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無線電子工学および電気工学の百科事典 安定化された電力レギュレーター。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
無線電子工学と電気工学の百科事典 / パワーレギュレーター、温度計、熱安定剤 場合によっては、時間の経過とともに抵抗が広範囲に変化する負荷の電力を安定させる必要がある場合があります。 このような場合には、安定化装置としても機能する、提案された電力レギュレータが役に立ちます。 アマチュア無線の文献に記載されているほとんどの電力調整器は、純粋にアクティブ (白熱灯、電気ストーブ、電気オーブン) またはアクティブ誘導負荷 (電気モーター) で動作します。 ただし、この負荷は一定であるか (電気炉)、または比較的短い過渡プロセス中に変化し、その後定常値に向かう傾向があります (白熱灯、電気モーター)。 どちらの場合も、このような負荷の電力は、流れる平均電流を変更することによって調整されます。 負荷電力 Рн なので、それに流れる電流 Iн とその抵抗 Rн は依存性 Pн=In2・Rн によって関係付けられます。 抵抗が一定の場合、電力調整は電流調整によって独自に実現されます。 また、負荷の抵抗値がさまざまな要因に依存するため、事前に未知の法則に従って時間の経過とともに変化する種類の負荷もあります。 このような負荷の例としては、作動媒体および導電体が水である電極水加熱ボイラーが挙げられます。 水の抵抗は、水に含まれる塩の種類と量、温度、ボイラーを通る流量、その他の要因によって異なります。 このような負荷の抵抗は数十倍も変化する可能性があります。 この場合、負荷を流れる電流を制御しても、負荷の抵抗は変化するため、電力調整の問題は解決されません。 ここで、負荷を流れる電流は、その両端の電圧だけでなく、その抵抗にも依存します。 このため、通常の方法 (特定の電流値を設定すること) で電力を制御することはできません。 現在の安定化さえも解決策にはなりません。 負荷の電圧が Un のとき、その電力 Pн=Un・In であるため、負荷の電力を安定させるためには、積 Un・In を安定させる、つまりその定常性を確保する必要があります。 電流と負荷電力の両方がその値に依存するため、制御パラメータ (独立変数) は電圧にすることができます。 したがって、抵抗が変化したときに負荷に一定の平均電力が供給されるように、負荷の電圧を調整する必要があります。 この場合、瞬時電力を求めるには、負荷の電圧と電流の瞬時値を乗算する必要があります。 これは、電気工学における電力の古典的な定義に従います。 上で説明した制御アルゴリズムを実装するデバイスのブロック図を図に示します。 1.
負荷の電圧と電流の瞬時値に比例する電気信号が乗算器の入力に供給されます。 乗算器の出力から、それらの積（つまり、電力）に比例する信号が、時間とともに平均化された後、差動増幅器の第 XNUMX 入力に供給され、その第 XNUMX 入力には基準電圧が供給されます。 差動アンプでは、電圧が比較され、差信号 (誤差信号) が増幅され、コンパレータに供給されます。 コンパレータの XNUMX 番目の入力には、ネットワーク周波数の XNUMX 倍の鋸歯状パルスが供給されます。 コンパレータの出力では方形パルスが形成され、そのデューティ サイクルによって差動アンプの出力からの電圧が決まります。 コンパレータの出力からのパルスはトライアック スイッチを制御し、トライアック スイッチが負荷を制御します。 負荷の電力が電圧 Uset で指定された値から逸脱すると、差動アンプの出力からの誤差信号がコンパレータに影響を及ぼし、パルスのデューティ サイクルの変化が電力の安定化につながります。 回路図（図2）とタイミング図（図3）に従って安定化電力調整器の動作を考えてみましょう。
DA3 チップ (統合信号乗算器) の X 入力と Y 入力は、負荷にかかる電圧と負荷を流れる電流の瞬時値に比例する信号をそれぞれ受信します。 瞬時電圧値に比例した信号がトリミング抵抗 R4 のスライダーから取り出されます。 抵抗 R1 は負荷電流センサーです。 この抵抗からの電圧は昇圧トランス T2 の一次巻線に供給されます (変圧比は約 40)。 変圧器を使用する必要があるのは 525 つの要因によるものです。 第一に、乗算器の入力に供給される電圧を増加させ、第二に、ガルバニック絶縁を提供します。 電流と電圧に比例する信号は可変ですが、K2PS3 (DA10,5) マイクロ回路により最大 XNUMX V の振幅の交流電圧を X 入力と Y 入力に供給できるため、整流する必要はありません。 乗算器に供給される電圧信号と電流信号は同相である必要があることに注意してください。これは、変圧器 T2 の巻線を適切に接続することによって実現されます。 K525PS2 積分電圧乗算器は、多くの典型的な機能依存関係 (乗算、除算、二乗、平方根) を実装するように設計されています。 これらの機能をアナログ信号で実行するには、トランジスタのコレクタ電流のベース-エミッタ電圧に対する指数関数的な依存性が使用されます。 乗算誤差は 1% 以内です。 整数乗算器の構造と応用に関する詳細情報は、[1] にあります。 図のように積分乗算器をオンにすると、 図２に示すように、回路の出力Ｚは電圧Ｕｚ〜０．１５ＵｘＵｙで動作する。ここでＵｘ、ＵｙはそれぞれＤＡ３マイクロ回路の入力Ｘ、Ｙに印加される電圧である。 トライアック VS1 の制御パルスは、電圧コンパレータ DA4 の出力から得られます。 電力レギュレータで使用される K554SAZ 統合コンパレータは、最大 50 mA の負荷電流向けに設計されたオープンコレクタ出力を備えています。 DA4 チップの反転入力 (ピン 4) の電圧が非反転入力 (ピン 3) の電圧よりも高い場合、出力トランジスタはオープンになります (つまり、負荷が接続されているときに出力に低電圧が発生します)。 。 電圧比が逆の場合、コンパレータの出力は高レベルの電圧になります。 コンパレータ DA4 では、のこぎり波電圧 (図 3、図 3) とオペアンプ DA5 の出力から取得した電圧 (図 4) が比較されます。 鋸歯状電圧発生器はトランジスタ VT1、VT2 で作られます。 主電源電圧に同期して、周波数 100 Hz のパルスを生成します。 整流器ブリッジ VD2 (図 3、図 1) からの電圧は、トランジスタ VT1 のベースに供給されます。 ほとんどの場合、トランジスタは開いており、整流された電圧がゼロに近づいた瞬間に閉じます。 短い方形パルスがコレクタ上に形成され (図 3、図 2)、トランジスタ VT2 のベースに供給されます。 ベースの電圧がゼロである間、トランジスタのコレクタには増加する電圧が形成されます（コンデンサC6は抵抗R13を通じて充電されます）。 正のパルスがベースに現れる瞬間に、トランジスタ VT2 が開き、そのコレクタの電圧はほぼゼロに減少します (図 3、図 3)。 コンパレータの出力で方形パルスが形成されます (図 3、図 5)。 コンパレータの負荷は抵抗 R16 とフォトカプラ LED U1 です。 フォトカプラの LED に電流が流れると、トライアックが開き、トライアック VS1 が確実に開きます。コネクタ XS1 のソケットに接続された負荷に電流が流れ始めます。 コンパレータの出力におけるパルスのデューティ サイクルが変化すると、負荷の電圧が変化し、その結果、電力も変化します。 タイミング図から、オペアンプ DA5 の出力の電圧の増加が負荷の電力の減少につながることを容易に判断できます。 ここで、差動アンプまたは誤差信号アンプの機能を実行する DA5 マイクロ回路の目的と動作について説明します (図 1 を参照)。 設定電圧Usetは可変抵抗器R18から除去され、オペアンプの反転入力に供給され、オペアンプの非反転入力は乗算器DA3の平均出力電圧を受け取ります。 乗算器出力信号の平均化は、積分回路 R20C8 によって行われます。 オペアンプ DA5 は、入力に供給される信号を増幅し、入力間の電圧値が等しいことを保証します。 これは、設定電圧 Uset の低下がオペアンプの出力電圧の低下につながることを意味します。 明らかに、図の可変抵抗器 R18 の下側の位置は、負荷のゼロ電力値に対応します。 コンデンサ C7 は、干渉にさらされた場合でもオペアンプの安定した動作を保証します。 電力レギュレータ要素の電源は、1 つの統合電圧安定器 DA2 および DAXNUMX を使用して作られます。 XNUMX つの異なるタイプの超小型回路を使用するのは、XNUMX つの二次巻線 (ただし中間からのタップがある) と XNUMX つの整流器ブリッジを備えたネットワーク変圧器で済ませたいという要望によるものです。 ダイオード VD1 は、鋸歯状電圧発生器の入力に供給される整流電圧の形状に対するフィルタ コンデンサ C1 の影響を排除します。 電力レギュレータは、両面フォイルグラスファイバー製のプリント基板上に組み立てられています。 プリント基板の図面を図に示します。 4.
正方形のパッドの穴に錫メッキ線を挿入し、基板の両面にはんだ付けする必要があります。 マイクロ回路DA1、DA2は、それぞれ面積20...30cm²の小さなジュラルミンヒートシンクに取り付けられています。 トライアック VS1 は標準クーラー (アルミ合金製鋳造ヒートシンク) ブランド 0231 に取り付けられています。抵抗 R1 は直径 3 mm のニクロム線で作られています。 DA4 コンパレータの代わりに、図に示されているコンパレータに加えて、K521САЗ、K521СА5、K521СА6 (後者のマイクロ回路には 140 つのハウジングに 708 つのコンパレータが含まれています) を使用することもできますが、これにはプリント基板の図面を調整する必要があります。 KR140UD7 オペアンプを K140UD8、K153UD2、K525UD2、および同様のマイクロ回路に置き換えます。 K525PS3 アナログ電圧マルチプライヤは、任意の文字インデックスを備えた K1PS2 に置き換えることができますが、プリント基板を修正することもできます。 トランジスタ VT315、VT342 - KT503、KT630、KT3、KT02、KT3117I3052、または KT160A シリーズのいずれか。 輸入フォトカプラMOC160はプリント基板の修正により国産AOU1A～AOU112Bに置き換え可能です。 トライアック VS122 は、閉状態での許容パルス電圧が 132 V 以上、開状態で最大負荷電流に相当する電流を持つ TC142、TC400、TC106、TC1 シリーズで使用できます。 ダイオード KD105A (VD221) は、KD226、KDXNUMX、KDXNUMX シリーズのいずれかに置き換えることができます。 整流器ブリッジ (VD2) - KTs402、KTs405 シリーズのいずれか、プリント基板補正付き。 酸化物コンデンサ C1 ～ C3、C8 は K50-16、K50-35、K50-24、K50-29 です。 C4、C5、C7 - KM-6、K10-17、K73-17; C6 - K73-17、K73-24、K76-P2 (このコンデンサには小さい TKE が必要です)。 トリマ抵抗 R4、R5、R8-R10 - SP5-2、SPZ-19、SPZ-38、可変抵抗 R18 - SP-0,4、SPZ-4M、SPZ-16、SPZ-30、残り - MLT、S2-23 。 トランス T1 - TPP232。 中間からのタップが付いた二次巻線が 33 ～ 40 V の電圧を提供し、少なくとも 150 mA の電流向けに設計されている他のものと置き換えることができます。 変圧器 T2 は、変圧比 30...50 のその他の変圧器でもかまいません。 電源スイッチ SA1 - 回路ブレーカー A3161、AE2050 または AP50。 さらに、ヒューズとしても機能します。 パワーレギュレータのセットアップは、DA1 チップの出力電圧 (+15 V) をチェックし、抵抗 R2 を使用して DA15 チップの出力電圧 (-6 V) を設定することから始まります。 この後、電圧乗算器 DA3 が調整されます。 これを行うには、入力 X、Y、出力 Z、およびピン 1 を他の要素から切断します。 トリミング抵抗 R8 ～ R10 のエンジンは中間の位置に設定されます。 +5 V の電圧が入力 X に印加され、9 V の電圧が入力 Y-O V に印加されます。抵抗 R5 は乗算器の出力電圧を 8 V に設定します。その後、5 V の電圧が入力 X に印加され、抵抗 R5 は出力電圧 O B を設定します。その後、+10 V の電圧が乗算器の両方の入力に印加され、出力電圧が測定されます。 次に、入力の 4 つで入力信号の極性が変更され (つまり、-5 V が印加され)、出力電圧が再度測定されます。 抵抗 R18 を使用すると、出力電圧の最後の XNUMX つの値が絶対値で等しいことが保証されます (符号が反対である必要があります)。 必要に応じて、調整を繰り返します。 この後、電圧マルチプライヤの入力と出力をレギュレータ要素に接続します。 図に従って、調整抵抗器 RXNUMX と RXNUMX のスライダーは中央の位置に設定され、可変抵抗器 RXNUMX は下の位置に設定されます。 コネクタ XS1 に負荷が接続され、電力レギュレータに電力が供給されます。 可変抵抗器 R18 の軸を滑らかに回転させることで、負荷にかかる電圧が確実に増加します。 可変抵抗器 R18 スライダーのいずれかの位置で負荷の両端の電圧が最大になる場合、その理由は変圧器 T2 の巻線の位相が正しくない可能性があり、DA3 マイクロ回路の入力 X および Y への逆位相電圧の供給につながります。この場合、リード線を変圧器 T2 のいずれかの巻線と交換する必要があります。 トリマー抵抗器 R4 および R5 は、乗算器入力の最大 (振幅) 電圧値が 10 V を超えないことを保証します。これは、オシロスコープを使用して監視するのに便利です。 最後の手段として、AC 電圧計を使用することができます。 負荷両端の正弦波電圧の場合 (これは、各半サイクルの開始時にトライアック VS1 が開き、負荷両端の電圧が主電源電圧とほぼ等しい場合に発生します)、乗算器入力の実効電圧は 7 を超えてはなりません。 V. 電力制御は、可変抵抗器 R18 の回転区間軸全体にわたってスムーズに実行される必要があります。 図の可変抵抗器 R18 スライダが上の位置にあり、最大接続負荷でその電圧が主電源値に達しない場合は、抵抗器 R17 の抵抗を 2,2 kΩ 以下に下げるか、電流を減らす必要があります。図 R4 および R5 でトリミング抵抗スライダーを下に移動して、電圧伝達係数を調整します。 電力安定化機能をテストするには、さまざまな抵抗を持つ負荷 (XNUMX セクションの家庭用ヒーターを使用すると便利です) と適切な電力の研究室用単巻変圧器が必要です。 負荷はアクティブである必要があります (つまり、誘導性コンポーネントや容量性コンポーネントを持たないこと)。 電力調整器は単巻変圧器を介してネットワークに接続され、家庭用ヒーターの一部が調整器の出力に接続されます。 単巻変圧器を使用して電圧を 220 V に設定し、負荷と並列に実効値を測定する交流電圧計 (方形電圧計) を接続し、可変抵抗器 R18 を使用して負荷の電圧を 150 V に設定します。次に、別のセクションを接続し、コネクタ XS200 の電圧を再度測定します。 1 倍に減少するはずです [1,4]。 負荷抵抗の変化に関する別の法則を使用すると、いずれの場合でも等式 Un²/Rн = const が満たされます。 負荷抵抗が増加しすぎて、設定電力を維持するために電圧がその最大値を超えなければならない場合、レギュレータは電力安定化モードを終了します。 電力レギュレータには、負荷抵抗の変化の条件だけでなく、主電源電圧の変動にも安定化特性があります。 これは、単巻変圧器を 190 ～ 240 V の範囲で使用してレギュレータの電源電圧を変更することで確認できます (もちろん、負荷を接続して)。 このような電源の変化に伴う負荷電圧は安定していなければなりません。 トライアック VS1 の開き角のみが変化します。これはオシロスコープを使用して確認できます。 信号は負荷または DA4 コンパレータの出力から取得できます。 アマチュア無線家が実効値を測定できる自由に使える電圧計を持っていない場合 (電磁システム装置など)、電力を測定するために電気エネルギーの誘導計が使用されます。メーターディスクの回転数は、負荷抵抗が変化しても、可変抵抗器 R18 モーターの位置は一定に保たれます。 平均整流電圧計をこれらの目的に使用することはできません。 信頼性を高めるために、オプトトライアックと直列に抵抗が約150オームの抵抗を接続することをお勧めします。 文学
著者：A。Evseev、Tula
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