小型スイッチング電源12ボルト2アンペア。スキーム、説明

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12ボルト2アンペアの小型スイッチング電源です。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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提案された自励発振 SMPS (スイッチング電源) は、小型で高効率です。その特徴は、パルストランスの磁気回路が飽和領域に入って動作することです。自家発電型 SMPS を設計する場合、ほとんどの場合、強力なトランスが線形モードで使用され、低電力のスイッチングトランスが磁気回路の飽和モードで使用されます。これらの変圧器の個々の巻線は、互いに直列に接続され、電流制限抵抗器と接続され、正帰還回路 (POC) を形成します。

この解決策の欠点は、この抵抗器での発熱が増加することです。ほとんどの場合、この抵抗によって消費される電力を削減したいと考えると、スイッチングトランジスタの発熱が増大し、効率が低下します。効率が低いため、開発者はコンバータ用の他の回路ソリューション、たとえばロイヤー自己発振器に注意を払う必要があります。可飽和磁心を備えたトランスを搭載しており、低電力スイッチングトランスや電流制限抵抗は備えていません。

ただし、スイッチングの瞬間にスイッチングトランジスタを介して電流が流れ、そのパルス振幅は消費電流の平均値の3～20倍を超える可能性があります。この状況は、電流リザーブが大きいトランジスタを選択するための条件を決定するだけでなく、発熱の増加にも現れます。このような SMPS の効率は、最大 50 W の出力電力で約 30% です。スイッチングトランジスタのエミッタ回路に低抵抗の抵抗を組み込むことで効率を高めることができます。これはまさに SMPS で行われたことです。図が図に示されています。 1.

小型スイッチング電源12ボルト2アンペア。 IPスキーム
図。 1

一見すると、これはこれらの抵抗器での発熱の増加につながるだけのように見えるかもしれません。しかし、これらの抵抗のおかげで、電流には局所的な負帰還（NFE）があり、トランジスタが急激に増加したときにトランジスタのコレクタ電流を制限します。その結果、トランジスタのスイッチング時のコレクタ電流の振幅が数分のXNUMXに減少し、SMPSの効率が向上します。提案されたSMPSでは、スイッチングトランジスタとトランスの加熱は、これらの抵抗がない場合と比較して、約XNUMX分のXNUMXに減少し、それに応じて信頼性と効率が向上しました。

技術特性
主電源電圧、V 220±20％
アイドル出力電圧、V 15
最大負荷時の出力電圧V 12
最大負荷電流、A 2
アイドルモードでの変換周波数、kHz 7,3
最大負荷時の変換周波数、kHz 6,7
無負荷電流 SMPS、以下、mA 19
負荷によって消費される最大電力、W 24
最大効率 (最大出力時)、% 84
出力電圧リップルの振幅、mV 以下 22
全体寸法 110x73x25

電源電圧は可溶リンク FU1 を介して SMPS に供給されます。FU1 は、バリスタ RU1 と共に、電源電圧の上昇から SMPS 要素を保護します。サーミスタ RK2 は、SMPS がオンになった瞬間にコンデンサ C4 ～ C1 を充電するときに電流パルスを制限します。ノイズフィルタ L1C1 を通過した電源電圧は、ダイオードブリッジ VD2 に供給され、そこで整流され、コンデンサ C5 によって平滑化されます。要素 C3、R1、VSXNUMX は、コンバーターがオンになったときにコンバーターの始動を容易にする回路を形成します。

ダンピングダイオード VD2、VD3 は、スイッチングトランジスタ VT1、VT2 のコレクタの電圧パルスの振幅を安全な値に制限します。これらのトランジスタの熱放散は小さいことが判明したため、ヒートシンクなしで使用されました。最も重いモードでは、トランジスタは 50°C まで加熱されます。抵抗器 R2、R4 は電流用の OOS 回路を形成し、回路 R5C6 および R6C7 はトランジスタの強制スイッチング用に設計されています。出力交流電圧はダイオードブリッジ VD4-VD7 を整流し、L2C8C9 は平滑化フィルターであり、インダクターは誘導フィルター応答を提供します。これは、コンバーターの確実な起動に必要です。整流器出力に68nF以上のコンデンサを取り付けると起動できなくなります。 LED HL1 は、出力電圧の存在を示します。 SMPSのすべての部品は、片面フォイルグラスファイバーで作られたプリント回路基板に取り付けられています。その図を図に示します。 2。

図。 2

トランジスタの冷却を改善するために、その下のボードに通気孔が作られています。インダクタ L1 とトランス T1 はネジで固定されています。これらのネジをボードの穴に挿入した後、部品の側面から PVC チューブを取り付けます。次に、チョークとトランスを取り付け、プラスチックワッシャーでボードに押し付けます。トランジスタは金属製のスタンドにねじ止めされ、基板にはんだ付けされます。 FU1 ヒューズは、基板に押し込まれた 0,03 つの錫メッキピンで構成され、その間に直径 2 mm の銅線がはんだ付けされています。外部では、機械的損傷から保護するため、また動作時には溶融金属の飛沫から SMPS のコンポーネントを保護するために、PVC チューブで閉じられています。 FU3可溶インサートの場合、金属プラスチックホルダーがボードに取り付けられています。組み立ててネットワークSMPSに接続した外観を図XNUMXに示します。 XNUMX.

図。 3

ディニストルKN102DはDB3、DB4、またはKN102シリーズのいずれかに置き換えることができます。ダイオード1.5KE350SAは、1.5KE300SA、1.5KE400SA、1.5KE440SA、ダイオード2D2999B、KD2999A、KD213A-KD213 A KD2997、KD2997で置き換えることができます。 YL-BB3N7M LED は、動作電流が最大 20 mA の任意の色の小型 LED と交換できます。筆者は実験を行った結果、KT812AトランジスタをKT840Aに置き換えることができることを発見しました。トランジスタ 2T704A、KT704B、KT809A を使用すると、発熱は増加しましたが、許容範囲内でした。ただし、これらのトランジスタはハウジングが異なるため、プリント基板のトポロジーの変更が必要になります。サーミスタ SCK-103NTC は、MZ92-P220RM、MZ92-R220RM、MZ92-P330RM、MZ92-R330RM、バリスタ VCR391 - JVR-10N361K、JVR-14N361K、JVR-20N361K、JVR-10N391 K、JVR-14N391 と置き換えることができます。 20K、JVR - 391N10K、JVR-431N14K、JVR-431N20K.JVR-431N1K。インダクタ L2000 は、標準サイズ K10x6x5 の磁気コア M10NM に巻かれており、半分に折られた MGTF 0,12 または PELSHO 0,3 ワイヤが XNUMX 回巻かれています。

インダクタ L2 は、サイズ K2000x16x10 の M5NM 磁気回路に巻かれています。巻線には、直径 24 mm の PETV または PEV-2 ワイヤが 0,85 回巻かれています。トランス T1 にはフェライト製の磁気回路 M2000NM-A K32x18x7 を使用した (筆者が測定した透磁率は 1885、深飽和誘導は 0,38 T)。サイズ K2000x1x2000 の M1NM17、M2000NM39-32、M20NM-6 磁気コアを使用できます。巻線には、PETV、PEV-2、または PELSHO ワイヤを使用できます。巻線 I および III には、それぞれ直径 8 mm のワイヤが 0,3 ターン、巻線 II - 直径 351 mm のワイヤが 0,45 ターン、巻線 IV - 33 が含まれます。直径 0,85 mm のワイヤのターン。

事前に、磁気回路のエッジを研磨し、3 層のワニス布または 5 層の布製絶縁テープを巻きます。すべての巻線のワイヤは、磁気回路にしっかりと配置されています。巻線 I と III は、最初に 6 本のワイヤで同時に巻かれ、ワイヤ間に 7 ～ XNUMX mm のギャップがあり、絶縁破壊を防ぎます。次に、巻線にシェラックを含浸させ、ニスを塗ったXNUMX層の布を巻きます。次に - 巻線 II の XNUMX つの層で、ワイヤを「コイルツーコイル」に配置します。この層の最初と最後の間にはXNUMX ... XNUMX mmの距離が必要で、ワイヤーは固定され、巻線にはシェラックが含浸されています。次に、ニスを塗った布の層を置き、巻線IIのXNUMX番目とXNUMX番目の層を同じ方法で巻き、その後、ニスを塗った布または絶縁テープをXNUMX層置きます。ワインディング IV は最後に巻かれ、シェラックが含浸されます。次に、巻線を機械的損傷から保護するためのXNUMX層またはXNUMX層の絶縁テープ。セットアップ時には、SMPS の要素が生命を脅かす主電源電圧下にあることを覚えておく必要があります。したがって、主電源から切断されたデバイスで要素をすべて交換します。

初めてソースをネットワークに接続する前に、インストールをチェックし、組み立てられた製品が図と一致することを確認する必要があります。その後、ヒューズリンク FU2 をホルダーから取り外し、SMPS をネットワークに接続します。電源を入れても自動生成されない場合は、コンデンサ C5 の静電容量を 1 μF に増やすか、抵抗値 3 オームの抵抗 R120 を取り付けます。 SMPS のアイドリング電流が 40 mA を超える場合 (ネットワークフィルターとダイオードアセンブリ VD1 の間で測定)、これは、磁気回路の飽和誘導が 0,38 T よりもはるかに小さいことを意味します。この場合、トランスT1のすべての巻線の巻数を比例的に増やす必要があります。ターン数は、少なくとも 10 ～ 15%、必要に応じてさらに増やす必要があります。 SMPS の通常動作中、変圧器 T1 は静かなホイッスルを発するはずです。

結論として、このSMPSの基本はT1トランスであることに注意する必要があります。したがって、異なるサイズの磁気導体を使用したり、異なる電力を取得したりする必要がある場合は、すべての要素を再計算する必要があります。これを行う最も簡単な方法は、作成者のプログラムConverter 4.0.0.0、moskatov.narod.ru/Converter.htmlを使用するコンピューター上で行うことです。

著者: E. モスカトフ、タガンログ、ロストフ地方。出版物: cxem.net

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