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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 안정화된 단일 종단 전압 변환기
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 전압 변환기, 정류기, 인버터 이 기사에서는 광범위한 입력 전압 변화에 걸쳐 작동하는 간단한 펄스 안정화 전압 변환기의 구성 원리와 실제 버전에 대해 설명합니다. 무변압기 입력을 사용하는 다양한 1차 전원(PSPS) 중에서 정류기 다이오드 [1](그림 XNUMX)의 "역" 연결을 사용하는 단일 사이클 자체 발진기 컨버터는 매우 단순하다는 점에서 구별됩니다.
먼저 불안정한 전압 변환기의 작동 원리와 이를 안정화하는 방법을 간략하게 살펴보겠습니다. 변압기 T1 - 선형 초크; 에너지 축적 간격과 축적된 에너지가 부하로 전달되는 간격은 시간적으로 간격을 두고 있습니다. 그림에서. 2는 다음을 보여줍니다. II - 변압기의 XNUMX차 권선 전류, III - XNUMX차 권선의 전류, tн - 인덕터의 에너지 축적 간격, tп - 부하로의 에너지 전달 간격.
공급 전압 Up이 연결되면 트랜지스터 VT1의 베이스 전류가 저항 R1을 통과하기 시작합니다(다이오드 VD1은 베이스 권선 회로를 통한 전류 흐름을 방지하고 이를 분류하는 커패시터 C2는 스테이지에서 포지티브 피드백(POF)을 증가시킵니다. 전압 전선 형성). 트랜지스터는 약간 열리고 PIC 회로는 에너지 저장의 재생 과정이 발생하는 변압기 T1을 통해 닫힙니다. 트랜지스터 VT1이 포화 상태에 들어갑니다. 공급 전압은 변압기의 1차 권선에 인가되고 전류 II(트랜지스터 VT2의 콜렉터 전류 Ik)는 선형적으로 증가합니다. 포화된 트랜지스터의 베이스 전류 IB는 권선 III의 전압과 저항 R2의 저항에 의해 결정됩니다. 에너지 저장 단계에서 다이오드 VDXNUMX는 닫히고(따라서 변환기의 이름은 다이오드를 "역방향"으로 포함함) 변압기의 전력 소비는 베이스 권선을 통한 트랜지스터의 입력 회로에 의해서만 발생합니다. 컬렉터 전류 Ik가 값에 도달하면: IK 최대 = h21EIB, (1) 여기서 h21E는 트랜지스터 VT1의 정적 전류 전달 계수이며, 트랜지스터는 포화 모드를 벗어나고 역재생 프로세스가 진행됩니다. 트랜지스터가 닫히고 다이오드 VD2가 열리고 변압기에 의해 축적된 에너지가 부하로 전달됩니다. 3차 권선 전류가 감소한 후 에너지 저장 단계가 다시 시작됩니다. 시간 간격 tп는 컨버터가 켜지고 커패시터 CXNUMX이 방전되고 부하 전압이 XNUMX일 때 최대입니다. [1]에서는 그림 1의 회로에 따라 조립된 전원 공급 장치를 보여줍니다. XNUMX, - 공급 전압 소스의 기능적 변환기 최대 부하 전류 소스 In. 중요한 점은 에너지 축적 단계와 전송 단계가 시간적으로 분리되어 있기 때문에 트랜지스터의 최대 콜렉터 전류는 부하 전류에 의존하지 않는다는 것입니다. 즉, 컨버터는 출력 단락으로부터 완벽하게 보호됩니다. 그러나 부하없이 컨버터를 켜면 (유휴 모드) 트랜지스터가 닫히는 순간 변압기 권선의 전압 서지가 콜렉터-이미터 전압의 최대 허용 값을 초과하여 손상될 수 있습니다. 가장 간단한 변환기의 단점은 콜렉터 전류 IK max, 즉 출력 전압이 트랜지스터 VT1의 정적 전류 전달 계수에 의존한다는 것입니다. 따라서 다양한 인스턴스를 사용할 때 전원 공급 장치 매개변수가 크게 달라집니다. "자체 보호" 스위칭 트랜지스터를 사용하는 컨버터는 훨씬 더 안정적인 특성을 갖습니다(그림 XNUMX).
변압기의 3차 권선 전류에 비례하는 저항 R2의 톱니파 전압이 보조 트랜지스터 VT3의 베이스에 인가됩니다. 저항 R2 양단의 전압이 트랜지스터 VT0,6의 개방 임계값(약 1V)에 도달하면 트랜지스터 VTXNUMX의 기본 전류가 열리고 제한되어 변압기의 에너지 축적 과정이 중단됩니다. 변압기 XNUMX차 권선의 최대 전류 II 최대 \u0,6d IK 최대 \u3d 2 / RXNUMX (XNUMX) 트랜지스터의 특정 인스턴스의 매개 변수에 거의 의존하지 않는 것으로 밝혀졌습니다. 당연히, 정적 전류 전달 계수의 최악의 값에 대해서는 식(2)에 의해 계산된 전류 제한 값이 식(1)에 의해 결정된 전류보다 작아야 합니다. 이제 전원 공급 장치의 출력 전압을 조절(안정화)할 수 있는 가능성을 고려해 보겠습니다. [1]에서는 출력 전압을 조절하기 위해 변경할 수 있는 컨버터의 유일한 매개변수는 전류 IК max, 즉 변압기의 에너지 축적 시간 tн과 제어(안정화)임을 보여줍니다. ) 단위는 식 (2)를 사용하여 계산된 값과 비교하여 전류만 줄일 수 있습니다. 변환기 안정화 장치의 작동 원리를 공식화하면 다음 요구 사항을 결정할 수 있습니다.
[1]에 제공된 이 알고리즘을 구현하는 제어 장치 다이어그램에는 K521SAZ 비교기, 4개의 저항기, 트랜지스터, 다이오드, XNUMX개의 제너 다이오드 및 변압기가 포함되어 있습니다. 텔레비전 전원 공급 장치를 포함하여 잘 알려진 다른 장치도 상당히 복잡합니다. 한편, 자체 보호 스위칭 트랜지스터를 사용하면 훨씬 간단하고 안정화된 컨버터를 구축할 수 있습니다(그림 XNUMX의 다이어그램 참조).
피드백 권선(OS) III 및 회로 VD3C4는 컨버터의 출력 전압에 비례하는 피드백 전압을 형성합니다. 피드백 전압에서 제너 다이오드 VD4의 기준 안정화 전압을 빼고 결과적인 불일치 신호가 저항 R5에 적용됩니다. 트리밍 저항 R5의 엔진에서 두 전압의 합이 트랜지스터 VT2의 베이스에 공급됩니다. 즉, 일정한 제어 전압(불일치 전압의 일부)과 저항 R3의 톱니파 전압이 2차 권선 전류에 비례합니다. 변압기. 트랜지스터 VT2의 개방 임계 값은 일정하기 때문에 제어 전압이 증가하면 (예를 들어 공급 전압 Upit이 증가하고 이에 따라 변환기의 출력 전압이 증가함에 따라) 전류 II가 감소합니다. 트랜지스터 VT5가 열리고 출력 전압이 감소합니다. 따라서 컨버터는 안정화되고 출력 전압은 저항 RXNUMX에 의해 작은 한계 내에서 조절됩니다. 변환기의 안정화 계수는 변환기의 출력 전압 변화와 트랜지스터 VT2를 기반으로 한 정전압 성분의 해당 변화 비율에 따라 달라집니다. 안정화 계수를 높이려면 피드백 전압(권선 III의 감은 수)을 높이고 안정화 전압에 따라 VD4 제너 다이오드를 선택해야 하며 이는 OS 전압보다 약 0,5V 낮습니다. 널리 사용되는 OS 전압이 약 814V인 D10 시리즈의 제너 다이오드가 실제로 매우 적합합니다. 변환기의 더 나은 온도 안정성을 얻으려면 가열 시 트랜지스터 VT4의 이미터 접합에 걸친 전압 강하 감소를 보상하는 양의 TKN이 있는 제너 다이오드 VD2를 사용해야 합니다. 따라서 D814 시리즈 제너 다이오드는 D818 정밀 제너 다이오드보다 더 적합합니다. 변압기의 출력 권선 수(권선 II와 유사)를 늘릴 수 있습니다. 즉, 변환기를 다중 채널로 만들 수 있습니다. 그림의 다이어그램에 따라 제작되었습니다. 4개의 컨버터는 입력 전압이 매우 넓은 범위(150~250V) 내에서 변경될 때 출력 전압의 우수한 안정화를 제공합니다. 그러나 가변 부하, 특히 다중 채널 변환기에서 작동할 때 결과는 다소 나쁩니다. 왜냐하면 권선 중 하나에서 부하 전류가 변경되면 모든 권선 간에 에너지가 재분배되기 때문입니다. 이 경우 피드백 전압의 변화는 컨버터의 출력 전압 변화를 반영하므로 정확도가 떨어집니다. OS 전압이 출력 전압에서 직접 생성되면 가변 부하에서 작동할 때 안정성을 향상시킬 수 있습니다. 이를 수행하는 가장 쉬운 방법은 알려진 회로에 따라 조립된 추가 저전력 변압기 전압 변환기를 사용하는 것입니다[2]. 다중 채널 전원의 경우 추가 전압 변환기의 사용도 정당화됩니다. 고전압 변환기는 안정화된 전압 중 하나를 제공하고(그 중 가장 높은 전압 - 고전압에서는 변환기 출력의 커패시터 필터가 더 효율적입니다[1]), OS 전압을 포함한 나머지 전압이 생성됩니다. 추가 변환기를 통해. 변압기 제조의 경우 선형 자화를 보장하는 중앙 막대에 간격이 있는 강화된 페라이트 자기 코어를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 이러한 자기 회로가 없는 경우 PCB 또는 종이로 만든 0,1~0,3mm 두께의 개스킷을 사용하여 간격을 만들 수 있습니다. 링 자기 코어를 사용하는 것도 가능합니다. 문헌에서는 이 기사에서 고려한 "역방향" 다이오드 연결이 있는 컨버터의 경우 출력 필터가 순수 용량성일 수 있음을 나타내지만 LC 필터를 사용하면 출력 전압 리플을 더욱 줄일 수 있습니다. IVEP의 안전한 작동을 위해서는 엔진 절연이 양호한 트리밍 저항(그림 5의 R4)을 사용해야 합니다. 주전원 전압에 전기적으로 연결된 변압기 권선은 출력으로부터 안정적으로 절연되어야 합니다. 다른 무선원소에도 동일하게 적용됩니다. 주파수 변환 기능이 있는 모든 전원과 마찬가지로 설명된 전원에는 전자기 차폐 및 입력 필터가 장착되어 있어야 합니다. 변환기 설정의 안전성은 변환 비율이 XNUMX과 동일한 네트워크 변압기를 통해 보장됩니다. 그러나 직렬 연결된 LATR과 절연 변압기를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 부하 없이 컨버터를 켜면 강력한 스위칭 트랜지스터가 고장날 가능성이 높습니다. 따라서 설정을 시작하기 전에 등가 부하를 연결하십시오. 스위치를 켠 후에는 먼저 오실로스코프를 사용하여 저항 R3의 전압을 확인해야 합니다. 전압은 tn 단계에서 선형적으로 증가해야 합니다. 선형성이 깨지면 이는 자기 회로가 포화 상태에 들어가고 변압기를 다시 계산해야 함을 의미합니다. 고전압 프로브를 사용하여 스위칭 트랜지스터의 컬렉터에서 신호를 확인합니다. 펄스 감소는 상당히 가파르고 개방형 트랜지스터의 전압은 작아야 합니다. 필요한 경우 베이스 권선의 감은 수와 트랜지스터 베이스 회로의 저항 R2 저항을 조정해야 합니다. 다음으로 저항 R5를 사용하여 변환기의 출력 전압을 변경해 볼 수 있습니다. 필요한 경우 OS 권선의 회전 수를 조정하고 VD4 제너 다이오드를 선택하십시오. 입력전압과 부하가 변할 때 컨버터의 동작을 확인하십시오. 그림에서. 그림 5는 제안된 원리를 기반으로 구축된 컨버터를 사용하는 예로서 ROM 프로그래머를 위한 IVEP 다이어그램을 보여줍니다.
소스 매개변수는 표에 나와 있습니다. 하나. 표 1
주전원 전압이 140V에서 240V로 변경되면 28V 소스 출력의 전압은 27,6~28,2V 범위 내에 있습니다. 소스 +5V - 4,88...5V. 커패시터 C1-C3과 인덕터 L1은 컨버터에 의한 고주파 간섭 방출을 줄이는 입력 주전원 필터를 형성합니다. 저항 R1은 컨버터가 켜질 때 커패시터 C4의 충전 전류 펄스를 제한합니다. 회로 R3C5는 트랜지스터 VT1의 전압 서지를 완화합니다(이전 그림에는 유사한 회로가 표시되지 않음). 기존 변환기는 트랜지스터 VT3, VT4에 조립되어 출력 전압 +28V(+5V 및 -5V)와 OS 전압에서 두 개를 더 생성합니다. 일반적으로 IVEP는 +28V의 안정화된 전압을 제공합니다. 다른 두 출력 전압의 안정성은 +28V 소스에서 추가 변환기에 전원을 공급하고 이러한 채널에 상당히 일정한 부하를 가함으로써 보장됩니다. IVEP는 +28V ~ 29V의 출력 전압 초과에 대한 보호 기능을 제공합니다. 초과할 경우 트라이악 VS1은 +28V 소스를 열고 닫으며 전원 공급 장치에서 큰 소리가 납니다. 트라이악을 통과하는 전류는 0,75A입니다. 트랜지스터 VT1은 40 (30mm) 크기의 알루미늄 판으로 만든 작은 방열판에 설치되며 KT828A 트랜지스터 대신 최소 600V의 전압과 1 이상의 전류를 가진 다른 고전압 장치를 사용할 수 있습니다 예를 들어 KT826B, KT828B, KT838A입니다. KT3102A 트랜지스터 대신 KT3102 시리즈를 사용할 수 있습니다. 트랜지스터 KT815G는 KT815V, KT817V, KT817G로 대체될 수 있습니다. 정류기 다이오드(VD1 제외)는 KD213 시리즈 등과 같이 고주파수와 함께 사용해야 합니다. K52, ETO 시리즈의 산화물 필터 커패시터를 사용하는 것이 좋습니다. 커패시터 C5의 전압은 600V 이상이어야 합니다. TS106-10(VS1) 트라이악은 크기가 작기 때문에 단독으로 사용됩니다. KU1 시리즈를 포함하여 약 201A의 전류를 견딜 수 있는 거의 모든 유형의 SCR이 적합합니다. 그러나 사이리스터는 최소 제어 전류에 따라 선택해야 합니다. 특정 경우(소스에서 상대적으로 적은 전류 소비)에는 그림 4의 회로에 따라 변환기를 구축하여 두 번째 변환기 없이도 가능하다는 점에 유의해야 합니다. 5에는 +5V 및 -142V 채널용 추가 권선과 KRXNUMX 시리즈의 선형 안정 장치가 있습니다. 추가 변환기를 사용하는 이유는 다양한 IVEP에 대한 비교 연구를 수행하고 제안된 옵션이 더 나은 출력 전압 안정화를 제공하는지 확인하려는 욕구 때문입니다. 변압기 및 초크의 매개 변수는 표에 나와 있습니다. 2. 표 2
변압기 T1의 자기 코어는 ES 시리즈 컴퓨터의 이동식 자기 디스크에 있는 드라이브 전원 공급 장치의 필터 초크에서 사용됩니다. 초크 L1-L4의 자기 회로 유형은 중요하지 않습니다. 소스는 위의 방법에 따라 설정되지만 먼저 다이어그램에 따라 저항 R10 슬라이더를 맨 아래 위치로 이동하여 과전압 보호를 꺼야 합니다. IVEP를 설정한 후 저항 R5를 사용하여 출력 전압을 +29V로 설정하고 저항 R10의 슬라이더를 천천히 회전시켜 트라이악 VS1의 개방 임계값에 도달해야 합니다. 그런 다음 소스를 끄고 저항 R5의 슬라이더를 출력 전압 감소 방향으로 돌린 다음 소스를 켜고 저항 R5를 사용하여 출력 전압을 28V로 설정합니다. 주의해야 할 점은 +5V 및 -5V 출력의 전압은 +28V 전압에 따라 달라지며 사용된 요소의 매개변수와 특정 부하의 전류에 따라 별도로 조정되지 않기 때문입니다. T2 변압기 권선의 권선 수를 선택하는 데 필요할 수 있습니다. 문학
저자: Yu.Vlasov, Murom, Vladimir 지역
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