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無線電子工学および電気工学の百科事典 主電源 5 ボルト 6 アンペア、高い固有パラメータ。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
読者の注目を集めた記事では、AC 電源から 5 V の電圧で電子機器に電力を供給するためのパルス コンバータについて説明しています。 コンバーターには希少で高価な要素が含まれていないため、製造と調整が簡単です。 電源には、出力電圧サージと電流過負荷に対する保護が装備されており、除去後に動作モードに自動的に戻ります。 主な技術的パラメータ type="ディスク">図上。 図１は装置の図を示す。 制御ユニットは、出力電圧安定化のパルス幅原理を実装しています。 要素 DD1、DD1.1 では、1.2 に近いデューティ サイクルで約 100 kHz の周波数で動作するマスター オシレータが作成されます。 コンデンサＣ１１を通る持続時間約５μｓのパルスは素子ＤＤ１．３の入力に供給され、並列に接続された素子ＤＤ１．４～ＤＤ１．６による電流によって増幅される。 電源の出力電圧を安定させるために、レギュレーション中にパルス幅が短縮されます。 トランジスタ VT5 はパルスを「短縮」します。 発電機の各動作期間を開くと、要素DD11の入力で強制的にローレベルに設定されます。 この状態は、放電されたコンデンサ C1.3 によって次の周期の終わりまで維持されます。
トランジスタVT2、VT3では、スイッチングトランジスタVT4の強制スイッチングを提供する強力な電流増幅器が作られています。 起動中の電源の主要要素の電圧図を図2に示します。 4. トランジスタ VT1 が開いている場合、トランジスタ VT2,6 とトランス T11 の巻線 I を流れる電流は直線的に増加します (図 7)。 トランジスタＶＴ１のベースには、電流センサＲ１１から抵抗Ｒ７を介してパルス電圧が供給される。 トランジスタが誤って開くのを防ぐために、電流サージはコンデンサ C1 によって平滑化されます。 起動後の最初の数期間、トランジスタ VT12 のベースの瞬間電圧は、開放電圧 U1e open * 6 V 未満のままです (図 0,7、c)。 次の期間の瞬時電圧が2 Vのしきい値に達するとすぐに、トランジスタVT0,7が開き、スイッチングトランジスタVT1が閉じます。 したがって、巻線Ｉの電流、したがって負荷の電流は、抵抗器Ｒ１１の抵抗値によって予め定められた特定の値を超えることはできない。 これにより、電源が過電流から確実に保護されます。 変圧器Ｔ１の巻線の位相は、トランジスタＶＴ４の開放状態の間、ダイオードＶＤ７およびＶＤ９が逆電圧によって閉じられるように設定される。 スイッチング トランジスタが閉じると、すべての巻線の電圧の符号が変わり、これらのダイオードが開くまで増加します。 次に、変圧器Ｔ１の磁場内のパルス中に蓄積されたエネルギーは、出力フィルタＣ１５〜Ｃ１７のコンデンサおよびコンデンサＣ９を充電するように向けられる。 なお、巻線 II と III の位相が一致しているため、出力電圧安定モード時のコンデンサ C1 の電圧も電源の入力電圧の値に関係なく安定します。 電源制御要素は DA2 KR142EN19A マイクロ回路です。 マイクロ回路の制御ピン 1 の電圧が 2,5 V に達すると、電流が回路とフォトカプラの発光ダイオードを流れ始め、出力電圧の増加に伴って電流も増加します。 フォトカプラのフォトトランジスタが開き、抵抗器 R5、R7、R11 を流れる電流によってそれらの両端に電圧降下が生じ、この電圧降下も出力電圧とともに増加します。 トランジスタ VT1 のベースの瞬時電圧は、抵抗 R7 と電流センサー R11 の両端の電圧降下の合計に等しく、0,7 V を超えることはできません。したがって、フォトカプラのフォトトランジスタの電流が増加すると、抵抗器Ｒ７の両端の定電圧が増加し、抵抗器Ｒ１１の両端のパルス成分の振幅が減少するが、これはスイッチングトランジスタＶＴ４の開状態の持続時間の減少によってのみ生じる。 パルス持続時間が減少すると、各周期にわたって変圧器 T7 によって負荷にポンピングされるエネルギーの「部分」も減少します。
したがって、電源の出力電圧が公称値よりも低い場合、たとえば起動時に、出力に伝達されるパルス持続時間とエネルギーは最大になります。 出力電圧が公称レベルに達すると、フィードバック信号が現れ、その結果、出力電圧が安定する値までパルス持続時間が減少します。 何らかの理由で出力電圧が上昇すると、たとえば負荷電流が急激に減少すると、フィードバック信号も増加し、パルス幅がゼロまで減少し、電源の出力電圧が公称値に戻ります。 DA1 チップ上にコンバータの起動ノードが作成されます。 その目的は、電源電圧が 7,3 V 未満の場合に制御ユニットの動作をブロックすることです。この状況は、ゲート電圧が 20 V 未満の場合、スイッチ (IRFBE7 電界効果トランジスタ) が完全に開かないという事実によるものです。 V. 起動ノードは次のように機能します。 電源がオンになると、コンデンサ C9 は抵抗 R8 を介して充電を開始します。 コンデンサの両端の電圧が数ボルトの間、DA3 チップの出力 (ピン 1) は低く保持され、制御ユニットの動作はブロックされます。 この時点で、ピン 1 の DA1 チップは 0,2 mA の電流を消費し、抵抗 R1 の両端の電圧降下は約 3 V です。約 0,15 ... 0,25 秒後、コンデンサの両端の電圧は 10 V に達します。ピン 1 DA1 チップの電圧は、しきい値 (7,3 V) に等しくなります。 高レベルがその出力に現れ、マスター オシレーターとコントロール ユニットの動作が可能になります。 コンバーターが起動します。 このとき、制御ユニットは、コンデンサＣ９に蓄えられたエネルギーによって電力を供給される。 コンバーターの出力での電圧が増加し始めます。これは、一時停止中に巻線 II で電圧が増加することを意味します。 コンデンサ C9 の両端の電圧よりも大きくなると、ダイオード VD9 が開き、コンデンサは補助巻線 II から周期ごとに再充電され続けます。 ただし、ここでは電源の重要な機能に注意を払う必要があります。 抵抗器 R8 を通るコンデンサの充電電流は、電源の入力電圧に応じて 1 ～ 1.5 mA で、動作中の制御ユニットの消費量は 10 ～ 12 mA です。 これは、起動中にコンデンサ C9 が放電されることを意味します。 その電圧がDA1マイクロ回路の閾値レベルまで低下すると、制御ユニットはオフになります。オフ状態では消費電力が0,3mA以下であるため、コンデンサC9の両端の電圧は再びオンになるまで増加します。 これは、過負荷時または大きな容量性負荷で、20 ～ 30 ms の起動時間中に出力電圧が公称値まで増加する時間がない場合に発生します。 この場合、コンデンサＣ９の容量を大きくする必要がある。 ちなみに、この制御ユニットの動作機能により、電源が無期限に過負荷モードになることが可能になります。この場合、電源は脈動モードで動作し、動作時間（起動）は9時間であるためです。 ...アイドル時間の 8 分の 10 です。 スイッチング素子も発熱しません。 電源のもう 9 つの機能は、フィードバック回路内のいずれかの要素が故障した場合などに発生する過電圧から負荷を保護することです。 動作モードでは、コンデンサ C10 の両端の電圧は約 1 V で、ツェナー ダイオード VO9 は閉じます。 フィードバック回路で開回路が発生した場合、出力電圧は公称値を超えて上昇します。 しかし、それに伴ってコンデンサ C13 の両端の電圧も増加し、約 1 V の値でツェナー ダイオード VD50 が開きます。 このプロセスは 500 ～ 9 ミリ秒続き、その間にツェナー ダイオードを流れる電流は徐々に増加し、繰り返し最大値を超えます。 同時に、素子の結晶が加熱して溶けます。ツェナーダイオードは実際には単位から数十オームの抵抗を持つジャンパーに変わります。 コンデンサC1,3の両端の電圧は、制御ユニットをオンにするのに不十分な値まで低下します。 出力電圧は、負荷電流に応じて 1,8 ～ XNUMX 倍増加し、ゼロまで減少します。 L2C19 素子に追加のフィルターが作成され、出力電圧リップルの振幅が減少します。 ネットワークへの高周波干渉の侵入を減らすために、C1-C3L1C4-C7フィルターが入力に取り付けられています。これは、100Hzの周波数での動作中に消費されるパルス電流も平滑化します。 サーミスタ RK1 (TP-10) は、低温状態で比較的高い抵抗を持ち、ターンオン時のコンバータの突入電流を制限し、整流ダイオードを保護します。 動作中、サーミスタは加熱され、その抵抗は数回減少し、実際には電源の効率には影響しません。 トランジスタ VT4 が閉じているとき、変圧器 T1 の I 巻線に電圧パルスが現れます (図 2 では、電圧 UcVT4 の最初の 8 つの期間に点線で示されています)。 その振幅は漏れインダクタンスによって決まります。 それを低減するために、VD9R14CXNUMX 回路がコンバーターに組み込まれています。 これにより、スイッチング トランジスタのブレークダウンのリスクがなくなり、ドレインの最大電圧要件が緩和されるため、コンバータ全体の信頼性が向上します。 電源は巻線品を除き、国産・輸入品の標準エレメントを中心に製造しております。 インダクタ L1 と L2 は、パーマロイ MP 10 製の K6x4,5x140 リングに巻かれています。磁気コアは、最初にワニスを塗った布の 0,35 層で絶縁されています。 各巻線は、リングの半分で 1 層になるように PETV ワイヤを 1 ターン巻いてあり、インダクタ L1 の巻線間には少なくとも 26 mm のギャップがなければなりません。 インダクタ L2 の巻線にはそれぞれ 2 巻が含まれ、インダクタ L60 には XNUMX 巻が含まれますが、それぞれに XNUMX つの導体があります。 創傷チョークには BF-XNUMX 接着剤が含浸され、約 XNUMX°C の温度で乾燥されます。 変圧器は電源の主要かつ最も重要な部分です。 製造の品質は、コンバータの信頼性と安定性、動的特性、およびアイドル モードと過負荷モードでの動作に依存します。 トランスはパーマロイ MP17 製の K10x6,5x140 リング上に作られています。 巻く前に、磁気コアは 2 層のワニスを塗った布で絶縁されます。 ワイヤーはしっかりと張られていますが、張力はありません。 巻線の各層を BF-XNUMX 接着剤でコーティングし、ニスを塗った布で包みます。 巻線Iが最初に巻かれます。これには、228ターンのPETV 0,2 ... 0,25ワイヤーが含まれ、0,5層に丸められ、その間に13層のニス布が配置されます。 巻線は0,15層のニス布で絶縁されています。 次にワインディングIIIが巻かれます。 これには、リングの周囲に均等に分散された0,2本の導体に2ターンのPETV60ワイヤが含まれています。 その上にニスを塗った布をXNUMX層重ねます。 そして最後に、巻線IIが最後に巻かれ、XNUMX本の導体にXNUMXターンのPETV XNUMX ... XNUMXワイヤが含まれています。これは、巻線IIIにぴったりと合うように、リングの周囲に均等に配置されています。 その後、完成した変圧器をXNUMX層のニス布で包み、外側をBF-XNUMX接着剤でコーティングし、XNUMX°Cの温度で乾燥させます。 VT4 トランジスタの代わりに、許容ドレイン電圧が少なくとも 800 V、最大電流が 3 ... 5 A の別のトランジスタ (BUZ80A、KP786A など) を使用できます。また、VD8 ダイオードの代わりに、任意のトランジスタを使用できます。許容逆電圧が少なくとも 800 V、電流が 1 ～ 3 A の高速ダイオード (FR106 など)。 電源は、寸法 95x50 mm、厚さ 1,5 mm の基板上に作成されます。 基板の角と長辺の中央に 4 つの穴があり、そこを通って基板がヒートシンクにネジ止めされます。 基板の片面にはVT9トランジスタとVD8ダイオードがフランジを外側にして半田付けされ、もう片面には残りの部品が取り付けられます。 基板のサイズを縮小するために、コンデンサ C9、C1、DD9 マイクロ回路、抵抗 R20、変圧器、およびフォトカプラを除くすべての要素は、基板からの最大高さが XNUMX mm を超えないように垂直に取り付けられます。 ヒートシンクは、コンデンサ C1 と C2 の共通点に接続されています。 この場合、電源を XNUMX 極接地ソケットに接続することをお勧めします。 これらの対策により、コンバータから放出されるノイズを大幅に削減できます。 コンバータのヒートシンクは、厚さ 95 mm 以上のアルミニウム シートを曲げた、長さ 60 mm、幅 30 mm、高さ 2 mm の U 字型ブラケットです。 コンバータは、VT4 および VD9 要素の金属フランジを下にしてこの「トラフ」の「底部」に取り付けられ、ボードの穴を通して M0,05 ネジで吸着されます。 フランジは、Noma-con、Bergquist などの熱伝導性ガスケットで事前に断熱されており、極端な場合には厚さ XNUMX mm のマイカで断熱されています。 したがって、構造的には、トランスデューサは、いわば、機械的衝撃から保護する金属ケースの中にあります。 信頼性を高めるために、コンバーターボードを2〜3層のワニスで覆い、高い周囲湿度での故障の可能性を排除することが望ましいです。 電源のすべての要素が良好な状態にあり、正しく製造され、図に従って接続されていれば、確立するのは難しくありません。 オシロスコープは、抵抗 R10 と並列に接続されています。 最大電流が9 ... 5 mA以下の実験用電源、たとえばB45-15が適切な極性でコンデンサC17に接続され、電圧はゼロからゆっくりと増加し始めます。 9,5 ... 10,5 Vの電圧で、DA1マイクロ回路の出力に論理ユニット電圧が設定され、マスターオシレータがオンになり、周波数が約100 kHz、デューティサイクルが約2の矩形パルスがオンになりますオシロスコープ画面 (図 2、a)。 さらに、約13Vの値でツェナーダイオードVD1が開く可能性があるため、電圧を上げないでください。 コントロールユニットが消費する電流は、指定された最大値を超えてはなりません。 ここで電源電圧を 7,2 ... 7,6 V に下げると、生成が消えます。 これは、コンバーター コントロール ユニットが正しく機能していることを意味します。 次に、抵抗4 ... 5オーム、電力10 ... 15 Wの負荷をコンバータの出力に接続し、5番目の実験用電源B49-7から入力に電圧を供給し、コントロール ユニットが動作すると、入力電圧が上昇し始めます。 まず、10 ～ 1 V のレベルに設定し、トランス T4 の巻線が正しく接続されていることをオシロスコープで確認します。 さらに、トランジスタVT2のドレインでの電圧の形状を制御し（図150、d）、電圧計でコンバータの出力での電圧をチェックします。 入力電圧 170 ～ 5 V で、出力電圧は 2 V に達し、安定します。 その後、コントロールユニットの電源がオフになり、10つの入力で動作し続けます。 入力電圧がさらに増加すると、制御パルスの幅が減少し（図200、a）、これも抵抗R7で制御する必要があります。 さらに、7 Vの入力電圧では、負荷電流が増加し（11 A以下）、その値が固定され、コンバータの出力電圧が減少し始めます。 これが最大 6,5 A の電流で実行できない場合は、抵抗 R7 の抵抗値を増やします。 調整の結果、XNUMX ... XNUMX Aの負荷電流と最小許容入力電圧でコンバータの出力電圧が低下し始めるように定格を設定する必要があります。 これで電源の調整は完了です。 トランスT1の巻線の品質が悪いと、トランジスタ\L "4の電圧「サージ」が増加し、電源の動作が不安定になり、スイッチングトランジスタが故障することさえあります。 異なる出力電圧のソースが必要な場合は、次のことを行う必要があります。DA13チップのしきい値電圧が14 Vの場合、抵抗R2、R2,5の抵抗を変更します。 巻数に正比例し、巻線IIIの導体の断面積に反比例して変化します。 適切な電圧としてVD9ダイオードとコンデンサC15-C17、C19を選択します。 式R16=16（UBblx-100）に従って計算された抵抗（オーム）で抵抗R4を取り付けます。 コンバーターをセットアップして操作するときは、その要素が生命を脅かす高電圧下にあることに注意してください。 注意して注意してください！ 著者：A.ミロノフ、リュベルツィ、モスクワ地方。 出版物: cxem.net
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