強力な電圧変換器。スキーム、説明

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カーアンプ用の強力な電圧コンバーター。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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現在、自動車機器市場では、さまざまな価格カテゴリの幅広いラジオテープレコーダーが販売されています。最近のカーラジオには通常 4 つのライン出力があります (一部の製品にはまだ独立したサブウーファー出力があります)。これらは、外部パワーアンプの「ヘッド」として使用するように設計されています。

多くのアマチュア無線家が自分の手でパワーアンプを作ります。カーアンプで最も難しい部分は電圧コンバータ（PV）です。この記事では、すでに「普及している」TL494 マイクロ回路 (KR1114EU4 の類似品) に基づいて安定化 PN を構築する原理を検討します。

制御ノード

ここでは、安定化モードでの TL494 の動作を詳しく見ていきます。

鋸歯状電圧発生器 G1 はマスターとして機能します。その周波数は C3R8 の外部要素に依存し、次の式で決定されます。F=1/(C3R8)。ここで、F は Hz 単位の周波数です。 C3-ファラド単位。 R8- オーム単位。プッシュプルモードで動作する場合 (PN はこのモードでのみ動作します)、マイクロ回路の自己発振器の周波数は、PN の出力周波数より 1 倍高くなければなりません。図に示されているタイミング回路の定格では、発電機の周波数 F = 0,000000001 / (15000 * 66,6) = 33 kHz です。出力パルス周波数は約 2 kHz です。生成された電圧は 3 つのコンパレータ (A4 と A1) に供給され、その出力パルスは OR 要素 D5 によってまとめられます。さらに、要素 OR - NOT D6 および D1 を通るパルスは、マイクロ回路の出力トランジスタ (VT2 および VT1) に供給されます。要素 D2 の出力からのパルスもトリガー D13 の計数入力に到着し、それぞれがトリガーの状態を変更します。したがって、論理「1」がマイクロ回路のピン 13 に適用されると (この場合のように、+ がピン 14 からピン 5 に適用される)、要素 D6 と D13 の出力のパルスが交互になります。プッシュプルインバータを制御します。マイクロ回路がシングルサイクル Pn で使用される場合、ピン 2 は共通のワイヤに接続され、その結果、トリガー DXNUMX は動作に関与しなくなり、パルスがすべての出力に同時に表示されます。

要素 A1 は、出力電圧安定化回路 PN 内の誤差信号増幅器です。この電圧は、ノード A1 のピン 1 に適用されます。 5番目の出力 - 抵抗分割器R2R3を使用してマイクロ回路に組み込まれたスタビライザーA1から得られる例示的な電圧。入力間の差に比例する出力 A4 の電圧は、コンパレータ A4 の動作のしきい値を設定し、その結果、その出力でのパルスのデューティサイクルを設定します。 R1CXNUMX 鎖はスタビライザーの安定性に必要です。

トランジスタオプトカプラ U1 は、負電圧フィードバック回路にガルバニック絶縁を提供します。出力電圧安定化回路のことです。また、パラレルタイプのDD1（TL431または当社のアナログKR142EN19A）のスタビライザーが安定化を担当しています。

抵抗 R13 での電圧降下は約 2,5 ボルトです。この抵抗器の抵抗値は、抵抗分圧器 R12R13 を流れる電流を設定することによって計算されます。抵抗R12の抵抗は、次の式で計算されます：R12 \u2,5d（Uout-12）/ I 「ここで、UoutはPNの出力電圧です。I」は、抵抗分割器R13RXNUMXを流れる電流です。

負荷 DD1 は、並列接続されたバラスト抵抗 R11 と、電流制限抵抗 R1,2 を備えた放射ダイオード (フォトカプラ U1 のピン 10) です。バラスト抵抗は、マイクロ回路の通常の機能に必要な最小負荷を作成します。

重要。 TL431 の動作電圧が 36 ボルトを超えないように注意する必要があります (TL431 のデータシートを参照)。 Uout.> 35 ボルトの PN を製造する予定がある場合は、以下で説明するように、安定化回路を少し変更する必要があります。

PN が + -35 ボルトの出力電圧用に設計されているとします。この電圧に達すると (DD1 のピン 1 で、電圧が 2,5 ボルトのしきい値に達します)、スタビライザー DD1 が「開き」、フォトカプラ U1 の LED が点灯し、そのトランジスタ接合部が開きます。。 TL1 チップのピン 494 には、レベル「1」が表示されます。出力パルスの供給が停止し、TL1 のピン 431 の電圧がしきい値 2,5 ボルトを下回るまで出力電圧が低下し始めます。これが起こるとすぐに、DD1 が「閉じ」、フォトカプラ U1 の LED が消え、TL1 のピン 494 にローレベルが現れ、ノード A1 から出力パルスが供給されるようになります。出力電圧は再び +35 ボルトに達します。再び、DD1 が「開き」、フォトカプラ U1 の LED が点灯します。これは「デューティサイクル」と呼ばれ、パルス周波数が変化せず、パルス間の休止によって調整が実行されます。

この場合、2 番目のエラー信号アンプ (A1) は緊急保護用の入力として使用されます。これは、出力トランジスタの最大ヒートシンク温度の制御ユニット、電流過負荷に対する UMZCH 保護ユニットなどになります。 A6 と同様に、抵抗分圧器 R7R15 を介して基準電圧がピン 16 に印加されます。ピン 0 は抵抗 R9 を介して共通ワイヤに接続されているため、「16」レベルになります。ピン 1 にレベル「2」を適用すると、ノード A16 は出力パルスの供給を即座に無効にします。 PN は「停止」し、ピン 0 にレベル「XNUMX」が再び表示された場合にのみ開始します。

コンパレータ A3 の機能は、たとえアンプ A1 の出力電圧が範囲外であっても、要素 D1 の出力でパルス間に休止があることを保証することです。最小応答しきい値 A3 (ピン 4 が共通ワイヤに接続されている場合) は、内部電圧源 GI1 によって設定されます。ピン 4 の電圧が増加すると、一時停止の最小期間が増加するため、PS の最大出力電圧は減少します。

このプロパティは、ソフトスタート PN に使用されます。実際には、PNの動作の最初の瞬間に、その整流器のフィルターのコンデンサーが完全に放電されます。これは、共通線への出力を閉じることと同じです。 PN をすぐにフルパワーで起動すると、強力なカスケードのトランジスタが過負荷になり、故障する可能性があります。 C2R5 回路は、スムーズで過負荷のない PN の起動を提供します。

スイッチを入れた後の最初の瞬間に、C2 が放電され、TL4 のピン 494 の電圧は、A5 スタビライザーから受け取った +5 ボルトに近くなります。これにより、マイクロ回路の出力でパルスが完全になくなるまで、可能な最大期間の一時停止が保証されます。コンデンサ C2 が抵抗 R5 を介して充電されると、ピン 4 の電圧が低下し、休止時間も減少します。同時に、PN の出力電圧が上昇します。これは、模範的なものに近づき、安定化フィードバックが有効になるまで続きます。その原理は上記で説明されています。コンデンサ C2 をさらに充電しても、Stump のプロセスには影響しません。

ここですでに述べたように、TL431 の動作電圧は 36 ボルトを超えてはなりません。しかし、たとえば PN から 50 ボルトを受け取る必要がある場合はどうなるでしょうか? それを簡単に。 15 ～ 20 ボルトのツェナーダイオードを制御された正のワイヤ (赤で表示) のギャップに挿入するだけで十分です。この結果、過剰な電圧が「遮断」されます（15 ボルトのツェナーダイオードの場合は 15 ボルトが遮断され、20 ボルトのツェナーダイオードの場合は 431 ボルトがそれぞれ遮断されます）。 TLXNUMX は許容可能な電圧モードで動作します。

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上記に基づいて、PNが構築されました。そのスキームを下の図に示します。

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VT1-VT4R18-R21に中間ステージが組まれています。このノードのタスクは、パルスが強力な電界効果トランジスタ VT5 ～ VT8 に供給される前にパルスを増幅することです。

REMコントロールユニットはVT11VT12R28R33-R36VD2C24で作られています。ラジオからの制御信号 +12 ボルトが「REM IN」に印加されると、トランジスタ VT12 が開き、次にトランジスタ VT11 が開きます。 VD2 ダイオードに電圧が発生し、TL494 チップに電力を供給します。月が始まります。ラジオがオフになると、これらのトランジスタが閉じ、電圧コンバータが「停止」します。

要素 VT9VT10R29-R32R39VD5C22C23 上に、緊急保護ユニットが作成されます。「PROTECT IN」入力に負のパルスが印加されると、PN がオフになります。 REM を再度無効にして有効にするだけで起動できるようになります。このノードを使用する予定がない場合は、それに関連する要素を回路から除外する必要があり、TL16 チップのピン 494 は共通のワイヤに接続されます。

この場合、PN は双極性です。その中での安定化は、正の出力電圧に従って実行されます。出力電圧に差がないように、いわゆる「DGS」、つまりグループ安定化チョーク (L3) が使用されます。両方の巻線が XNUMX つの共通の磁気回路に同時に巻かれます。チョークトランスを入手してください。その巻線の接続には一定の規則があります - 反対方向にオンにする必要があります。図では、これらの巻線の始まりが点で示されています。このインダクタの結果、両アームの出力電圧は等化されます。

Stump での重要な役割は、寄生 RF/マイクロ波振動をバイパスする役割をする RC チェーンであるスナバによって行われます。それらの使用は、コンバータの全体的な動作に好影響を与えます。出力キーはより簡単に機能します（加熱が少なくなります）。これはトランスにも当てはまります。それらの利点は明らかであるため、無視してはなりません。図では、これは C12R26 です。 C13R27; C25R37。

確率

電源を入れる前に、インストールの品質を確認する必要があります。 PN を確立するには、容量が約 20 アンペアで、出力電圧調整限界が 10 ～ 16 ボルトの変圧器電源ユニットが必要です。コンピューターの電源から PN に電力を供給することはお勧めしません。

電源を入れる前に、電源の出力電圧を12ボルトに設定する必要があります。 PN の出力と並列に、2 W 3,3 kOhm の抵抗を正の肩と負の肩の両方に接続します。 PN 抵抗 R3 のはんだを外します。 PSU から PN (12 ボルト) に電源を供給します。月が始まらない。次に、REM 入力にプラスを適用する必要があります (+ 端子と REM 端子に一時的なジャンパーを配置します)。部品の状態が良好で、取り付けが正しく行われていれば、PN が起動するはずです。次に、消費電流（プラス線のギャップの電流計）を測定する必要があります。電流は 300 ～ 400 mA 以内でなければなりません。上向きに大きく異なる場合は、回路が正しく機能していないことを示しています。多くの理由がありますが、主なものの 3 つはトランスが正しく巻かれていないことです。すべてが許容範囲内にある場合は、出力電圧を正と負の両方で測定する必要があります。ほとんど同じはずです。結果は記憶または書き留められます。次に、R27 の代わりに、10 kΩ の定抵抗器と 14,4 kΩ のトリマー (可変可能) の直列チェーンをはんだ付けする必要があります。最初に PN から電源をオフにすることを忘れないでください。 PNを再開しましょう。起動後、電源の電圧を12ボルトに上げます。最初のスイッチオン時と同じ方法で PN の出力電圧を測定します。チューニング抵抗の軸を回転させて、電源が3ボルトからの出力電圧を設定する必要があります。 PSU の電源をオフにした後、直列抵抗回路のはんだを外し、総抵抗を測定します。 RXNUMX の代わりに、同じ定格の定抵抗をはんだ付けします。コントロールチェックを行います。

建物の安定化のための XNUMX 番目のオプション

下の図は、建物の安定化のための別のオプションを示しています。この回路では、TL1 のピン 494 の基準電圧として内部スタビライザーではなく、TL431 並列型スタビライザーで作成された外部スタビライザーが使用されます。チップ DD1 は、フォトトランジスタオプトカプラ U8 と抵抗 R1.1 で構成される分圧器に電力を供給するために 7 ボルトの電圧を安定させます。分圧器の中点からの電圧は、TL494 SHI コントローラーの最初の誤差信号増幅器の非反転入力に供給されます。 PN の出力電圧は、抵抗 R7 にも依存します - 抵抗が低いほど、出力電圧は低くなります. この方式による PN 設定は、図 No. 1 のものと変わりません. 唯一の違いは、最初に抵抗 R8 の選択を使用して DD3 のピン 1 で 1 ボルトを設定する必要があることです。

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下の図の電圧変換回路は、REM ノードの簡略化された実装によって区別されます。このような回路ソリューションは、以前のバージョンよりも信頼性が低くなります。

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細部

チョーク L1 として、ソ連の DM チョークを使用できます。 L2-自作。直径12～15mmのフェライト棒に巻くことができます。フェライトは、必要な直径にカーボンで研磨することにより、ライントランス TVS から切り離すことができます。長いですが、効果的です。直径 2 mm の PEV-2 ワイヤーが巻かれ、12 ターンが含まれています。

DGS として、コンピューターの電源から黄色のリングを使用できます。

カーアンプ用の強力な電圧変換器。コンピュータの電源からの呼び出し音

ワイヤーは直径2mmのPEV-1を取ることができます。 XNUMX本のワイヤーを同時に巻き、リング全体に均等に配置する必要があります。図に従って接続します (始点はドットで示されます)。

変成器。これは PN の最も重要な部分であり、企業全体の成功はその製造にかかっています。フェライトとしては2500NMS1、2500NMS2を使用することが望ましいです。負の温度依存性があり、強い磁場で使用するように設計されています。極端な場合には、M2000NM-1 リングを使用できます。結果はそれほど悪くはなりません。指輪は古いもの、つまり 90 年代以前に作られたものである必要があります。それでも、一方の当事者が他方の当事者と大きく異なる場合があります。したがって、変圧器が XNUMX つのリングに巻かれている PN は優れた結果を示す可能性がありますが、変圧器が同じワイヤで、同じサイズとマーキングのリングに巻かれているが、異なるバッチからのものは、ひどい結果を示す可能性があります。入場方法は次のとおりです。これについては、インターネット上に「ハゲ電卓」という記事があります。これにより、リング、CG の周波数、およびプライマリのターン数を選択できます。

フェライトリング 2000NM-1 40/25/11 を使用する場合、一次巻線には 2 * 6 ターンが必要です。リングが 45/28/12 の場合、それぞれ 2 * 4 回転します。ターン数はマスターオシレーターの周波数に依存します。現在、入力されたデータに従って、必要なすべてのパラメーターを即座に計算する多くのプログラムがあります。

リングは45/28/12を使用しています。プライマリとして、直径 2 mm の PEV-1 ワイヤーを使用します。巻線には 2 * 5 ターンが含まれており、各半巻線は 8 本のワイヤで構成されます。つまり、16 本のワイヤの「バス」が巻かれます。これについては後で説明します (以前は 2 * 4 ターンを巻いていましたが、一部のフェライトでは周波数を上げる必要がありました - ちなみに、これは抵抗 R14 を減らすことで実現できます)。まずはリングに注目してみましょう。

最初、フェライトリングには鋭いエッジがあります。それらは、誰かにとってより便利であるため、大きなエメリーまたはヤスリで削る（丸める）必要があります。次に、リングを臼歯白紙テープで 40 層に巻きます。これを行うには、長さ10センチの粘着テープをほどき、平らな面に接着し、定規に沿って刃で幅15 ... XNUMX mmのストリップを切ります。これらのストライプを使用して、それを分離します。もちろん、理想的には、リングを何かで包むのではなく、巻線をフェライトに直接配置することをお勧めします。これは、変圧器の温度体制に好影響を与えます。しかし、彼らが言うように、神は金庫を救うので、私たちは彼を隔離します.

得られた「ブランク」に一次巻線を巻きます。アマチュア無線家の中には、最初に二次側を巻いてから一次側を巻く人もいます。試していないので、良いことも悪いことも言えません。これを行うには、リング上に通常の糸を巻き、コア全体に計算された巻き数を均等に配置します。端を接着剤または小さなマスキングテープで固定します。次に、エナメル線を 2 本取り、この糸に沿って巻きます。次に、21 番目の部分を取り、最初のワイヤーの隣に均等に巻きます。これを一次巻線のすべてのワイヤで行います。最終結果は滑らかな線になるはずです。巻いた後、これらすべてのワイヤを呼び出して 11 つの部分に分割します。そのうちの 10 つは XNUMX つの半巻線となり、もう XNUMX つは XNUMX 番目の巻線になります。一方の始まりともう一方の終わりを結びます。これがトランスの中間端子になります。次に二次側を巻いていきます。二次巻線は巻数が比較的多いため、XNUMX つの層に収まらない場合があります。たとえば、XNUMX ターン巻く必要があります。次に、次のように進みます。最初の層ではXNUMX回巻き、XNUMX番目の層ではXNUMX回巻きます。プライマリの場合のようにXNUMX本のワイヤーを巻き付けるのではなく、すぐに「タイヤ」します。ワイヤーはぴったりとフィットし、ループや「子羊」がないように配置する必要があります。巻き終わった後、半巻きとも言い、一方の巻き始めともう一方の巻き終わりをつなぎます。結論として、完成した変圧器をワニスに浸し、乾燥、浸漬、乾燥などを数回繰り返します。上で述べたように、多くは変圧器の品質に依存します。

PN を使用してカーアンプを作成するほぼすべての人が、厳密に定義された寸法のボードを計算します。彼を簡単にするために、マスターオシレーターのプリント回路基板を Sprint Layout-4 形式で提示します。

プリント基板のダウンロード

以下は、これらのスキームに従って作成された PN の写真です。

車載アンプ用の強力な電圧変換器

著者： qwert390; 出版物：cxem.net

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