Tehnologie electronica laborator

Bloc de alimentare proiect

Tema proiectului: un bloc de alimentare care sa preia tensiunea de la retea (220 Vef, 50 Hz) si sa o transforme intr-o tensiune continua stabilizata, de valoare mica (de ex. 5 V), pentru alimentarea altor circuite electronice. Parti componente: transformator de joasa frecventa (50 Hz); redresor +filtru bialternanta in punte, cu condensator de filtraj; stabilizator cu circuit integrat, A723. Date de proiectare:

tipul (fixa, reglabila) si valorile extreme ale tensiunii stabilizate de iesire: minoutU , maxoutU ;

valoarea maxima necesara a curentului de sarcina: maxoutI ; tipul protectiei la scurtcircuit a CI-ului din stabilizator, eventual valoarea

curentului de protectie la scurtcircuit: p scI ; variatia procentuala, in plus, respectiv in minus, a tensiunii de mers in gol a

redresorul, datorata variatiilor tensiunii retelei: 33

100 EE

+ %; 33

100 EE

%; temperatura ambianta maxima: maxat ; tipul capsulei circuitului integrat A723: TO-116, cu 7x2 pini sau TO-100

(rotunda). Proiectarea se realizeaz ncepnd de la sfritul schemei ctre nceputul ei. Se

ncepe, deci, de la stabilizator. Stabilizatorul Se realizeaza un stabilizator cu circuit integrat A723. Pentru acesta avem:

capsula TO-116, cu 7x2 pini (cu configuratia pinilor): Pinii 1, 8 si 14 sunt nefolositi.

Uin=U1 transformator redresor+filtru stabilizator Uout=U4 U2 U3

-

+

A723

12 11

10

7 13

4

5

23

6 9

Vcc+

IN

OUT

Vcc-

com

p.

IN-

IN+

in.proties.prot

Vref Vz

structura interioara, la nivel de schema bloc:

datele de catalog pentru circuitul integrat A723: - tensiunea maxima de intrare (intre pinii 12 si 7): in MAXU

* = 40 V; - tensiunea maxima intre intrare si iesire (intre pinii 12 si 10): 15CE MAXU = 40 V; - tensiunea minima intre intrarile amplificatorului de eroare si masa (intre pinii 5-7, respectiv 4-7): +2 V;

- curentul maxim de iesire (pin 10): out MAXI = 150 mA; - curentul maxim de incarcare a iesirii de referinta (pin 6): ref MAXI = 15 mA; - puterea disipata maxima la 25 oC: 25d MAXP = 660 mW pentru capsula TO-116, si 800 mW pentru capsula TO-100 (rotunda);

- rezistenta termica jonctiune mediu ambiant: jaR = 150 oC/W pentru capsula TO-

116, si 125 oC/W pentru capsula TO-100; - temperatura maxima a jonctiunilor: j MAXt = 125

oC; - curentul de alimentare fara sarcina:

0CI 4 mA;

- tensiunea de referinta (pin 6): refU = 6.87.5 V tipic 7.15 V; - domeniul de temperaturi de functionare normala: 0+70 oC; - tensiunea de protectie (de deschidere a tranzistorului de protectie):

[ ] 3 omaxV 0.7 1.7 10 Cp jU t , unde maxjt = temperatura jonctiunilor la curentul de sarcina la care se face limitarea.

Schemele de stabilizator de tensiune cu circuit integrat A723 depind de tipul si

domeniul de variatie a tensiunii de iesire. Astfel, sunt posibile trei scheme (trei configuratii):

stabilizator de tensiune fixa, intre 26.8 V (schema 1):

* in notatia unei marimi, daca indicele este scris cu litere mari, atunci acea marime reprezinta valoarea de catalog.

circ. de polarizare

circ. pt. tens. de referinta

Tr. de regare compus,T14,T15

A de eroare

+

-

12 1110

9

2

313456 7

Vcc+ IN

OUT

(-)Vz

in.prot.

ies.prot.comp.IN+ IN-Vref Vcc- (masa)

La intrarea neinversoare (5) a amplificatorului de eroare din integrat se aplica o

parte din tensiunea de referinta (de la pinul 6), Uref, divizata. Condensatorul CF (ceramic, 10100 nF, poate fi si electrolitic, pana la 5 F) are rol de filtraj, reducand zgomotul ce apare in Uref, deci si zgomotul lui Uout. (Tensiunea de iesire se poate varia din RV, intre aceleasi limite. Tensiunea de iesire nu trebuie sa coboare sub 2 V, altfel amplificatorul de eroare din integrat nu mai lucreaza normal.) Rezistenta de balast, bR , se pune numai la schemele la care protectia la scurtcircuit a integratului este simpla, nu prin intoarcere.

stabilizator de tensiune fixa, intre 7.533 V (schema 2):

In acest caz, Uref (pin 6) se aplica direct la intrarea neinversoare (pin 5) a

amplificatorului de eroare. Tensiunea Uout divizata se aplica la intrarea inversoare (pin 4). (Tensiunea de iesire se poate varia din RV, intre aceleasi limite.)

R2

R1

R3

+UoutRp

+U3

- -

Cf

10n

Rv

Ce- +

U1

BA723

12

11

10

7

13

4 52 3 69

Vcc+

Vc OU

T

Vcc-

COMP

- +CL

CS

Vre

fV

z

Rb Cc

Cc'

100p

26.8 Vfixa

RvCc

R2

Rp

R3

+Uout

-

- +

BA723

12

11

10

7

13

4 52 3 69

Vcc+

Vc OU

T

Vcc-

COMP

- +CL

CS

Vre

fVz

-

+U3

R1

Ce

Cc'

100p

7.533 V fixa

stabilizator de tensiune variabila, de la 2.2 la 33 V sau fixa intre 6.87,5 V

(schema 3):

Tensiunile Uref si Uout se aplica divizate pe intrarile neinversoare si inversoare

ale amplificatorului de eroare. (Tensiunea de iesire se poate varia din RV. In cazul tensiunii variabile, minimul poate fi intre 2.27.5 V si maximul intre 6.833 V.) La proiectarea schemelor se tine cont de urmatoarele: - divizoarele de tensiune se realizeaza cu RPM-uri (ca sa se modifice putin cu temperatura); - condensatorul CC se alege ceramic, de 100 pF. El realizeaza corectia amplificatorului de eroare, eliminand autooscilatia lui. Important. Daca este necesar ca si curentul de iesire sa fie mai mare de 150 mA, cat poate da integratul, se adauga in schema un tranzistor extern, npn, de reglaj serie, notat cu T, ca in figura de mai jos. Atentie: e posibil ca tranzistorul ales sa aiba nevoie de radiator, care se calculeaza si se adauga in schema. Pentru asigurarea protectiei la scurtcircuit a integratului, cu intoarcerea caracteristicii (adica in situatia in care avem scurtcircuit pe sarcina, curentul de iesire creste pana la valoarea permisa p scI , apoi curentul si tensiunea pe sarcina scad ambele; la o protectie simpla scade numai tensiunea) se adauga in schema rezistentele R4, R5, ca n figur:

R2

- +

BA723

12

11

107

13

4 52 3 69

Vcc+

Vc OU

TVcc-

COMP

- +CL

CS

Vref

Vz

Rp

R1

Cc

Cc'

100p

+Uout

Cf

10n

R1

Rv

R2

-

+U3

Ce

-

2.233 var 6.87.5 fixa

Uout

IoutIsc Iout max Ip sc

Eout(in gol)

cadere datorata rezistentei int. a stabilizatorului

caracteristica cuintoarcere

Etape de proiectare a stabilizatorului:

1. se alege schema (1, 2 sau 3), functie de tipul si valoarea tensiunii de iesire Uout din datele de proiectare;

2. se determina tensiunea minima necesara la intrarea stabilizatorului: 3 min max 3 0 (0.8...1)out CE satur r m piU U U u U V+ + + + ,

din care: - Uout max este data; - UCE satur provine din interiorul tranzistorului de reglare compus (din A723). Avem

ca: max1.5 VCE satur BEU U= + , unde {max 0.5...0.7 V pt. TR cu Ge0.8...1.0 V pt. TR cu SiBEU = ; - ur3m = amplitudinea pulsatiilor tensiunii de iesire din redresor+filtru; se adopta astfel: ( )3 3 30.04...0.1r mu U U= = , unde coeficientul ia valori mici pentru curenti de sarcina de sute de mA si mari pentru curenti de ordinul amperilor; pentru tensiuni pe sarcina uzuale (5 20 V), ur3m se ia valori intre 0.20.8 V la curenti de sarcina mici, respectiv intre 0.42 V la curenti mari; - Upi0 = 0.81.2 V, acopera caderea de tensiune pe Rp (pt. protectia la scurtcircuit); - (0.81) V este rezerva. Este necesar ca 3 minU > 9.5 V. Daca nu iese astfel, se impune 9.5 V (direct).

3. se determina: - tensiunea nominala de la intrarea stabilizatorului, la curentul maxim de sarcina:

( )3 min

33

3

1 1

UU E

E

= +,

apoi: ( )33 max 33

1 1EU UE

+ = + + ; - tensiunea de mers in gol a redresorului: ( )3 3 1 1.5E U + , care variaza intre limitele: 33 max 3

3

1 EE EE

+ = + , respectiv: 33 min 3

3

1 EE EE

= ,

Rp

- +

BA723

12

11

10

7

13

4 52 3 69

Vcc+

Vc OU

T

Vcc-

COMP

- +CL

CS

Vref

Vz

R5

R4

+Uout

--

+U3 T3 1

2

unde se noteaza: 33

irI RU

= = caderea de tensiune relativa pe rezistenta interna a redresorului cu filtru, irR . Marimea se adopta intre 0.10.2;

4. se verifica ca la functionarea in gol a stabilizatorului sa nu se depaseasca tensiunea maxima admisa pe integrat: 3 max 40E V ( ,in MAXU = 40 V, la circuitul integrat). Daca nu e indeplinita conditia se alege alt circuit integrat.

5. se calculeaza puterea disipata pe tranzistorul extern: ( )max lim 3 max min 0d T out piP I U U U= , cu limI fiind egal cu curentul de protectie la scurtcircuit, ,p scI (curentul de sarcina la care va actiona protectia), din datele initiale. El se poate estima si cu relatia:

( )lim max1.05...1.1 outI I= . 6. se determina pentru tranzistorul extern:

3 max minmax

3 max 0

in golmax la scurtcircuitout

CEpi

E UU U U=

7. se adopta un tranzistor care indeplineste conditiile: - limC MAXI I> - maxCE MAX CEU U - de la punctul anterior - daca se poate (adica daca tranzistorul nu va necesita radiator), a treia conditie este:

0 maxd MAX d TP P , unde max0 j MAX ad MAXjc ca

t tP

R R= + , cu j MAXt , jcR si caR luati din catalog

pentru tranzistorul ales astfel incat sa indeplineasca primele doua conditii. Daca nu gasim un tranzistor convenabil care sa indeplineasca cele trei relatii, se poate pune radiator la tranzistor. Atunci, a treia conditie devine:

maxd MAX r d TP P , unde d MAX rP reprezinta puterea disipata maxima admisa de tranzistorul cu radiator, la temperatura maxat :

max max25 0 0(0.35...0.4)25 C 25 C

j MAX a j MAX ad MAX r d MAX r tot

j MAX j MAX

t t t tP P P

t t = ,

unde Ptot reprezinta puterea disipata maxima admisa cand temperatura capsulei este 25 oC; Ptot se mai numeste si putere disipata cu radiator infinit si este data in catalog, unde este notata d MAXP .

8. pentru tranzistorul adoptat se iau din catalog: minM (static), la curentul de colector limCI I= (se foloseste graficul ( )min CI ). Se verifica ca:

limmax

min

150BM

II = mA (cat scoate integratul) daca nu, se alege alt integrat. Tot din catalog se ia maxBEU . Aceasta se ia din graficul ( )B BEi u , pentru maxB Bi I= .

9. se determina puterea disipata maxima pe capsula integratului, in regim de limitare de curent:

( ) 3limmax 3 max min 0 max 3 maxmin

(4 10 A)d CI out pi BEM

IP U U U U U= + .

Se verifica ca: maxd CI d MAX CIP P< , unde 0

max25 0

125 C100 C

ad MAX CI d MAX

tP P

= - daca nu se alege alt integrat sau alta schema de stabilizator cu A723, in varianta cu element de reglare cu doua tranzistoare, etc. Puterea 25d MAXP reprezinta valoarea de catalog, la 25 oC, pentru integrat.

10. se determina la ce valoare trebuie redus curentul, in regim de scurtcircuit (si fara a se depasi puterea disipata maxima). Valoarea respectiva va fi minimul dintre

sc TI si sc CII , calculate mai jos: ( )min ,sc sc T sc CII I I= . Calculam puterea disipata pe tranzistor la scurtcircuit: ( )lim 3 max 0d sc T piP I U U= . Verificam daca: 0d sc T d MAXP P .

Daca avem indeplinita conditia, verificam daca: d sc CI d MAX CIP P , unde ( ) 3lim 3max 0 max 3max

min

4 10d sc CI pi BEM

IP U U U U= + .

Daca avem indeplinita noua conditie, integratul nu are nevoie de protectie la scurtcircuit prin limitare de curent cu intoarcere. Daca nu este indeplinita noua conditie, calculam sc CII :

[ ] ( )( ) ( ) ( )

33max

23 33max 3max

1 4 10 A 0.5VA

2

1 4 10 A 0.5V 4 1 4 10 A 1

2

sc ir BE scscCI

ir

sc ir BE sc ir sc d MAX CI

ir

U R UI

RU R U R P U

R

+ + + + + +

( [ ] 3

limir

URI = = rezistenta interna a redresorului.)

Deoarece sc si BE scU depind de sc CII , se lucreaza iterativ. Se calculeaza mai intai sc CII , folosind pentru sc si BE scU valorile initiale: minM si maxBEU . Curentul sc CII

astfel calculat va fi EI pentru tranzistor. Corespunzator acestui curent de emitor, luam din caracteristicile tranzistorului: ( )min Ci si ( )B BEi u noile valori pentru ( )minsc = si ( )BE sc BEU u= . Cu aceste valori il calculam din nou pe sc CII , si asa mai departe. In general nu sunt necesare mai mult de doua iteratii. In final se obtine sc CII cautat.

Daca nu, (adica daca 0d sc T d MAXP P ), calculam sc TI :

[ ] ( )( ) ( )

33max

23 33max 0 3max

1 4 10 A 0.5 VA

2

1 4 10 A 0.5 V 4 4 10 A 1

2

irsc T

ir

ir ir d MAX

ir

U RI

RU R R P U

R

+ + +

daca tranzistorul este fara radiator, sau:

[ ] ( )( ) ( )

33max

23 33max 3max

1 4 10 A 0.5 VA

2

1 4 10 A 0.5 V 4 4 10 A 1

2

irsc T

ir

ir ir d MAX r

ir

U RI

RU R R P U

R

+ + +

,

daca tranzistorul este cu radiator. 11. se determina exact tensiunea pU , la care actioneaza protectia la scurtcircuit.

Se calculeaza mai intai temperatura maxima a integratului: max max maxj a d CI jat t P R= + , unde jaR reprezinta rezistenta termica jonctiune mediu ambiant data de catalog pentru integrat. Se verifica ca: maxj j MAXt t< a integratului, din catalog (egala cu 125oC). Daca nu, se alege alt integrat. Se determina: [ ] 3 0maxV 0.7 1.7 10 Cp jU t = .

12. se determina pR (necesara pentru limitarea curentului de scurtcircuit):

lim

outp

out psc

p sc

UR U UI I

U

= + . Daca stabilizatorul e de tensiune variabila, se ia maxoutU in

loc de outU . Tensiunea p scU corespunde temperaturii integratului atinsa cand curentul de scurtcircuit este sc TI . Se calculeaza urmand pasii de mai jos: - calculam:

( ) ( )33max 3max' 1 4 10 A 1sc Td sc CI sc T ir p BE sc T sc T irsc T

IP U I R U U U I R

= + + + , cu sc T si BE sc TU stabilite pentru tranzistorul extern, la curentul sc TI (se iau de pe graficele ( )min Ci , respectiv ( )B BEi u , pentru E sc T Ci I i= ); - calculam: max 'j sc CI a d sc CI jat t P R= + ; - calculam: [ ] 3 0V 0.7 1.7 10 Cp sc j sc CIU t =

13. Verificam caderea de tensiune pe pR calculata:

limpi pU R I= . Aceasta trebuie sa difere cu cel mult 0.2 V fata de valoarea adoptata initial, 0piU . Daca nu, se reia de la inceput, impunand un 0piU mai mare. (Daca piU se obtine mai mare decat 1.21.5 V, stabilizatorul trebuie musai sa aiba tranzistor extern.)

14. determinam rezistentele 4R , 5R , pR , care realizeaza limitarea cu intoarcere:

4 5out pi

dp

U UR R

I++ =

4 5 1sc p

p sc

I RR R

U =

Daca stabilizatorul e de tensiune variabila, in prima relatie se pune maxoutU in loc de

outU . Curentul dpI reprezinta curentul prin divizorul de protectie; se poate adopta de circa 1% din maxoutI . (E necesar ca limI si scI sa ramana constante la modificarea tensiunii de iesire de la

maxoutU la minoutU . Aceasta inseamna ca 4R , 5R trebuie modificate simultan, de la valorile de mai sus pana la valorile:

min5 min 4lim

out p

p p

U UR R

I R U+=

44min 5min5

RR RR

= ceea ce e destul de complicat. Daca 4R si 5R se lasa nemodificate, pentru tensiunea

minoutU curentul scI nu se modifica, iar limitarea are loc la curentul:

min 4lim min

5

out psc

p p sc

U R UI I

R R U= + - care e uneori acceptabil, fiind apropiat de limI .

(curentul de scurtcircuit nu se modifica). Este bine sa se verifice si acest lucru, daca dorim sa lasam nemodificate 4R , 5R , altfel ele trebuie prevazute in schema variabile.)

15. calculul divizorului R1 - VR - R2. Se face pentru fiecare din cele trei scheme separat. - pentru schema 1:

VR ajusteaza outU la valoarea impusa, compensand dispersia lui refU , imprecizia rezistentelor si cadrea de tensiune pe 3R . Curentul prin divizor se adopta in jur de 1 mA. Avem: 1 2 7.15VR R R+ + = k [ ]2

1 2

V0.80.8 6.8

outV

V

UR RR R R

+ =+ +

[ ]21 2

V1.2 7.5

out

V

URR R R

=+ + Daca tensiune de iesire este fixa, VR se ia de tip semireglabila. Daca 6.8outU = V, se ia 1 0R = si nu se mai foloseste a doua ecuatie. Daca tensiunea de iesire este variabila, inlocuim in sistem pe outU cu maxoutU in a doua ecuatie, respectiv pe outU cu minoutU in a treia ecuatie, iar VR se pune de tip potentiometru. Daca max 6.8outU = V, se ia 1 0R = si nu se mai foloseste a doua ecuatie. Valorile obtinute pentru rezistente, in k, trebuie normalizate (se adopta pentru ele valori din catalog). Pentru a nu introduce dispersii, se ia VR normalizat si se introduce in ultimele doua ecuatii, de unde se recalculeaza 1R si 2R . Acestea se normalizeaza, adoptandu-se rezistente cu toleranta 25 %. - pentru schema 2: Se adopta un curent prin divizor, dI , care sa nu incarce mult iesirea:

( )1...2dI = % maxoutI . Avem:

1 2 outVd

UR R RI

+ + =

[ ]21 20.8 7.5

0.8 VV

V out

R RR R R U

+ =+ +

[ ]21 26.8

1.2 VV out

RR R R U

=+ + Daca tensiune de iesire este fixa, VR se ia de tip semireglabila. Daca 7.5outU = V, se ia 1 0R = si nu se mai foloseste a doua ecuatie. Daca tensiunea de iesire este variabila, inlocuim in sistem pe outU cu

min max

2out outU U+

in prima ecuatie, pe outU cu minoutU in a doua ecuatie si pe outU cu maxoutU in a treia ecuatie, iar VR se pune de tip potentiometru. Daca max 7.5outU = V, se ia 1 0R = si nu se mai foloseste a doua ecuatie. Rezistentele se normalizeaza ca mai sus. - pentru schema 3: Se adopta tensiunea maxima de la intrarile amplificatorului de eroare (corespunzator tensiunii de referinta maxime, de 7.5 V): max minintr outU U . Totodata, minintrU nu trebuie sa coboare sub 2 V impusa de integrat (corespunzator lui min 6.8refU = V). ( minintrU se realizeaza cand refU este minima; cand refU e maxima, rezulta 2.2intrU V. Deci, de la stabilizator se obtine o tensiune de iesire mai mare de 2 V. Se poate obtine si 2 V, dar mai trebuie luate niste masuri.) Se dimensioneaza mai intai divizorul 1 'R , 2 'R astfel incat sa se obtina maxintrU adoptat (cand refU e maxima), la un curent de 1 mA: [ ] [ ]2 max' k VintrR U= [ ]1 2' 7.5 k 'R R= Calculam minintrU . Obtinem, datorita dispersiei lui refU :

min max max6.8 0.9057.5intr intr intr

U U U= = . Calculam rezistentele divizorului de iesire 1R , VR , 2R . Pentru calculul acestuia, se impune si conditia de simetrizare a rezistentelor echivalente la cele doua intrari ale amplificatorului de eroare. Rezulta ca scade deriva acestuia, deci tensiunea va fi mai bina stabilizata. Avem:

1 2 1 2' '2 2V VR RR R R R + + =

max21 2 min

0.80.8

intrV

V out

UR RR R R U

+ =+ +

min21 2 max1.2

intr

V out

URR R R U

=+ + Daca se adopta max minintr outU U= , atunci 1 0R = si a doua ecuatie se omite. Rezistentele se normalizeaza ca mai sus.

16. se determina rezistenta 3R (din schemele 1 si 2), din conditia reducerii derivei

amplificatorului de eroare: 3 1 22 2V VR RR R R = + + .

17. se calculeaza condensatorii de la iesire: [ ] ( ) [ ]maxF 500...1000 Ae outC I ( )10...100CC = nF mai mare pentru variatii mai mari in impuls ale curentului de sarcina.

18. se calculeaza, daca e cazul, radiatorul pentru tranzistorul extern. - se determina puterea disipata maxima admisa de tranzistorul fara radiator, 0d MAXP ; Radiatorul va fi necesar daca 0 maxd MAX d TP P . - se determina puterea maxima admisa, la temperatura maxat , de catre dispozitivul cu radiator, cu racire naturala, d MAX rP ; daca e indeplinita conditia: max maxd T d rP P , atunci se calculeaza radiatorul. Daca nu, este necesara fie o racire fortata, fie adoptarea unui dispozitiv de putere mai mare.

- se determina rezistenta termica totala jonctiune - aer: maxmax

j MAX aja tot

d T

t tR

P= .

- se calculeaza rezistenta termica radiator aer: ( )( ) ( )ca ja tot jcra iz crca ja tot jc

R R RR R R

R R R

= + , unde se considera ca rezistenta totala a radiatorului este formata din: raR , intre locul de contact cu dispozitivul semiconductor si mediu; izR care reprezinta rezistenta termica a izolatiei electrice, cand este necesara; crR , intre capsula si radiator. Ultimele

doua se estimeaza: [ ]0275...325C/W

mmiz CR

A , cu CA - aria suprafetei de contact dintre

capsula si radiator; [ ]0200...275C/W

mmcr CR

A - scade daca radiatorul are contact cat

mai bun cu piesa (se poate folosi unsoare, o saiba subtirie de plumb, etc.). (Am folosit ca ja totR se poate scrie ca : ( )ja tot jc ca iz cr raR R R R R R= + + + .) - se determina suprafata necesara a radiatorului: 2

4

650cm33ra

kSkRg

=

,

unde: [W/ 0C m] este conductibilitatea termica a metalului (Al = 210 W/ 0Cm; Cu = 280 W/ 0C m); k [oCm2/W] este coeficient de pozitie si culoare, dat in tabelul 1.1/pag.80/[1]; g [mm] grosimea placii radiatorului. Grosimea tablei se ia de 14 mm, mai mica pentru puteri mai mici. Dispozitivul se monteaza in centru. Daca radiatorul este de forma dreptunghiulara, suprafata S rezultata se multiplica cu factorul de corectie m, dat in fig. 1.28/pag.81/[1]. Redresorul + filtrul Schema circuitului redresor bialternanta in punte, cu filtru capacitiv este:

D2

D1D4

U2

Cf iltruD3

0

+U3

-

Caracteristici: - numar de diode: 4; - tensiunea inversa maxima a diodelor: 31.5 U ; - curentul de varf repetitiv prin diode: 34 I ; - curentul mediu maxim prin diode: 30.5 I ; - numarul de infasurari secundare ale transformatorului: 1; - diametrul conductorului din primarul transformatorului: 1d ; - diametrul conductorului din secundarul transformatorului: 21.19 d ; - sectiunea miezului transformatorului: Fe mS S= ; - capacitatea condensatorului de filtraj: Cfiltru. Date de proiectare folosite aici: - curentul mediu redresat maxim sau curentul continuu maxim, consumat de sarcina (adica de stabilizator) (la tensiunea de retea nominala): 3 limI I= (e curentul la care actioneaza protectia la scurtcircuit si care nu se modifica la cresterea tensiunii retelei peste valoarea nominala); - tensiunea medie redresata sau tensiunea continua pe sarcina (la curentul 3I ): 3U ; - caderea relativa de tensiune pe rezistenta interna a redresorului (cand e impusa de la calculul stabilizatorului): ; - variatia tensiunii redresate: 3r mu ;

- cresterea posibila a tensiunii retelei, in procente: 311 3

100 100 EEE E

+ = ; Alegerea diodelor redresoare se face astfel incat: - tensiunea inversa maxima din catalog 31.5RRMU U> ; - curentul mediu redresat maxim din catalog 3 max0 FAV

II I

m= > , unde 3 maxI se ia 3I

pentru redresor urmat de stabilizator cu element de reglaj serie, iar m = numarul de alternante redresate = 2;

- curentul de varf repetitiv maxim: 3maxmax 8FRM DmII i

m= > , (cu 3max 3I I= si 2m = );

Se alege dioda cu datele de mai sus, pentru care se ia din catalog curentul de suprasarcina maxim: FSMI . Din caracteristica diodei curent tensiune liniarizata,

incepand din zona curentului de varf repetitiv, 3max8DmIi

m= , se determina 0DU si dr

(rezistenta dinamica): 0Dm DdDm

u Uri= . Caracteristica curent tensiune apare astfel:

Etapele de calcul a circuitului redresor:

1. se determina amplitudinea tensiunii din secundarul transformatorului, la mers

in gol: ( )2 3 1 1.5m DU U pU+ + . Valoarea efectiva a acesteia este: 22 2mUU = , unde

p = numarul de diode in serie = 2, iar DU = tensiunea de deschidere a diodei, care se ia circa 0.1 V pentru diode cu germaniu si 0.4 V pentru diode cu siliciu.

2. calculam unghiul de deschidere al diodelor. Consideram tensiunea pe sarcina (pe condensatorul de filtraj) constanta (neglijam variatiile sale). Rezulta ca prin diodele redresoare trece un curent numai in intervalul 2 , in care 2 3 0Du U pU> + , ca in figura: ( 2 reprezinta unghiul de deschidere al diodelor) Unghiul se determina din relatia: 3 0 2 2cos 2 cosD mU pU U U + = = . Luam apoi din tabelul 2.2/pag.91/[1] urmatoarele marimi care depind de : B, F, D, H

(pentru m = 2). Marimea B reprezinta: 23 0

12 2 cosD

UBU U = =+ . Marimile D, F, H

se pot lua si din graficul 2.4/pag.91/[1], functie de B caculat.

iD

uD

iDm

uDmUD0 UD

ctg dr =

ideal Ur0 + pUD0

u2, iD

t- - 0

iDm

U2m

u2real

iD

3. se calculeaza curentul de varf repetitiv: 3max2Dm

Ii F= . Verificam ca: Dm FRMi I< pentru dioda aleasa. Daca nu, se alege o dioda cu Dmi mai mare.

4. se calculeaza curentul efectiv maxim printr-o dioda redresoare: 3 max

2D ef mI

I D= . Curentul efectiv prin secundarul transformatorului va fi: 2 2 D ef mI I= .

5. se determina condensatorul de filtraj, pentru a obtine variatiile impuse: 3 0

3

2[F] Dfiltrur r m

U UC HR u+= , unde rR reprezinta rezistenta interna a redresorului fara

filtru:

3 3max 3

3 2 3

0.583rm

U I UR mI U I = . Se normalizeaza, alegand din catalog un condensator

electrolitic de valoare mai mare sau egala. Tensiunea nominala a condensatorului trebuie sa depaseasca valoarea tensiunii maxime de mers in gol a redresorului:

( )3max 21

12 1m DEU U UE

= + , tinand cont de cresterea tensiunii retelei peste

valoarea nominala. Curentul ondulatoriu admis de condensator (din catalog) treuie sa

fie mai mare decat 2Dmi .

6. se calculeaza curentul de suprasarcina nonrepetitiv, care apare la conectarea redresorului in retea. In cazul cel mai defavorabil avem:

( ) 6 3maxmax [ ]

1.8...2 102Ds

IiH= SI . (Pentru redresor bialternanta coefcientul de la

numarator se ia 1.8. Verificam ca: Ds FSMi I< . Daca nu, se ia o dioda cu FSMI mai mare si se refac calculele. Daca Dsi rezulta foarte apropiat de FSMI , se mai verifica si durata impulsului de curent prin dioda, it , cand filtruC este maxim. Calculam

[ ]%1

100p

i r filtru

tt R C

= + , unde pt reprezinta toleranta pozitiva maxima, in procente, a

lui filtruC . Se impune ca: ti < 10 ms = o semiperioada (timp in care dioda suporta curentul FSMI .

7. se calculeaza rezistenta totala care va fi vazuta din secundarul transformatorului: 2T r dr R r= . Totodata, 1 2'Tr r r= + ., unde 1 'r reprezinta rezistenta primarului vazuta din secundar, iar 2r este rezistenta secundarului.

8. se calculeaza puterea disipata medie pe o dioda redresoare: 23max

0 2d med D D ef m dIP U I r= + si se verifica daca diodele necesita sau nu radiator. De

obicei nu se foloseste radiator la redresor (se prefera sa se aleaga diodele convenabil). Transformatorul La blocul de alimentare proiectat aici se va calcula un transformator de retea cu o singura tensiune de alimentare in primar (alimentare de la retea) si un singur secundar.

Date de proiectare: - valoarea efectiva a tensiunii de alimentare in primar: 1 inU U= (= 220 V aici), si frecventa acesteia: f (= 50 Hz aici); - valoarea efectiva a tensiunii din secundar: 2U ; - conditiile de lucru (usoare, medii - aici, grele); - particularitati constructive (cu/fara impregnare: cu impregnare aici; tip tola si material: tabla silicioasa, laminata la cald, de 0.35 mm grosime aici; etc.). Etapele de proiectare a transformatorului

1. stabilirea schemei de lucru:

r2

0

U1

FREQ = 50

T1 5

4 8

r1

0

U2

2. se calculeaza puterea utila in secundar: 2 2uP U I= . Se adopta randamentul

transformatorului, conform graficului din figura 1/pag.7/[2]. Atentie: la folosirea graficului se tine cont ca pe abscisa se afla P, nu uP , unde P reprezinta puterea totala

absorbita de transformator de la retea, care include si pierderile ( u uu p

P PP P P

= = + ). Se stabileste, deci si puterea P.

3. Se calculeaza sectiunea miezului: mS k P= , in care se adopta coeficientul k: ( ) 41.3...1.9 10k = - pentru conditii de lucru grele, k mare si invers. 4. se adopta inductia maxima in miez, mB , in functie de conditiile de lucru si de

materialul tolei. Pentru miezuri din tole de 0.35 mm grosime, din tabla silicioasa, laminata la cald (folosite aici): mB = 0.91.45 T; se iau valori mici pentru conditii grele de lucru (racire proasta, suprasarcini frecvente, etc.) si invers. In conditii medii se recomanda valori intre 1.151.25 T. Cu valoarea adoptata se calculeaza numarul

de spire pe volt: 01

4.44 m mN

fS B= spire/V. Numerele de spire ale infasurarii primare,

respectiv secundare vor fi: - in primar: 1 1 0N U N= ; - in secundar: ( )2 2 01.02...1.10N U N= . Coeficientul din paranteza rotunda se alege mai mare la puteri mici, sub 10W.

5. se determina diametrele conductoarelor infasurarilor. Se calculeaza mai intai

curentul din primar: 11

PIU

= . Curentul din secundar, 2I , se cunoaste. Se adopta densitatile de curent din infasurari: 1, 2j = 28 A/mm2. Se aleg valori mai mari pentru bobinajele exterioare si in conditii usoare de lucru si invers. Se calculeaza diametrele conductoarelor din fiecare infasurare:

1, 2 1, 2 1, 21, 2 1, 221, 2 1, 2 1, 2

4/ 4

I I Ij d

s d j = = = . Conductoarele se normalizeaza cu ajutorul tabelului de conductoare A.1.2.a/b./pag.23,24/[2] (valorile standard pentru diametrele conductoarelor sa fie mai mari sau egale cu cele calculate).

6. se calculeaza aproximativ sectiunea bobinei: 1 21 21 2

b b bN NS S SC C

= + = + , unde 1, 2C reprezinta numarul de spire pe cm

2 si se ia din tabelul de conductoare, conform particularitatilor constructive (cu/fara impregnare). Transformatoarele cu impregnare sunt fara izolatie intre straturi si invers.

Se calculeaza suprafata necesara a ferestrei miezului: bf necSS = , unde reprezinta

coeficientul de umplere a ferestrei miezului se adopta: 0.7 = aici. Se alege tola cu fS cel mai apropiat de f necS , din tabelul de tole A.1.1.a/b./pag.21,22/[2]. Daca nu gasim una corespunzatoare se creste putin mB si/sau 1, 2j si se recalculeaza. Daca tot nu se rezolva, se alege tola imediat mai mare si se accepta o umplere mai proasta a ferestrei miezului. A doua solutie este mai putin recomandata.

7. se calculeaza grosimea teoretica a pachetului de tole: mScb

= . Verificam daca cb= 1.22 (ideal 1.5). Marimea c

b se numeste factor de forma al transformatorului.

Daca nu este indeplinita conditia precedenta, se alege alta tola. (Randamentul

transformatorului depinde foarte mult de de factorul sau de forma si de raportul bga

,

cu bg = grosimea bobinajului si a = latimea ferestrei. De aceea se recomanda ca aceste cantitati sa fie cat mai apropiate de valoarea lor optima.) Se calculeaza grosimea reala a pachetului de tole (necesara pentru carcasa):

( )1.04...1.08rc c= . Coeficientul de multiplicare depinde de netezimea suprafetei tolelor din miez si de planeitatea acestora.

8. se calculeaza umplerea ferestrei miezului. Se aleg mai intai carcasa si izolatiile, din tabelul 1,2/pag.10/[2]. Grosimea bobinajului cu tot cu izolatii va fi: (pe peretele central al miezului se pune mai intai carcasa, apoi se bobineaza primarul, se pune izolatie intre infasurari, apoi se bobineaza secundarul, apoi se pune izolatia exterioara a se vedea si fig.2/pag.9/[2]. Primarul si secundarul se fac cu sau fara izolatie intre straturi, dupa cum transformatorul este fara sau cu impregnare.)

2

1b c iz l iz ext k iz k

l kg g g g w d

== + + + , unde folosit urmatoarele notatii:

- cg = grosimea carcasei (izoleaza miezul de bobinaje); - iz lg = grosimea izolatiei numarul l, dintre stratul l si (l+1). Acest tip de izolatie se pune si intre infasurari si nu se pune la exterior. Indicele l desemneaza, deci, stratul. Se lucreaza astfel: daca transformatorul este fara impregnare, se pune izolatie si intre straturile fiecarei infasurari, si intre infasurari; daca transformatorul este cu impregnare, nu se pune izolatie intre straturi, doar intre infasurari (deci, suma va avea un singur termen, aici, in acest caz).

- iz extg = grosimea izolatiei exterioare;

- 2

1 1 2 21

k iz k iz izk

w d w d w d=

= + - aici. Termenul reprezinta suma grosimilor efective ale celor doua bobinaje, fara izolatii intermediare (intre starturi, intre infasurari, exterioara sau fata de miez). Indicele k desemneaza, deci, infasurarea (aici, k = 1, 2). Acest termen se calculeaza astfel: calculam mai intai numarul de straturi din

infasurarea k: kkk strat

NwN

= , care se rotunjeste la intregul superior (in practica se completeaza stratul cu folie izolanta). Marimea k stratN reprezinta numarul de spire pe

strat: pk stratiz k

h hN

d= , cu h = inaltimea ferestrei miezului (a se vedea si figura

2/pag.9/[2]), in care se bobineaza spira langa spira, apoi strat dupa strat; ph =dublul grosimii carcasei, care vine in partea de sus, respectiv jos a ferestrei miezului de obicei se ia 2p ch g= ; iz kd = diametrul conductorului cu izolatie a infasurarii k, se ia din tabelul de conductoare.

Umplerea este buna daca: 0.8...0.92bga= . Daca e prea mica, se realege tola, nu se

umple cu izolatie. 9. se determina rezistentele infasurarilor, 1, 2r . Se calculeaza mai intai lungimea

spirei medii, sl (a se vedea si figura 2/pag.9/[2]): ( ) ( ) ( )2 2 2 2s c r c b cl b g c g g g= + + + + .

Rezistentele infasurarilor vor fi: 0k k s kr N l R= , unde 0kR [/m] = rezistenta pe unitatea de lungime a infasurarii k se ia din tabelul de conductoare.

10. se calculeaza randamentul transformatorului obtinut. Se determina mai intai pierderile. Aceste asunt de doua feluri: pierderi Joule in infasurari, respectiv pierderi in miez, prin histerezis si curenti turbionari. Pierderile din infasurari se calculeaza:

22

1 1 2 21

Cu k kk

P r I r I r I=

= = + . Pierderile in miez se calculeaza: 0Fe Fe Fe mP P M B= , unde 0FeP [W/kgT] = pierderi specifice pentru tole laminate la cald E+I, 0FeP = 1.11.3 W/kgT (daca se folosesc suruburi de strangere a pachetului de tole, acestea pot scurtcircuita tolele marind pierderile prin curenti turbionari cu circa 510 %). Marimea FeM = masa miezului, care se determina fie ca produsul dintre numarul de tole din miez si masa unei tole (din tabelul de tole), fie ca produsul dintre densitatea 7700miez Fe = kg/m3 si volumul miezului ( )1.5

/1.5m mc bV V= , cu ( )1.5mV = volumul miezului cand factorul de

forma este ideal 1.5, luat din tabelul de tole. Puterea totala pierduta la nivelul transformatorului este: p Cu FeP P P= + . Randamentul obtinut va fi: 1p pucalculat

P P PPP P P

= = = . Se verifica ca: 5 %calculat , unde este randamentul adoptat initial. Daca nu, se recalculeaza de la inceput.

11. se calculeaza curentul de mers in gol: 01

12

m ml HIN

= , unde ml = lungimea medie a circuitului magnetic se ia din tabelul de tole; mH = intensitatea maxima a campului magnetic din miez se ia din figura 3/pag.11/[2], in functie de mB . Se verifica ca: ( )0 10.3..0.5I I< pentru P = 215 VA, respectiv ( )0 10.1..0.3I I< pentru P >15 VA. Daca nu, se recalculeaza numarul de spire din primar.

12. se calculeaza supraincalzirea transformatorului. Se determina mai intai temperatura maxima a bobinajului in timpul lucrului: max maxa bob at t T= + , (in oC), unde T reprezinta supraincalzirea si se calculeaza: ( )

p

r br mr

PT

S vS = + . Marimea r [W/m2oC] este coeficientul global de evacuare a caldurii, cu valori intre 920

W/m2oC, cu atat mai mic cu cat izolatiile sunt mai groase si invers, si totodata mai

mare la bobinaje impregnate. Marimea CuFe

PvP

= . Suprafetele brS si mrS reprezinta suprafetele de racire totale (exterioare) ale bobinei, respectiv miezului se calculeaza din geometria transformatorului, astfel:

( ) ( )2 2 4 4 2br b b b bS h b g hg g b g= + + + + = suprafata exterioara a bobinei necuprinsa in fereastra miezului;

( ) ( )2 6 5 2 6 6mr rS c a a a a a h h= + + + + + = suprafata exterioara a miezului, fara partea din fereastra si din bobina. Se verifica ca: maxa bobt 45-70 oC, la transformatoare cu izolatie de clasa Y (obisnuita). Bibliografie [1] Proiectarea unor circuite electronice, M. Ciugudean, Ed. Facla, Timisoara, 1983. [2] Tehnologie electronica indrumar de proiectare, V. Cehan, M. Albulet, Ed. Univ. Th. Gh. Asachi Iasi, 1996.

/ColorImageDict > /JPEG2000ColorACSImageDict > /JPEG2000ColorImageDict > /AntiAliasGrayImages false /DownsampleGrayImages true /GrayImageDownsampleType /Bicubic /GrayImageResolution 300 /GrayImageDepth -1 /GrayImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeGrayImages true /GrayImageFilter /DCTEncode /AutoFilterGrayImages true /GrayImageAutoFilterStrategy /JPEG /GrayACSImageDict > /GrayImageDict > /JPEG2000GrayACSImageDict > /JPEG2000GrayImageDict > /AntiAliasMonoImages false /DownsampleMonoImages true /MonoImageDownsampleType /Bicubic /MonoImageResolution 1200 /MonoImageDepth -1 /MonoImageDownsampleThreshold 1.50000 /EncodeMonoImages true /MonoImageFilter /CCITTFaxEncode /MonoImageDict > /AllowPSXObjects false /PDFX1aCheck false /PDFX3Check false /PDFXCompliantPDFOnly false /PDFXNoTrimBoxError true /PDFXTrimBoxToMediaBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXSetBleedBoxToMediaBox true /PDFXBleedBoxToTrimBoxOffset [ 0.00000 0.00000 0.00000 0.00000 ] /PDFXOutputIntentProfile () /PDFXOutputCondition () /PDFXRegistryName (http://www.color.org) /PDFXTrapped /Unknown

/Description >>> setdistillerparams> setpagedevice