4.5.4. Aplicaţii
Regulatoarele de comutaţie descrise, combinate cu diverse tipuri de convertoare de tensiune c.c.—c.c. permit construirea unei largi varietăţi de stabilizatoare de tensiune în comutaţie. în proiectarea lor, o atenţie deosebită se acordă frecvenţei de comutaţie şi factorului de umplere în condiţii de funcţionare în regim permanent. Optimizarea duratelor ton şi se face în funcţie de tensiunile de intrare şi ieşire, căderile de tensiune pe comutator şi diodă şi de inductanţa bobinei. Valorile alese pentru cei doi timpi, determină, atît eficienţa transferului de putere cît şi eforturile la care sînt supuse componentele din convertorul de tensiune c.c.—c.c. O dimensionare incorectă a acestora poate conduce la autodistrugerea stabilizatorului (ton mult prea lung).
Stabilizatorul coborîtor de tensiune din fig. 4.97, utilizează un convertor direct de tensiune c.c.—c.c. Tensiunea de intrare de 25 V se converteşte la ieşire într-o tensiune de 5 V cu o eficienţă de 79% la î0=IOM (70% la i0=0,l IOM). Nivelul tensiunii de ieşire se fixează cu ajutorul reţelei de reacţie RA, RB. Dimensionarea rezistoarelor RA, RB se efectuează într-o manieră similară cu cea prezentată în paragraful dedicat stabilizatoarelor de tensiune de uz general. Tranzistorul comutator (Q1, Q2) conectat între intrare şi bobină prezintă în conducţie o tensiune de VS = l,6 V, valoare care implică toff =60 µs, ceea ce asigură respectarea condiţiei ton >10 µs. Capacitorul de ieşire C0= 400 µF, reduce amplitudinea tensiunii de on- dulaţie la ieşire la mai puţin de 25 mV. Curentul maxim debitat la ieşire s-a limitat la circa 550 mA.
Curentul de ieşire se poate mări adăugind un tranzistor de comutaţie extern de putere mai mare. Această tehnică se ilustrează în fig. 4.98, unde ca regulator de comutaţie se utilizează circuitul integrat SG 1524. Tranzistorul compus extern (Q1, Q2, RF, RG) capabil să comute curenţi mai mari de 2 A, asigură la ieşirea stabilizatorului un curent de maximum 1 A. Rezistorul RE limitează curentul de comandă al bazei tranzistorului compus.
Tranzistoarele comutator interne QA, QB avînd colectorii şi emitorii scurtcircuitaţi formează un comutator comandat la o frecvenţă egală cu a oscilatorului intern (l6,6 kHz). Factorul de umplere se poate varia pînă la 90%.
Nivelul tensiunii de ieşire V0 se fixează prin divizarea tensiunii de referinţă (RA, RB) la un nivel de 2,5 V şi prin reţeaua de reacţie RC, RD. Prezenţa bobinei la ieşire impune compensarea în frecvenţă a amplificatorului de eroare printr-o reţea RC.
Rezistorul RSC fixează valoarea de vîrf a curentului prin comutator (bobină) la 2 A.
În stabilizatorul inversor de polaritate din fig. 4.99, regulatorul de comutaţie µA 78S40 se combină cu un convertor cu acumulare de tensiune c.c.—c.c.
Deoarece emitorul tranzistorului comutator intern (terminalul E) nu are voie să coboare sub potenţialul masei se recurge la un tranzistor extern Q. Rezistorii RE, RD polarizează tranzistorul Q şi limitează curentul absorbit în comutatorul extern (Q1, Q2).
Acelaşi motiv face imposibilă folosirea diodei interne D şi, ca urmare, se apelează la o diodă externă D1.
Capacitorul Cr stabileşte frecvenţa oscilatorului la aproximativ 22 kHz (toff = 30 µs). Curentul de vîrf prin comutator s-a limitat la 0,96 A, curentul mediu absorbit la intrare este minim 2,75 mA.
Tensiunea de intrare este convertită la ieşire într-o tensiune negativă de —15 V, cu o eficienţă a transferului de putere de 93% pentru i0=IOM (90% pentru i0 0,1 IOM ). Curentul maxim absorbit la ieşire este IOM = 200 mA.
Amplificatorul operaţional independent din circuitul integrat, admiţînd tensiuni pe mod comun cu începere de la 0V, se utilizează pentru a furniza, prin intermediul reţelei de reacţie RA, RB, o tensiune de aceeaşi polaritate cu VBEF = 1,3 V, pe intrarea inversoare a comparatorului (IIC).
Cînd la ieşire se solicită tensiuni de polaritate inversă, mai mică în modul decît tensiunea de intrare şi curenţi de ordinul zecilor de mA se poate utiliza o schemă electrică fără bobină. în fig. 4.100 regulatorul de comutaţie SG 1524 se combină cu un convertor de tensiune c.c.—c.c. cu acumulare, realizat pe baza unui multiplicator capacitiv.
În secvenţa cînd QA este deschis şi QB blocat, D2 este direct polarizată şi capacitorul C1 se încarcă. Dioda D3, fiind invers polarizată, separă capacitorul C1 de ieşire.
În secvenţa următoare QA se blochează, QB se deschide. Tensiunea de pe capacitorul C1 polarizează invers dioda D2. Capacitorul C1 se descarcă pe capacitorul C0 tranzistorul QB şi dioda D3.
Pentru valorile capacitoarelor din figură, curentul maxim debitat la ieşire este de 20 mA.
Absenţa inductanţei la ieşire elimină necesitatea reţelei de compensare în frecvenţă RC, capacitorul C0 fiind suficient pentru a asigura stabilitatea.
Frecvenţa impulsurilor de comandă a comutatoarelor este de circa 25 kHz. Şi în acest circuit nivelul tensiunii de ieşire se fixează divizînd tensiunea de referinţă (RA, RB) şi apelînd la o reţea de reacţie RC, RD. Dimensionarea acestor rezistoare se face cu uşurinţă pe baza unor relaţii prezentate in paragrafele precedente (vezi § 4.2.1.). Pentru valorile rezistoareior din figură, stabilizatorul converteşte o tensiune pozitivă de +12 V într-o tensiune negativă de —5 V.
Regulatoarele de comutaţie pot fi folosite în construirea stabilizatoarelor duale de tensiune.
O modalitate constă în adăugarea unui amplificator operaţional care să furnizeze un al doilea nivel de tensiune de ieşire. În acest caz, stabilizatorul dual obţinut va fi cu urmărire.
Tehnica de mai sus se ilustrează în fig. 4.101. În principiu, schema electrică este similară cu schema stabilizatorului inversor de polaritate, din fig. 4.99. Deosebirea constă în faptul că, de astă dată, amplificatorul operaţional independent este utilizat pentru a furniza nivelul de tensiune pozitivă, care urmăreşte variaţiile celui de tensiune negativă (reţeaua de reacţie RA, RB). Tensiunea de control aplicată pe intrarea inversoare a comparatorului se obţine divizînd tensiunea de ieşire pozitivă prin divizorul rezistiv RF, RG.
Stabilizatorul converteşte tensiunea de intrare VI = 20 V în două nivele de tensiune de ieşire simetrice de ±15 V, cu o eficienţă a transferului de putere de 80% (75Vo pentru ieşirea pozitivă, 85% pentru cea negativă la curenţi de ieşire i0=IOM=100 mA.
Această tehnică se poate aplica oricărui tip de regulator de comutaţie integrat, folosind un amplificator operaţional extern.
O altă modalitate de construire a unui stabilizator dual de tensiune constă în utilizarea unui transformator ele comutaţie cu priză mediană în secundar (fig. 4.102). Comutatoarele interne conectate în paralel comandă un tranzistor de putere extern Q de tip NPN. Reţeau RC conectată în paralel pe primarul transformatorului limitează vîrfurile de tensiune care apar în timpul comutaţiei. Alegînd un raport de transformare corespunzător se pot obţine tensiunile de ieşire dorite (redresate şi filtrate prin D1, D2, C0).
Nivelul tensiunii pozitive de ieşire (şi implicit al celei negative) se controlează prin compararea tensiunii furnizate de reţeaua de. reacţie RC, RD cu tensiunea de referinţă divizată prin RA, RB. Prin urmare, circuitul are la bază un stabilizator ridicător de tensiune, realizat cu un convertor de tensiune c.c.—c.c. cu acumulare.
Folosirea transformatorului de comutaţie aduce în scenă un fenomen nou. Dacă factorul de umplere al impulsurilor este prea mare, miezul transformatorului se saturează, curentul prin primar creşte şi conduce la distrugerea stabilizatorului. Protecţia la saturaţia miezului din transformator impune limitarea duratei impulsurilor de comandă sau suprimarea acestora.
Tranzistorul Q1 se deschide cînd creşterea curentului din primar provoacă pe rezistorul RSC o cădere de tensiune suficientă. Saturîndu-se, el limitează tensiunea pe intrarea inversoare a comparatorului la VD3 + VCES, ceea ce conduce la limitarea duratei impulsurilor de comandă.
În condiţii de funcţionare normale, dioda D3 se polarizează invers, îzolînd tranzistorul limitator QL de intrarea comparatorului. Condensatorul C2 se încarcă prin rezistorul RE la o tensiune egală cu VI. Acest condensator are roiul să împiedice ieşirea din limitare la comanda unor impulsuri de curent de durată foarte scurtă. De asemenea, el întîrzie procesul de declanşare a limitării cu durata necesară descărcării sale.Condensatorul C1 compensează în frecvenţă amplificatorul de eroare.
Rezistorul Rp limitează curentul prin comutatoarele interne.
Se menţionează că tensiunea de intrare trebuie limitată la cel mult 6 V, deoarece ieşirea din sursa de tensiune de referinţă interioară (VREF) este conectată direct la intrare (VI).Figura 4.103 prezintă un stabilizator ridicător de tensiune realizat cu circuitul µA 78S40 în combinaţie cu un convertor de tensiune c.c.—c.c. cu acumulare.
Pentru valorile componentelor din figură, frecvenţa impulsurilor de comandă este de circa 9,5 kHz (ton=73 µs; toff=30 µs). Separarea colectoarelor tranzistoarelor Q1 şi Q2 reduce căderea de tensiune pe comutator la VS = 0,5 V. Rezistorul RC limitează Ia circa 50 mA curentul de comandă a bazei tranzistorului Q2.
Stabilizatorul converteşte tensiunea de intrare 5 V, într-o tensiune de ieşire de 15 V, cu o eficienţă a transferului de putere de 80% pentru i0=IOM=555 mA 78% pentru i0=0,l IOM). Amplitudinea tensiunii de ondulaţie este mai mică de 25 mV.
Articole din aceasi publicatie