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無線電子工学および電気工学の百科事典 スイッチングレギュレータを備えた XNUMX つの電源。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
昔のスイッチング電圧安定化装置を備えた自家製電源は、完全にディスクリート素子で作成する必要があったため、製造と構成が非常に困難でした。 したがって、アマチュア無線環境では、リニアスタビライザーを備えた電源の方がはるかに人気がありました。 リニアスタビライザの主な欠点は、入力電圧と出力電圧の差が大きく効率が低いこと、かなりのサイズのヒートシンクを使用する必要があり、これにより構造の重量と寸法が増加することです。 スイッチング レギュレータを備えたデバイスは、リニア電圧レギュレータを使用する設計と比較して、効率が高く、重量が軽く、通常はサイズが小さくなります。 スイッチングレギュレータの特殊な集積回路を使用すると、スイッチングレギュレータの回路を大幅に簡素化すると同時に、信頼性と性能を向上させることができます。 スイッチング電圧レギュレータを備えた低電力電源の回路図を図に示します。 1. この電源は、最大 3,3 A の負荷電流で 9 V ～ 0,5 V の出力電圧を提供します。この設計のスイッチング レギュレータは、Motorola の MC34063AP などの一般的な安価な集積回路に実装されています。 このマイクロ回路は 3 ～ 40 V の入力電圧で動作し続け、昇圧、降圧、および反転電圧コンバータを作成できます。 マイクロ回路はパルス降圧コンバータとして組み込まれています。 入力電圧が安定化電圧の1,5倍以上であれば、このモードで使用するのが最も合理的です。 入力電圧と出力電圧の差が小さくなると、スタビライザーの効率は低下し、線形スタビライザーの効率に近づきます。 降圧コンバータの通常動作に必要な入力電圧と出力電圧間の最小差は 3 V です。
降圧トランスＴ１の一次巻線には、ヒューズＦＵ１および不燃性保護抵抗Ｒ１を介して交流電圧２２０Ｖが供給される。 変圧器の二次巻線からの電圧は、自己修復ヒューズ FU220 を介して、ショットキー ダイオード VD1 ... VD1 で作られたブリッジ整流器に供給されます。 コンデンサ C1 は、整流された電圧のリップルを平滑化します。 バリスタ RU2 は、主電源電圧のサージやインパルス ノイズによる損傷から主電源変圧器とブリッジ整流ダイオードを保護します。 低抵抗の抵抗器 R2 は、DA1 チップを過負荷から保護するために必要です。その抵抗が大きいほど、チップの内蔵保護が作動する電流が低くなります。 マイクロ回路の発振周波数はコンデンサ C4 によって設定されます。 ショットキー ダイオード VD5 とストレージ インダクタ L1 は、高い入力電圧を低い安定化出力電圧に変換するのに関与し、その値は抵抗 R5 の抵抗値と、直列接続された定抵抗 R3 と可変抵抗の合計抵抗によって決まります。 R4。 マイクロ回路のコンパレータはピン 5 で約 1,25 V の電圧を維持しようとするため、抵抗 R3 と R4 の合計抵抗が大きくなるほど、スタビライザの出力電圧は低くなります。 インダクタ L2 および L3 は、出力安定化電圧のリップルを平滑化する LC フィルタの一部です。 強力なツェナー ダイオード VD7 は、スタビライザの誤動作が発生した場合に負荷を損傷から保護しますが、自己リセット ヒューズ FU2 は機能します。 ダイオード VD6 はチップへの損傷の可能性を軽減します。 出力に電圧安定器がある場合、HL1 LED が点灯します。 図のスキームに従って正確に作られています。 保守可能な部品の 1 つは電源であり、一般的な LM2575 シリーズの集積回路で作られたスイッチング DC 電圧レギュレータを使用して電源をセットアップする必要はありません。このシリーズのマイクロ回路で作られたスイッチング電圧レギュレータは、負荷に最大 1 A の電流を供給できます。LM2575T は最大 40 V です。この設計では、+2575 V の固定出力安定化電圧用に設計された LM5.0T-5 タイプのマイクロ回路が使用されています。このようなスタビライザーを備えたデバイスでは、PSU 出力で他の電圧を取得できる回路ソリューションが使用されました。 降圧変圧器 T1 のノードは、最初のデバイスの同様のノードと同じように機能します。 コンデンサ C1、C2、C3 - DA1 チップのパワー フィルター。 チョーク L1 - ストレージ。 スタビライザーの出力電圧リップルは、4 セクションのローパス フィルター C9C2L10C11C3L12 C13C1 によって平滑化されます。 スイッチ SB5 により、出力電圧 9 または 4 V を選択できます。このスイッチの接点が開いているとき、DA1 のピン 2 の電圧は抵抗 RXNUMX を介して供給され、その抵抗がスタビライザーの出力電圧を決定します。 この抵抗の抵抗値が大きいほど、出力電圧は高くなります。 接点 SB1 が閉じている場合、スタビライザの出力の電圧は、適用されるスタビライザの動作出力電圧と等しくなります。 降圧スイッチング電圧安定化装置は、負荷に供給する電流よりも整流器から消費する電流が少ないことに注意してください。 さらに、スタビライザの入力電圧と出力電圧の差が大きくなるほど、一定の負荷電流でのこの電流は少なくなります。 デバイスを安定して動作させるには、コンデンサ C2、C3 を DA1 チップの電源ピンのできるだけ近くに取り付ける必要があります。 この条件はコンデンサ C1 にも満たされることが望ましいです。 図上。 2. より強力なマイクロ回路の図が表示されます。この場合は 5,0 ... 5,2 V です。
抵抗 R3 とダイオード VD6 により、マイクロ回路が損傷する可能性が軽減されます。 出力電圧が 5 V の場合、「緑色」LED HL1 が点灯します。 9 V の出力電圧では、スタビライザーの出力電圧が HL2 LED と VD2 ツェナー ダイオードの合計動作電圧よりも高くなるため、「赤色」LED HL8 も光ります。 電圧スタビライザの出力に強力な VD7 ツェナー ダイオードが取り付けられているため、スタビライザが故障した場合に負荷が損傷する可能性が低くなります。 間違いなく、図のスキームに従って保守可能な部品から作られています。 2 電源はネットワークに接続するとすぐに動作を開始します。 必要に応じて、抵抗 R2 の抵抗値を選択することで、出力電圧を必要な 9 V またはそれに近い電圧により正確に設定できます。 R2 の代わりに可変抵抗器を取り付けることもでき、出力電圧をたとえば 5 ～ 12 V にスムーズに調整することができます。可変抵抗器の金属ケースとスクリーンは共通のワイヤに接続する必要があります。 スタビライザの出力電圧が 9 V、負荷電流が 1 A、入力電圧が 16 V の場合、スタビライザの消費電流は約 0,6 A になります。これは、ステップでの損失を除くと、その効率の約 93% に相当します。 -ダウントランスとブリッジ整流器。 比較のために、同じ条件下での線形安定化装置の効率は 56% にすぎません。 入力電圧 19 V、出力 5 V、負荷電流 1 A の場合、ブリッジ整流器からスタビライザーによって消費される電流は約 0,31 A になります。これは、約 84% の効率に相当し、振幅は最大負荷電流におけるスタビライザの出力のリップル電圧は、パルスコンバータ DA20 の周波数動作で 1 mV を超えません。 図上。 図 3 は、スイッチング電圧レギュレータを備えた充電器と電源である、さらに強力な電源の概略図を示しています。 このデバイスを使用すると、ポケット フラッシュ プレーヤー、カメラ、携帯電話などの 4960 つのデバイスを同時に接続して、USB インターフェイス ケーブル経由で内蔵バッテリーを充電したり、バッテリーを節約するためにこれらのデバイスに直接電力を供給したりできます。資力。 さらに、この設計は過負荷保護機能を備えた強力な実験室用電源としても使用できます。 このデバイスは、調整可能な降圧スイッチング電圧レギュレータである SGS-Thomson Microelectronics タイプ L2,5 の集積回路を使用して組み立てられています。 この超小型回路は最大 5.40 A の負荷電流を供給でき、出力電圧は +90 V、効率は最大 4960% です。 L46 マイクロ回路の最大供給電圧は +XNUMX V です。マイクロ回路には過負荷と過熱に対する保護機能が組み込まれています。 降圧変圧器 T1 のノードは、前述のデバイスの同様のノードと同じように機能します。 整流電圧のリップルは大容量酸化物コンデンサC4によって平滑化されます。 直流電圧は内蔵スイッチングレギュレータ DA1 に供給されます。 図上。 図 3 は、さらに強力な電源の概略図を示しています。
変換周波数 DA1 は、負荷電流 83 A で約 1 kHz です。インダクタ L1 は蓄電です。 出力電圧は、抵抗器 R5、R6、R3 の抵抗比によって決まります。 可変抵抗器 R5 と抵抗器 R6 の合計抵抗がゼロの場合、スイッチング レギュレータの出力電圧は 5,0 ～ 5,2 V になります。出力電圧リップルは 12 リンク LC P フィルタ C13C2 L15C16C3L17C18C20 によって平滑化されます。 出力電圧リップルは、負荷電流 1 A のコンバータの周波数で 7 mV を超えません。抵抗 R1 とダイオード VD1 は、DAXNUMX を損傷から保護します。 この電源は、SB1 ボタンによって選択される 5 つのモードで動作でき、回路図に示されている位置では、デバイスは可変抵抗器の位置に依存しない +5 V 出力電圧の USB 充電器として動作します。 R1スライダー。 SB3 を 1 番目の位置に移動すると、デバイスは出力電圧を調整できる電源として機能します。 動作モードは HL2 LED によって示されます。 構造が「充電器」モードで動作しているとき、デバイスが実験室用電源として動作している場合、この LED は緑色または黄色に点灯します。 トランジスタ VT9、VT12 のノードは、充電電流の存在を示すように設計されています。 回路図に示されている抵抗器 R1、R2 の抵抗により、対応する負荷に 150 mA を超える電流が流れると、LED HL2、HL105 が点灯します。 より低い充電電流で LED を点灯させたい場合は、39SA25 シリコン トランジスタをゲルマニウム トランジスタ (MP26B など) に置き換えることができます。 MP9A、MP12 を選択するか、抵抗 R3、R4 をより高い抵抗に設定します。 自己リセットヒューズ FU7、FU14 は、短絡または過負荷の場合に動作します。 強力なツェナー ダイオード VD1 とコンデンサ CXNUMX は、USB ソケットに接続されたデバイスを、SBXNUMX のスイッチング時に発生する可能性のある出力電圧のサージから保護します。 ソケット XS1 は高電流のリセット可能ヒューズ FU3 によって電力が供給されていることに注意してください。 さらに、SB2 ボタンがあるため、消費電流が比較的高いデバイスをこのジャックに接続できます。 これを行うには、接点 SB2 を閉じる必要があります。これにより、抵抗 R9 の両端の出力電圧の降下がなくなります。 強力な VD8 ツェナー ダイオードは、電圧レギュレータが故障した場合に負荷が損傷する可能性を軽減します。 何らかの理由でスタビライザーの出力電圧が 15 V を超えた場合、マイクロ回路の内蔵保護機能か、自己リセット ヒューズ FU2 が機能します。 同時に電源をできるだけ早くオフにしないと、VD8 ツェナー ダイオードが破損します。 この設計および以前の設計における保護ツェナー ダイオードの故障を回避するために、XNUMX つの中電力トリニスタ、XNUMX つのツェナー ダイオード、および XNUMX つの抵抗で構成される標準のトリニスタ アセンブリでサージ保護を補うことができます。 降圧トランスの代わりに。 TP112-8 は、全体の電力が 7 W、二次巻線の電圧が 14 ... 18 V を持つ人に適しています。変圧器の代わりに使用します。 TP114-7 は、全体の電力が少なくとも 13 W、二次巻線の電圧が 15.20 V を持つ人に適しています。 タイプのトランス。 TP-30-2と置き換え可能です。 総合電力が少なくとも 40 ワットの TTP30 または類似品。 ブリッジ整流器の出力の電圧が高くなるほど、安定器が一定の負荷電流で消費する電流は少なくなります。 バリスタ TNR10G471K は、FNR-430K470、FNR-07K471 MLT、C14-471、C1-4、C2-23 などの 1 V、14 V に置き換えることができます。 全ての回路の抵抗Ｒ１は、例えば不燃性のものを使用することが望ましい。 P1-1 またはセラミックケースに入った 7 または 1 W の電力の小型ワイヤ。 可変抵抗器 - 線形特性を持つ SDR-2 など。 可変抵抗器の軸には絶縁体で作られたハンドルを取り付ける必要があります。 酸化物コンデンサ - K50-35、K50-68、K53-19 の輸入類似品。 無極性コンデンサ - セラミック、K10-17、KM-5、KM-6 の輸入類似品、または SMD 設計では不利です。 ブリッジ整流器のダイオードと並列に、および電圧安定器の入力に取り付けられるセラミック コンデンサは、少なくとも 30 V の動作電圧用である必要があります。残りのセラミック コンデンサは、16 V の動作電圧用に取り付けることができます。 SR360 ショットキー ダイオードの代わりに、MBR350、1N5825、MBR360、DQ06、MBRD660CT、MBR1060、50WR06 ダイオードを使用できます。 同じダイオードでショットキー ダイオード 1N5822 および低電力ショットキー ダイオード 1N5819 を置き換えることができます。ショットキー バリアを持つダイオードがない場合は、KD213、2D213 シリーズのダイオードを代わりに使用できます。 ツェナーダイオードKS1AをKS4001Vに置き換えることができます。 1N4001。 ツェナー ダイオード 1N4007 は 4001RMT4007VTZ に置き換えることができます。 208SMB209BT243、162N162。 BZV1C-5341V1 ツェナー ダイオードは、ツェナー ダイオードの代わりに 5339N1A、TZMC-5919V1 に置き換えることができます。 R5919KE3Aは1N5919またはD55Dを取り付けることができます。 ツェナーダイオードの代わりに。 R4KE3A は 1 つの N4731、D4E に適合します。 LED は、同様の連続発光色に適合します。 pn-p 低電力トランジスタ 3SA6 の代わりに、SS12、1SA5349、KT815、KT6、KT15 KT1 シリーズのいずれかを使用できます。 MC34063AP 集積回路は、MC34063AP1 または DIP-33063 パッケージで製造されたより信頼性の高い MC8A に置き換えることができます。 熱伝導性接着剤の助けを借りてこのようなマイクロ回路の信頼性を高めるには、8 cm2575の冷却表面積を持つ銅製のリブ付きヒートシンクを接着する必要があります。 集積回路 LM5.0T-5 は、+220 V の出力電圧用に設計されており、2575 ピン パッケージ TO-5.0 で製造されています。代わりに、LM220TV-2575 マイクロ回路を使用できます。 体の中で作られます。 TO-2 または L.M5.0D2576T-2576、または LM3 シリーズの同様のチップ。 LM2575 シリーズの超小型回路では、最大 2576 A の負荷電流が可能です。LM3,3、LM12 シリーズの超小型回路の中には、15 V、1,23 V、37 V の固定出力電圧用の超小型回路や、出力電圧を調整できる - Adj 用の超小型回路もあります。 60 ... 2 V。マイクロ回路は、少なくとも3 cm2576の冷却表面積を持つ銅またはジュラルミンのヒートシンクに取り付ける必要があります。 電源が図のスキームに従って組み立てられている場合。 200 は負荷電流 300 A 向けに設計されているため、LM4960 シリーズ超小型回路のヒートシンクは少なくとも 200 cmXNUMX でなければなりません。 少なくとも XNUMX cmXNUMX の狭くて換気の悪い建物内。 LXNUMX チップは、少なくとも XNUMX cmXNUMX の冷却表面積を持つヒートシンクに取り付ける必要があります。 （片側）。 MF-R シリーズのポリマー リセッタブル ヒューズの代わりに、同様の LP60 シリーズでも使用できます。 タイプスイッチ。 P2K、PKN、自由接点群を並列接続したもの。 ストレージチョーク (すべての回路の L1) は 150.300 μH のインダクタンスを持つ必要があり、32NN フェライトの K20x6x2000 リング磁気回路で作成できます。 ダイヤモンド丸鋸または優れた弓鋸を使用して、幅 1 ～ 1.5 mm の貫通カットをリングに作成します。 形成された隙間に、箔のないテキストライトを接着します。 ワニスを塗った布でリングを巻いた後、22x0,18 mmのリッツ線で50 ... 60回巻き付けます。これは約2メートルの線になります。 切断中にリングが XNUMX つの半分に分かれた場合は、瞬間接着剤で接着できます。 巻線の層の間に、ニスを塗った布の層を2層置く必要があります。 PVCテープ。 巻線の各層にはザポンラックが含浸されています。 すべての回路のインダクタ L3 および L15 には、M20NM フェライトで作られた K12x6x2000 リングに巻かれた同じワイヤが 1 回巻かれています。 巻線を敷く前に、リングを軽くやすりで削り、0,05つの半分に分けます。 その後、瞬間接着剤や接着剤で接着します。 BFし、室温で少なくとも3日乾燥させた。 電圧安定器の場合、図のスキームに従って作成されます。 図１に示すように、より小さな磁気回路を使用することができる。 巻線抵抗が 0,02 オーム以下の適切な工業用チョークを使用することもできます。 図のスキームに従って組み立てられたスタビライザーの場合。 図３に示すように、インダクタ巻線の抵抗は０．０２オーム以下であることが望ましい。 また、チョークL2、L3の代わりに、 で作られたチョークを使用することもできます。 たとえば、キネスコープ TV やモニターのラスター補正コイルの H 型フェライト コア。 著者：ブトフA.L.
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