スイッチングスタビライザー、12 ボルト 4,5 アンペア。スキーム、説明

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スイッチングスタビライザー、12 ボルト 4,5 アンペア。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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スイッチング電圧安定化装置 (SVS) はアマチュア無線家の間で非常に人気があります。近年、そのようなデバイスは特殊なマイクロ回路、電界効果トランジスタ、ショットキーダイオードに基づいて構築されています。このおかげで、ISN の技術的特性は大幅に改善され、特に効率は 90% に達し、同時に回路設計も簡素化されました。説明されているスタビライザーは、品質指標、複雑さ、価格の間の妥協点を模索した結果です。

スタビライザーは自励回路に従って構築されています。非常に高い性能特性と信頼性を備えており、過負荷や出力短絡に対する保護機能を備えているほか、制御トランジスタの緊急故障時の出力における入力電圧の発生に対する保護機能も備えています。 ISNの概略図を図に示します。 5.21。その基礎となっているのは、広く普及している OU KR140UD608A です。

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ISN の主な技術的特徴:

出力電圧、負荷電流 4 A での V....12;
保護作動電流、A.....4,5;
リップル電圧 (整流平滑コンデンサ容量 4700 μF の場合)、mV....16;
変換周波数 (4 A の負荷電流で)、kHz ..... 約 20;
効率（4 Aの負荷電流で）、％、少なくとも..... 80;
入力電圧、V.....16...27.

このタイプの多くのデバイスとは異なり、出力電圧と過負荷電流を監視するために、トランジスタ VT4 と、LC フィルタの一部でもあるインダクタ L2 (抵抗の有効成分) によって形成される一般的な OOS 回路が使用されます (L2、 C3)、出力電圧リップルを低減します。出力電圧はツェナーダイオード VD2 とトランジスタ VT4 のエミッタ接合によって決まり、過負荷電流はインダクタ L2 の正規化されたアクティブ抵抗によって決まります。

これらすべてにより、電流センサーと LC フィルターの組み合わせにより、ISN をある程度簡素化し、出力電圧リップルを低減し、効率を向上させることができました。このような回路ソリューションの欠点は、デバイスの出力インピーダンスがわずかに過大評価されることです。

安定化 DC 電源からの電力供給の場合、入力電圧がトランジスタ VT3 のオープン状態近くまで低下しても、デバイスは動作を続けます。入力電圧がさらに低下すると、発電が停止しますが、VT3 は開いたままになります。同時に出力で過負荷または短絡が発生した場合、発電が回復され、スタビライザは電流制限モードで動作を開始します。この特性により、「ラッチ」なしで電子ヒューズとして使用できます。

スタビライザーは次のように動作します。分圧器 R6、R7 と R8、R9 の抵抗の比が異なるため、電源投入時のオペアンプ DA1 の非反転入力の電圧は、反転入力の電圧よりも大きくなります。したがって、その出力には高レベルが設定されます。トランジスタ VT1...VT3 が開き、コンデンサ C2、C3 が充電を開始し、コイル L1 がエネルギーを蓄積し始めます。スタビライザーの出力の電圧がツェナーダイオード VD2 の降伏とトランジスタ VT4 の開放に対応する値に達した後、オペアンプ OA1 の非反転入力の電圧は反転入力の電圧よりも小さくなります (抵抗器 R9 による R10 の分路による）、その出力はローレベルに設定されます。

その結果、トランジスタVT1、VT3が閉じ、コイルL1の端子の電圧極性が突然逆に変化し、スイッチングダイオードVD1が開き、コイルL1とコンデンサC2、C3に蓄積されたエネルギーが負荷に伝達されます。この場合、出力電圧が低下し、ツェナーダイオード VD2 とトランジスタ VT4 が閉じ、オペアンプ出力にハイレベルが現れ、トランジスタ VT3 が再び開き、それによってスタビライザの新しい動作サイクルが開始されます。

負荷電流が定格値を超えて増加すると、コイル L2 のアクティブ抵抗での電圧降下の増加により、トランジスタ VT4 が大きく開き始め、電流の負帰還が優勢になり、ツェナーダイオード VD2 が閉じます。 OOS の作用により出力電流が安定し、出力電圧と入力電流が低減され、トランジスタ VT3 の安全な動作が確保されます。過負荷または短絡が解消されると、デバイスは電圧安定化モードに戻ります。

図からわかるように、トランジスタ VT1 と VT3 は複合トランジスタを形成しています。この回路ソリューションは、バイポーラトランジスタを主要な要素として使用する場合に最適です。この場合、オープントランジスタ VT3 の両端の電圧降下が比較的低い制御電流で確保されるためです。この場合、トランジスタ VT1 は飽和して複合トランジスタの最適な静的損失を提供し、VT3 は飽和していないので最適な動的損失を提供します。 KT4 シリーズの強力なトランジスタが電流センサー VT817 として使用されます。原理的には、ここで安価な低電力トランジスタを使用することも可能ですが、低動作電流 (この場合のように)、開放電圧で強力なトランジスタを使用する必要があります。エミッタ接合の電圧はわずか約 0,4 V ですが、KT3102 などの低電力のものでは約 0,55 V です。

したがって、同じ保護動作電流では、強力なトランジスタを使用する場合の測定抵抗器の抵抗が小さくなり、それによって安定器の効率のゲインが確保されます。前述の ISN では、制御トランジスタ VT3 のブレークダウン中に出力に入力電圧が現れることに対する保護が提供されます。この場合、ツェナーダイオード VD3 の電圧は 15 V 以上になり、電源電流が増加します。回路の電流が急激に増加し、ヒューズ FU1 が切れます。後者は、ツェナーダイオードが焼損する前に (熱過負荷により) 焼損すると考えられます。

事故 (VT3 のコレクタとエミッタ端子の短絡) のシミュレーションでは、KS515A ツェナーダイオード (金属ケース入り) が ISN によって電力供給されるデバイスを完全に保護することが示されました。ヒューズが切れても、ツェナーダイオードは故障してもそのまま残ります。「深い」短絡（断線しない）。 KS515G ツェナーダイオードや同様の輸入品 (プラスチックケース入り) をテストした場合にも同じ結果が得られました。ガラスケースに入った同様のツェナーダイオードは満足のいく動作をしませんでした。ヒューズと同時に焼き切れてしまいました。

ISN では、図に示されているシリーズの任意のトランジスタを使用できます (VT816 としての KT1A を除く)。酸化物コンデンサC2、C3は海外製SRブランド（K50-35の類似品）です。 KR140UD608 の最も適切な代替品は KR140UD708 です。

蓄積インダクタＬ１は、２層の粘着紙によって形成された約０．２ｍｍのギャップを有するＭ２０００ＮＭフェライトで作られた２つのカップ４２２の装甲磁気回路内に配置される。 PEL-1ワイヤーでコイルを巻きます。変換周波数でのコイルの「きしみ」を防ぐために、巻線の入ったカップをニトロワニスの入ったタンクにしばらく浸し、その後取り出してワニスを排出します。この後、ボードの対応する穴に事前に挿入された締め付けネジにカップを置き、422番目のカップを置き、このようにして得られたアセンブリをナットとワッシャーを備えたネジで締め付けます。

ワニスが乾燥した後、コイルリードは注意深く洗浄され、錫メッキされ、基板の対応する接点にはんだ付けされます。次に、残りの部品を取り付けます。コイルＬ２の電流センサは、コイルＬ１と同じグレードのフェライトで作られ、同じ誘電体スペーサを備えた２つのカップ４１４の磁気回路内に配置される。巻線には長さ2mmのPEL-414ワイヤーを使用しており、ワニスを含浸させる必要はありません。このコイルは、指定された直径と長さのワイヤを標準 DPM-1 インダクタに巻くことによって別の方法で作成できますが、この場合、変換周波数でのパルス抑制の効率が多少低下します。

スタビライザーは、片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ます。その図を図に示します。 5.22

スイッチングレギュレータ、12ボルト4,5アンペア

ISN が最大負荷電流で使用される場合、VT3 トランジスタは面積 100 cm2 以上、厚さ 1,5.2 mm のアルミニウム板の形のヒートシンクに取り付ける必要があります。スイッチングダイオードＶＤ１も絶縁ガスケット（例えばマイカ）を介して同じヒートシンクに固定されている。負荷電流が 1 A 未満の場合、トランジスタ VT1 とダイオード VD3 のヒートシンクは必要ありませんが、この場合、コイル L1 を 1,2 mA の抵抗 C2-5 に置き換えることにより、保護動作電流を 16 A に低減する必要があります。 0,33オーム、出力は1Wです。

説明されている ISN は実際には確立する必要はありません。ただし、保護動作電流を明確にする必要があるため、最初は L2 コイルのワイヤの長さを長くする必要があります。基板の対応する接点にはんだ付けした後、必要な保護動作電流が得られるまで徐々に短くしてから、コイルL2を巻き付けます。スタビライザは 4 A を超える負荷電流には使用しないでください。この制限は主に、KT805 シリーズトランジスタのコレクタの最大許容パルス電流に関連しています。

著者: Semyan A.P.

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