調整可能な電圧および電流安定器。スキーム、説明

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調整可能な電圧および電流スタビライザー。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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アマチュア無線の練習や実験作業では、汎用電源を手元に用意する必要があることがよくあります。アナログおよびデジタルデバイスを開発およびセットアップする際の電源の要件を要約すると、出力電圧の品質とその幅広いレギュレーションに対する高い要件に加えて、次の機能を組み合わせることが非常に重要です。高品質の電流源と電圧源。このようなデバイスのオプションの XNUMX つを読者にお知らせします。

提案された電源により、電圧源としても直流電流源としても使用できます。このユニットの疑いのない利点には、その多用途性に加えて、「デフォルト」負荷における制御された短絡保護の存在が含まれます。

図に回路が示されている電源は、アマチュア無線実験者の要求のほとんどを満たすことができます。 XNUMX 年以上 (この間、一度も電源が故障したことはありません)、著者はそれを実験に使用し、アナログおよびデジタル機器のセットアップに使用し、最後に車のバッテリーを充電してきました。

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機能的には、電源は、共通の出力信号制御要素で動作する XNUMX つの相互に独立した電流および電圧安定化ユニットで構成されます。

提案されたデバイスの要素の目的を考えてみましょう。整流器はダイオード VD1 ～ VD4 に組み込まれ、電源電圧の平滑フィルタはコンデンサ C1 ～ C3 に組み込まれます。トランジスタ VT1 ～ VT4 は、出力電圧と電流を制御する強力な調整要素です。負荷電流をそれらの間で分割することに加えて、いくつかの並列接続されたトランジスタを使用することは、多くの理由から理にかなっています。まず、このソリューションにより、加熱点がヒートシンクに沿って分散されるため、効率が向上し、サイズを縮小できるようになります。第 4 に、デバイスの動作信頼性を低下させることなく、最大許容コレクタ電流が最大負荷電流よりも小さい安価なトランジスタを使用できます。抵抗 R7 ～ R5 は、並列接続されたトランジスタのエミッタ回路の整合要素であり、電気パラメータの範囲が広いトランジスタ間で総負荷電流を均等に分割できます。トランジスタＶＴ５は、制御素子の入力抵抗とトランジスタＶＴ６およびＶＴ７の出力抵抗と一致する。

バイポーラ電圧レギュレータは、ダイオード VD5 および VD6、ツェナーダイオード VD7、統合スタビライザ DA1、およびコンデンサ C4 ～ C7 を使用して制御ユニットに電力を供給するために組み立てられます。マイクロ回路 DA2 と DA3 は、それぞれ出力電圧と電流の制御ユニットの基準電圧源として機能します。この目的で KR142 シリーズの統合型電圧安定器を選択した理由は、0,02%/℃ 未満の電圧温度係数や 30%/℃ 以上のリップル平滑係数など、実験目的には非常に十分なこれらのマイクロ回路のパラメータによって説明されます。 XNUMXdB以上。また、直列安定化の使用により、基準電圧源のパラメータがさらに改善されます。さらに、回路実装の単純さと要素ベースの入手可能性も非常に重要です。

DA4.1 オペアンプのリピータは、出力電流センサー R17R18 の電圧降下を補償し、電圧計 PV1 の合計電流、抵抗分圧器を流れる可能性のある抵抗に関連する出力電流設定の誤差を排除します。出力電圧 R14R15、基準電圧源の出力分圧器 R11R12、および安定器 DA2 の消費電流。さらに、非常に強力なオペアンプ DA4.1 を使用することで、基準電圧源回路を選択する機会が豊富になります。ただし、この場合の出力電流設定の誤差はわずかで、20 mA 未満です。このような誤差が根本的なものではない場合は、DA4.1 オペアンプを削除し、その入力につながる導体を接続することで無視できます。このオペアンプの使用は、ソースを他の出力電圧および電流に変換する場合 (その結果、抵抗 R17 および R18 の抵抗を再計算する場合)、電流センサーでの誤差電圧が顕著になる場合に必要になる場合があります。

オペアンプ DA4.2 と DA5.1 には、それぞれ出力電圧と電流を制御するためのノードが含まれています。このようなノードは、アマチュア無線の文献でよく紹介およびレビューされており、標準的な方法で実装されています。それらからの制御信号は、縦続接続されたトランジスタＶＴ６およびＶＴ７に供給される。電流安定器を例にその動作原理を見てみましょう。電源の出力電流が可変抵抗器 R6 で設定された電流よりも小さい限り (電流センサー R7R12 の電圧と比較して)、トランジスタ VT17 が完全にオープンで動作しないため、ユニットは電圧安定化モードになります。動作に影響を与えます。設定電流レベルを超えようとすると、オペアンプ DA18 が制御モードに切り替わり、トランジスタ VT7 のベース電流が減少するため、出力電圧が低下します。この場合、オペアンプ DA5.1 はアクティブモードからコンパレータモードに切り替わり、トランジスタ VT7 が開き、それによって制御回路から切断されます。

電源の動作モードを示すユニットは、DA5.2 オペアンプと HL1 および HL2 LED に組み込まれています。オペアンプ DA4.2 および DA5.1 の出力の電圧レベルに応じて、コンパレータ DA5.2 が出力電圧を切り替え、対応する LED を点灯します。また、スイッチがオンになった電源装置は、LED の XNUMX つが光ることでわかるように、常に何らかの動作モードになっているため、電源オンインジケータは必要ありません。

記載されている電源の詳細は、著者が利用可能な変圧器用に計算され、選択されました。図に示されている素子ベースにより、このブロックは出力電圧 0 ～ 18 V、負荷電流 0 ～ 14 A のレギュレーションを提供します。出力電圧 15 V、電流 12 A では、リップル振幅は 5 倍になります。 XNUMXmVを超えないこと。ソースの要素は、自分の能力や希望に合わせて簡単に再計算できます。

ネットワーク変圧器 T1、整流ダイオード VD1 ～ VD4、制御要素のトランジスタ VT1 ～ VT4 および VT5、安定化モードを示す LED HL1 および HL2、可変抵抗器 R10 および R12、電流均等化抵抗器 R4 を除くユニットのすべての部品-R7 およびフィルターコンデンサ C1 ～ C3 は、厚さ 100 mm の両面グラスファイバーフォイルでできた 80x2 mm のプリント基板に取り付けられています。オリジナル電源は、トランジスタ VT1 ～ VT5 およびダイオード VD1 ～ VD4 のヒートシンクとして、厚さ 1,8 mm のアルミニウムシートで作られたデバイスケースを使用しています。筐体はU字型でトップカバーが付いています。寸法は190x170x350 mmです。トランジスタとダイオードは、KPT-0,05 熱伝導ペーストで事前に潤滑された厚さ 8 mm の絶縁マイカパッドを介して後壁に固定されています。電流等化抵抗器 R4 ～ R7 はトランジスタの隣に取り付けられ、デバイス本体から分離された取り付けパッドに取り付けられます。前面パネルには電源スイッチ SA1、ヒューズ FU1、FU2、電流計 PA1、電圧計 PV1 があり、その上に LED HL1、HL2 がそれぞれ取り付けられています。出力電流と電圧安定化のためのレギュレータは、測定器の下に設置されています - 可変抵抗器 R12 と R10。ネットワークトランス T1 とフィルターコンデンサ C1 ～ C3 は電源シャーシに取り付けられています。

ネットワークトランス T1 は工場で製造されており、シリアル番号は 4.540.176 です。トランスの磁気コアは、W 型プレート PB 40 ～ 80 から組み立てられます。一次巻線は PEV-2 1,25 ワイヤで巻かれており、296 ターン含まれています。二次巻線 II は銅母線 PSD 1,8x5 で作られ、直列に接続された 14 ターンの 17 つの同一の巻線で構成されます。巻線 III には、2 ターンの PEV-1,0 12,6 ワイヤが含まれています。自家製変圧器は、負荷によって消費される最大電力に加えて、制御ユニット用の 14 ワットを考慮して設計されています。アイドルモードでは、巻線 III の出力電圧が 4 ～ XNUMX V の範囲にあり、負荷時に上記の電力 (XNUMX W) を提供する必要があることに注意してください。

整流ダイオード VD1 ～ VD4 の最大許容順電流は、最大負荷電流を超える必要があります。電流が 10 A 未満に減少する場合は、KD213、KD243 シリーズの任意の文字インデックスのダイオードを使用することができます。酸化物フィルタコンデンサ C1 ～ C3 ～ K50 ～ 18 ですが、他のより新しいコンデンサを使用しても問題ありません。これらのコンデンサの静電容量が大きいのは、負荷電流容量が非常に大きいためです。この電流に比例して静電容量を変化させることができます。

KT819AM 制御要素のトランジスタは、許容コレクタ電流 808 A と十分な電力損失を備えた KT10 または類似のトランジスタと交換可能です。 KT818AM(VT5)トランジスタはKT816シリーズ、KT817V(VT6、VT7)はKT815、KT807シリーズに置き換え可能です。ダイオード KD212A (VD5、VD6) と組み合わせて、文字インデックスなどの KD226 を使用することができます。コンデンサ C4 ～ C7、C10 ～ K50 ～ 35、C8、C9 ～ K50 ～ 16、C11 ～ C15 - 少なくとも 25 V の定格電圧に適した静電容量。

K157UD2 (DA4 DA5) マイクロ回路の選択は、許容出力電流が高いためです。これは、DA4.1 スタビライザーと抵抗分圧器 R2R14 の電流が流れるため、DA15 オペアンプにとって特に重要です。マイクロ回路の数に制限がない場合は、これらのマイクロ回路の代わりに、適切な補正回路を備えた K553UD2 が適しています。少なくとも 20 mA の許容出力電流に加えて、マイクロ回路が周波数補正回路を備えていることが重要です。これは、OOS 回路の位相シフトが大きいため、安定余裕を増やすためにカットオフ周波数を下げる必要があるためです。

電流均等化抵抗器 R4 ～ R7 および電流センサー R17、R18 - ワイヤ S5 ～ 16M、変数 R10 および R12 - SP-1、または電源のフロントパネルに取り付けるのに便利なその他のもの。測定器 PV1 および PA1 - 合計偏差電流が 0,05 ～ 1 mA で便利な目盛を備えたもの。著者のバージョンでは、合計偏差電流が 4248.3 mA の M0,1 測定ヘッドを使用しています。

正常なことがわかっている部品から組み立てられたデバイスのセットアップは、主に正しい取り付けを確認することになります。この後、可変抵抗モーター R10 および R12 が図に従って最も低い位置に設定され、デバイスがオペアンプ DA4.2 および DA5.1 の出力に自励励磁がないことを確認します。発生する場合はコンデンサC12、C13を大容量化する方向で選定してください。次に、標準の電圧計と電流計を使用して、抵抗器 R9 と R11 で電圧と電流の調整の上限を設定し、抵抗器 R13 と R16 で電圧計 PV1 と電流計 PA1 を校正します。また、さまざまな許容動作モードにおいて負荷で発電が発生しないことを保証することも必要です。

このデバイスは負荷の短絡に耐えることができますが、これを乱用して電流を最大近くに制限することはできません。調整素子のトランジスタによって放出される電力は、ダイオードブリッジ VD1 ～ VD4 の出力の電圧と電源の出力の電圧の差 (調整素子の両端の電圧降下) に正比例することに注意してください。要素）と負荷電流。出力電圧が低く、電流が最大に近い場合、約 300 W の電力がヒートシンク本体に放出されます。過熱を防ぐには (ケースの寸法が適切な冷却に不十分な場合)、ネットワークから電源を切断する追加ユニットを提供する必要があります。これは、単純な電子デバイスまたは電気機械 (バイメタルプレートに基づくサーマルリレー) デバイスのいずれかです。

著者：G。Fedusov、Nizhny Novgorod

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