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無線電子工学および電気工学の百科事典 調整機能と過電流保護機能を備えたサイリスタ安定化電源。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
過負荷保護機能を備えたサイリスタ調整可能な電圧安定器について読者の注意を引いておきます。 この設計は、電源電圧リップルが重要ではない負荷に電力を供給する場合、たとえば DC モーターや、大量の電力を消費し、調整可能な安定した (平均値) 電源電圧を必要とするその他のデバイスに電力を供給する場合に非常に効果的です。 その最大の技術的特性は、サイリスタと整流器ブリッジという XNUMX つの回路部分の特性によって決まります。 制御システムは汎用的であり、高価な要素や希少な要素を設計から排除するように設計および作成されています。 機能図を図1に示します。
XNUMXつの電源からシステム全体に電力を供給する試みは失敗したことをすぐに警告したいと思います。 電源を介した各種回路の相互干渉が大きくなり、出力電圧の安定性が大きく損なわれます。 また、この設計で出力インピーダンスの低い電源を作成することは、コストと素子数の観点から不当です。 回路図を図 2 に示します。ここで、R1、R2、R4 は電源回路のクエンチング抵抗であり、コンデンサから取り出される電流により、R4 の抵抗は R1、R2 の抵抗の約 3 倍になる可能性があります。 C3 は短パルスの形式です。 残りの時間は CXNUMX の充電です。
抵抗器の抵抗は、任意の単位電源電圧に対してオームの法則を使用して計算できます。 一般的に R \uXNUMXd（U - Ust）/ I、 ここで、R は必要な抵抗です。 U は印加電圧の実効値です。 Ust ツェナー ダイオードの安定化電圧。 I は、受電回路に必要な、この抵抗を流れる電流です。 U が大きく Ust が小さい場合、Ust の値は無視できます。 計算するときは、抵抗によって消費される電力 P = UI を忘れないでください。ここで、P は電力 W です。 U は印加電圧 V の実効値です。 I は抵抗器 A を流れる電流です。抵抗器を確実に動作させるには、抵抗器全体で消費される最大電力が定格値より約 XNUMX% 低くなければならないことを思い出してください。 C2 と A1 には単一のバイブレータが組み込まれており、少なくとも 100 ms の持続時間を持つパルスを生成します。このパルスがバッファ トランジスタ VT2 を介してオプトサイリスタ LED を点灯させ、LED を開きます。 ノード A1 のスキームは、図 3 または 4 に従って実行できます。
図3の回路はユニジャンクショントランジスタよりも安定して動作することに注意してください。 パルス持続時間は、サイリスタを開く最小定格パルス持続時間の約 10 倍である必要があります。 ダイオード VD3 はモノバイブレータと電源電圧の半波の同期を保証し、電源電圧がゼロになった瞬間に C2 を放電します。 ノード R3、VT1 は充電電流 C2 の制御されたソースであり、これにより充電時間をスムーズに調整できます。 抵抗 R6 は単安定のパルス幅を決定します。 その抵抗はリファレンス分圧器の抵抗 R9、R10 より小さくなければならないことに注意してください。 図 1 に従ってブロック バージョン A3 を使用する場合、抵抗 R9、R10 は性能の顕著な低下なしに 10 kΩ にすることができます。 図 1 に従ってブロック A4 のバージョンを使用する場合、基板は汎用であるため、配線を修正せずにユニジャンクション トランジスタのリード線をプリント基板の対応する穴に取り付けます。 ノード R4、VD4、C3 - オプトサイリスタ LED の電源回路。 過剰な電圧はダイオード VD5 を通じて「ダンプ」されます。 オプトサイリスタの LED には定格供給電流が大きいため、別の電源を装備する必要があり、残りの回路にウォッカが供給されます。 出力インピーダンスが低い内部電源の不適切性については上で説明しました。 抵抗 R8 はオプトサイリスタ LED の電流を決定します。 LED パラメータが広範囲にわたるオプトサイリスタに遭遇したという事実があるため、この抵抗を計算するための明確な方法論を提供する危険を冒すつもりはありません。 この要素を選択するだけです。 オプトサイリスタ TO125 の直流 LED の最大定格値は 80 mA です。 ノード VD7、C4 は、フィードバック信号積分器に安定した電力を供給します。 抵抗 R11 は出力電圧レギュレーション特性を整えます。 これがないと、低電圧範囲での出力電圧調整はよりスムーズになりますが、高周波数範囲ではよりシャープになります。 ノード VT3、R12 は別の制御キーです。 その機能は、過負荷が発生した場合に VT1 をロックすることです。 積分器に対するフィードバック信号の影響の程度は、抵抗 R12 の抵抗値によって決まります。 ノード C5、R14 は実際にはインテグレータです。 負荷にかかる電圧が積分され、その値は抵抗 R15 によって決まります。 220 V の主電源などの高電圧からユニットに電力を供給する場合、ワイヤ R15 を使用するか、その抵抗を約 10 倍にする必要があることに注意してください。 これは、電源回路のクエンチング抵抗の電力を計算するための上記の式を使用して、この抵抗に割り当てられる電力を計算することで簡単に検証できます。 抵抗 R13 は、リーク電流 C5 の積分器のパラメータを改善します。 この抵抗を試したり、完全に削除したりできますが、回路パラメータは改善されません。 ユニットが高電圧範囲で動作する場合は、VD8 ツェナー ダイオードを取り付けることが推奨されますが、これは必須ではない安全要素です。 そのため、基板上に設置スペースがありません。 ノード VT4、VT5 - 電流センサー信号増幅器。 VT5 のベースの電圧が VT1,2 のエミッタの電圧より約 4 V 高い場合、トランジスタが開きます。 実験するときは、コレクターの負荷を混乱させることはお勧めしません。 図に示すように、オンにすると、VT5 のベース エミッタ電流はほぼ一定ですが、VT4 のベース エミッタ電流には大きなリップルが生じます。 ここで、これらのトランジスタのコレクタ負荷を交換すると何が起こるかを想像してください。 ノード R19、C7 - 電流センサー信号積分器。 ブロック A2 と小さな負荷電流を使用するときに、ブロック A2 がなくても問題がない場合は、AXNUMX がない場合、電流センサーの信号コンディショナー全体がパルス モードで動作し始めます。 したがって、システム全体の動作が中断されます。 抵抗 R20 は電流センサー (配線抵抗) です。 ご自身の判断で選択してください。ただし、過電流保護システムがダイオードブリッジまたはサイリスタの許容平均電流を超える平均電流で動作する場合は意味がありません。 保護応答電圧は 1,2 V で、これに基づいてオームの法則に従って抵抗 R20 を計算します: R = 1/Imax、ここで R は抵抗器の抵抗、オーム、Imax は必要な平均電流の値です。負荷。 トランジスタ VT6 は LED VD9 を制御し、過電流モードを示します。 コンデンサ C6 は、VD9 のちらつきを除去し、電流センサー信号アンプの動作モードを和らげます。 ノード R1、VD1、C1、VD6 - VD9 LED の電源回路。 過負荷状態を示す予定がない場合は、要素 R1、VD1、C1、C6、R16、VT6、R18、VD9、VT4 を除外できます。 この場合、VT5 エミッタをコモン線に直接接続してください。 この場合、R20 から除去される保護応答電圧は約 0,6 V になります。これは、抵抗 R20 の抵抗値を計算するときに考慮する必要があります。 ブロックA2の図を図5に示します。 負荷の DC 成分のレベルを提供します。 スロットルL1はバラストとして使用されます。 サイリスタが開くと、整流ブリッジ ダイオードが短絡電流モードで動作し、フィルタ コンデンサを再充電します。 このとき、L1 は回路内にリアクタンスを生成し、ブリッジ ダイオードとサイリスタを許容限度を超える電流サージから保護し、過熱から解放してシステムの耐久性を高めます。
ダイオードは自己誘導電圧サージを排除し、制御システムの故障を防ぎます。 チョーク L2 は、可変コンポーネントのバラスト抵抗として機能します。 デザインの特徴 R18 を KS133 ツェナー ダイオードまたは別の LED に置き換えることができます。 オプトサイリスタの動作をより安定させるため、また追加の表示などのために 6 つ目の LED が必要な場合にこれを行うことは理にかなっています。 VD133 は、直列に接続された XNUMX つまたは XNUMX つの LED のチェーンに置き換えることもできます。 LED と直列に接続されている KSXNUMX ツェナー ダイオードを置き換えることもできます。 これらは、ユニットの回路に電力が存在していることを示します。 VD5 の代わりに、カソード VD4 とコモン ワイヤの間に安定化電圧 4,7 ～ 6,2 V のツェナー ダイオードを取り付けることができます。これらの回路は必要に応じて変更できますが、すべての回路が動作する条件に違反しないようにしてください。ブロックには 4,7..6,2 V 以内の電圧が供給されます。 R20 電流センサーの代わりに、可変抵抗またはトリミング抵抗、できれば配線抵抗を取り付けることができます。 これにより、現在の保護レベルをスムーズに調整することができます。 ボードの特徴について 線路側から見たプリント基板のレイアウトを図6に示します。
A2ブロックが必要ない場合は、単純に短くできるように設計されています。 短縮する線は破線で示されています。 たとえば、主電源電圧やその他の高い交流電圧を表示するために、追加の LED 用の電源回路の要素を取り付けることが可能です。 この回路の概略図を図 7 に示します。
大きな直径の穴は、円で囲まれた点で示されます。 図に直径が示されていない穴はすべて直径 2 mm です。 これらの穴をピストンすることを強くお勧めします。 これにより、ユニットの設置および操作中の多くの小さなトラブルを回避できます。 ボードは、RP10-15 コネクタを使用して外部回路に接続されます。 このコネクタは非常に一般的で、接点ごとに最大 10 A の電流が可能で、接点を回路に配線する際の多少の不便を補い、必要な要素を基板から簡単に移動できます。 たとえば、VS1 をラジエーターに取り付け、R20 を基板から取り外して可変にします。 コネクタは XNUMX つの角を使用して基板に取り付けられ、そのために基板に XNUMX つの穴が開けられます。 コネクタのソケット部分を基板に取り付ける方が安全で便利です。 破片が頻繁に侵入するため、アクセスが不便なシャーシではなく、取り外したボード上で清掃する方が便利です。 このボードには、タイプ SP3-38b (横たわっている) の調整抵抗器の取り付け場所が用意されています。 屋外、または酸、アルカリの蒸気、高湿度、塵埃が充満した攻撃的な雰囲気でユニットを操作する予定がある場合は、密閉された抵抗器を取り付けてください。 ピンの位置に応じて、穴と取り付けパッドの位置を調整します。 ブロック自体をUR、シャーラックなどのワニスでコーティングするか、極端な場合にはアルコールで希釈したロジンでコーティングします。 ブロック A2 のフィルタ コンデンサをワイヤ クランプで基板に固定することを怠らないでください。 この目的のために、対応する穴が特別に残されます。 実装時のエレメント R1、R2、R4、R20 の放熱性を高めるため、基板から約 5 mm 浮かせたままにしてください。 A2 フィルター チョークのコアは、対応する穴を通して M4x25 ネジを使用してボードに取り付けられます。 コアの亀裂を防ぐために、コアとネジの間に柔らかいワッシャー (おそらくテキストライト) を置きます。 電力整流器には、KD213 ダイオード (200 V 未満の電圧で動作する場合) またはその他の十分に強力なダイオードが使用されます。 製造が簡単で非常に効率的なラジエーターを図8に示します。
この設計は、厚さ 2 ～ 3 mm の軟質アルミニウム製の U 字型ブラケットと、ネジ穴を備えた同じ厚さのジュラルミン製のプレッシャー プレートで構成されています。 プレッシャープレートを他の材質で作ることもできますが、放熱性が損なわれてしまいます。 このラジエーター設計は、ダイオード KD213、KD212 など用に設計されています。 他のダイオードを使用する場合は、取り付け穴の位置やサイズの調整が必要になる場合があります。 TO125 オプトサイリスタは、3 本の MXNUMX ネジを対応する穴に通してボードに取り付けられます。 これらの同じネジは、アノードと回路の間に電気的接触を提供します。 オプトサイリスタ LED は、ワイヤと抵抗 R8 を介して、吊り下げ要素としてボード上の対応する接点に接続されています。 細部 MLT、MT、BC、S2-XX タイプのすべての抵抗器は、図に示されている電力に対応します。 電解コンデンサ タイプ K53-1、K53-4。 全気候対応設計です。 もちろん、K50-XX を使用することもできますが、あまりお勧めしません。 負荷と信頼性のコストがはるかに高くなる可能性があります。 ツェナー ダイオード - 電圧 4,7 ～ 6,2 V、任意の文字インデックス、できればすべて同じタイプ (KS147、KS447、KS156、KS456、KS162) 用。 KT502 を KT203、KT209、KT3107、KT501 を任意の文字に、KT503 を任意の文字の KT3102 に、KT3102 を KT342 に、さらには KT503 に置き換えることができます。 すべてに任意の文字インデックスが付いています。 KD522 上の KD521、または最大 50 mA の定順電流と少なくとも 15 V の逆電圧を備えた他のもの。ブロック A2 のチョークは装甲コア B30...B36 に巻かれています。 L1 には 10 ～ 30 巻のワイヤ PEL 0,8 ～ PEL 1,2 が含まれ、L2 には 50 ～ 100 巻のワイヤ PEL 0,6 ～ PEL 1,0 が含まれます。 これらのチョークには、0,1 ～ 0,5 mm の非磁性ギャップを配置することをお勧めします。 これを行うには、カップの端を軽く研磨し、防水接着剤を塗ります。 この後、カップを通常の、あるいはできればコンデンサー紙のシートに貼り付けます。 接着剤が乾いたら、スプールがカップに自由に収まるように余分な紙を取り除きます。 この操作は両方のカップで実行できます。 それはすべて、利用可能な紙の厚さによって異なります。 高負荷電流時のチョークのコイルやカップの不快なうなり音を避けるために、組み立てて締めたチョークを溶かしたワックス、パラフィン、ステアリンに 3 ～ 5 秒間浸してください。 余分なフィラーを自由に排出させます。 調整 正しく計算され組み立てられたユニットには、トリミング抵抗を適切に取り付ける必要があります。 まず、抵抗R3、R12、R15のスライダーを中間の位置に設定します。 ユニットが動作しない場合は、電源電圧を確認してください。 必要に応じて、電源回路のクエンチング抵抗の抵抗値を選択します。 オプトサイリスタ LED 電流が低すぎる可能性があります。 次にR8を手に取ります。 代わりに、10 オームの定抵抗と 100 オームの可変抵抗を直列接続した回路をはんだ付けすることができます。 極端な LED 電流値を選択しないでください。 このプロセス全体をオシロスコープで制御する方が良いでしょう。 なお、TO125のLED定電流の最大定格値は80mA以内です。 最後に、IC メーカーの皆様には、この仕組みに注目していただきたいと思います。 次に、回路全体に XNUMX つのダンピング要素と XNUMX つまたは XNUMX つの外部コンデンサを備えた、より複雑だが強力な XNUMX つの電源回路について真剣に考えることができます。 私たち開発者とオペレータにとって、そのようなブロック内の XNUMX つの安価な IC を使用する方がはるかに簡単になります。 そして、そのようなスタビライザーの市場は非常に大きくなる可能性があります。 著者: V.B.エフィメンコ
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