la generación, protegiendo a los transistores del sobrecalentamiento y averías.
El filtro, compuesto por condensadores C1...SZ y inductor LI, L2, está diseñado para proteger la red de suministro de interferencias de alta frecuencia del convertidor. El autogenerador se pone en marcha mediante el circuito R4, C6 y el condensador C5. La generación de oscilaciones se produce como resultado de la acción de la retroalimentación positiva a través del transformador T1, y su frecuencia está determinada por la inductancia del devanado primario de este transformador y la resistencia de la resistencia R3 (a medida que aumenta la resistencia, aumenta la frecuencia).
Los inductores LI, L2 y el transformador T1 están enrollados en núcleos magnéticos anulares idénticos K12x8x3 fabricados de ferrita de 2000 NM. Los devanados del inductor se realizan simultáneamente, “en dos hilos”, utilizando hilo PELSHO-0,25; número de vueltas: 20. El devanado I del transformador TI contiene 200 vueltas de cable PEV-2-0.1, enrolladas a granel, uniformemente alrededor de todo el anillo. Los devanados II y III están enrollados "en dos cables": 4 vueltas de cable PELSHO-0,25; El devanado IV es una vuelta del mismo cable. Para el transformador T2 se utilizó un núcleo magnético anular K28x16x9 fabricado con ferrita 3000NN. El devanado I contiene 130 vueltas de cable PELI10-0,25, colocadas vuelta a vuelta. Devanados II y III: 25 vueltas de cable PELSHO-0,56 cada uno; enrollado - "en dos cables", uniformemente alrededor del anillo.
El estrangulador L3 contiene 20 vueltas de cable PELI10-0,25, enrolladas en dos núcleos magnéticos anulares plegados K12x8x3 hechos de ferrita de 2000NM. Los diodos VD7, VD8 deben instalarse en disipadores de calor con un área de disipación de al menos 2 cm2 cada uno.
El dispositivo descrito fue diseñado para usarse junto con estabilizadores analógicos para varios valores de voltaje, por lo que no hubo necesidad de una supresión profunda de la ondulación en la salida de la unidad. La ondulación se puede reducir al nivel requerido mediante el uso de filtros LC habituales en estos casos, como por ejemplo en otra versión de este convertidor con las siguientes características técnicas básicas:
Tensión nominal de salida, V................................................ ...... 5,
Corriente máxima de salida, A................................................ ...... ......... 2;
Amplitud máxima de pulsación, mV................................................50 ;
Cambio en el voltaje de salida, mV, no más, cuando cambia la corriente de carga
de 0,5 a 2 A y tensión de red de 190 a 250 V........................150;
Frecuencia máxima de conversión, kHz................................ 20.
En la figura 1 se muestra el circuito de una fuente de alimentación estabilizada basada en un convertidor cuasi-resonante. 4.23.
El voltaje de salida se estabiliza mediante un cambio correspondiente en la frecuencia de operación del convertidor. Como en el bloque anterior, los potentes transistores VT1 y VT2 no necesitan disipadores de calor. El control simétrico de estos transistores se implementa mediante un generador de impulsos maestro independiente ensamblado en un chip DDI. El disparador DD1.1 opera en el propio generador.
Los pulsos tienen una duración constante especificada por el circuito R7, C12. El período lo cambia el circuito OS, que incluye el optoacoplador U1, de modo que el voltaje en la salida de la unidad se mantiene constante. El período mínimo lo establece el circuito R8, C13. El disparador DDI.2 divide la frecuencia de repetición de estos pulsos por dos y el voltaje de onda cuadrada se suministra desde la salida directa al amplificador de corriente del transistor VT4, VT5. A continuación, los pulsos de control amplificados por corriente se diferencian por el circuito R2, C7 y luego, ya acortados a una duración de aproximadamente 1 μs, ingresan a través del transformador T1 al circuito base de los transistores VT1, VT2 del convertidor. Estos breves impulsos sirven únicamente para conmutar transistores: cierran uno de ellos y abren el otro.
Además, la energía principal del generador de excitación se consume solo cuando se conmutan transistores potentes, por lo que la corriente promedio consumida por él es pequeña y no excede los 3 mA, teniendo en cuenta la corriente del diodo Zener VD5. Esto le permite recibir alimentación directamente desde la red primaria a través de la resistencia de extinción R1. El transistor VT3 es un amplificador de voltaje de señal de control, como en un estabilizador de compensación. El coeficiente de estabilización del voltaje de salida del bloque es directamente proporcional al coeficiente de transferencia de corriente estática de este transistor.
El uso del optoacoplador de transistor U1 garantiza un aislamiento galvánico confiable del circuito secundario de la red y una alta inmunidad al ruido en la entrada de control del oscilador maestro. Después de la siguiente conmutación de los transistores VT1, VT2, el condensador SY comienza a recargarse y el voltaje en la base del transistor VT3 comienza a aumentar, la corriente del colector también aumenta. Como resultado, el transistor optoacoplador se abre, manteniendo el condensador C13 del oscilador maestro en un estado descargado. Después de que los diodos rectificadores VD8, VD9 se cierran, el condensador SY comienza a descargarse a la carga y el voltaje a través de él cae. El transistor VT3 se cierra, como resultado de lo cual el condensador C13 comienza a cargarse a través de la resistencia R8. Tan pronto como el condensador se cargue al voltaje de conmutación del disparador DD1.1, se establecerá un alto nivel de voltaje en su salida directa. En este momento, se produce la siguiente conmutación de los transistores VT1, VT2, así como la descarga del condensador SI a través del transistor optoacoplador abierto.
Comienza el siguiente proceso de recarga del condensador SY, y el disparador DD1.1 después de 3...4 μs volverá al estado cero nuevamente debido a la pequeña constante de tiempo del circuito R7, C12, después de lo cual se completa todo el ciclo de control. repetido, independientemente de cuál de los transistores sea VT1 o VT2, abierto durante el semestre actual. Cuando se enciende la fuente, en el momento inicial, cuando el capacitor SY está completamente descargado, no pasa corriente por el LED del optoacoplador, la frecuencia de generación es máxima y está determinada principalmente por la constante de tiempo del circuito R8, C13 (la constante de tiempo del circuito R7, C12 es varias veces menor). Con las clasificaciones de estos elementos indicadas en el diagrama, esta frecuencia será de aproximadamente 40 kHz, y después de dividirla por el disparador DDI.2, 20 kHz. Después de cargar el condensador SY al voltaje de funcionamiento, entra en funcionamiento el circuito estabilizador OS en los elementos VD10, VT3, U1, después de lo cual la frecuencia de conversión ya dependerá del voltaje de entrada y la corriente de carga. Las fluctuaciones de tensión en el condensador SY se suavizan mediante el filtro L4, C9. Los chokes LI, L2 y L3 son los mismos que en el bloque anterior.
El transformador T1 está fabricado sobre dos núcleos magnéticos anulares K12x8x3 plegados de ferrita de 2000NM. El devanado primario está enrollado a granel de manera uniforme en todo el anillo y contiene 320 vueltas de cable PEV-2-0.08. Los devanados II y III contienen cada uno 40 vueltas de cable PEL1110-0.15; están enrollados “en dos hilos”. El devanado IV consta de 8 vueltas de cable PELSHO-0,25. El transformador T2 está fabricado sobre un núcleo magnético anular K28x16x9 de ferrita 3000NN. Devanado I - 120 vueltas de alambre PELSHO-0.15, y II y III - 6 vueltas de alambre PEL1110-0.56, enrolladas “en dos alambres”. En lugar de alambre PELSHO, se puede utilizar alambre PEV-2 del diámetro adecuado, pero en este caso es necesario colocar dos o tres capas de tela lacada entre los devanados.
El estrangulador L4 contiene 25 vueltas de cable PEV-2-0,56, enrollado en un núcleo magnético anular K12x6x4,5 hecho de ferrita 100NNH1. También es adecuado cualquier inductor ya preparado con una inductancia de 30...60 μH para una corriente de saturación de al menos 3 A y una frecuencia de funcionamiento de 20 kHz. Todas las resistencias fijas son MJIT. Resistencia R4 - ajustada, de cualquier tipo. Condensadores C1...C4, C8 - K73-17, C5, C6, C9, SY - K50-24, el resto - KM-6. El diodo Zener KS212K se puede sustituir por KS212Zh o KS512A. Los diodos VD8, VD9 deben instalarse en radiadores con un área de disipación de al menos 20 cm2 cada uno. La eficiencia de ambos bloques se puede aumentar si, en lugar de diodos KD213A, se utilizan diodos Schottky, por ejemplo, cualquiera de la serie KD2997. En este caso, no serán necesarios disipadores de calor para diodos.
