ネットワークスイッチング電源、50 ワット。スキーム、説明

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ネットワークスイッチング電源、50ワット。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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ここで説明するデバイスの主な目的は、パーソナルコンピュータに電力を供給することです。しかしそれだけではありません。 UMZCH など、他の多くの高出力アマチュア無線設計に電力を供給するのに適しています。

提案する電源（図1）の動作原理は、第XNUMX世代カラーテレビ用電源と同じです。また、断続電流モードに近いモードでも動作するため、自励発振デバイスとなります。しかし、根本的な違いがあります。それは、強力なスイッチングトランジスタの「エミッタスイッチング」を使用しているため、より広い周波数範囲での使用が可能になり、さらに高電圧トランジスタの故障の可能性が低減されます。

実験の結果、エミッタ回路にスイッチングトランジスタKT839Aを組み込んだKT972Aトランジスタは、周波数120kHzでも良好に動作することが確認されました。この電源のもう XNUMX つの利点は、広範囲の出力電流にわたって使用できることです。

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このデバイスは、整流ダイオードが逆接続されたシングルエンド電圧コンバータです。ブロックチャネルの出力電圧は、電子スイッチのトランジスタのオープン状態の継続時間を変更することによって安定化されます。

電源ユニットの主なコンポーネントは、フィルタ付き主電源電圧整流器、出力フィルタ付きシングルエンドコンバータ、パルス幅レギュレータ、ミスマッチアンプ、および補助スイッチングスタビライザです。

主電源電圧はチョーク L1、L2 とコンデンサ C1、C2 で形成されるノイズ抑制フィルタを通過し、ダイオードブリッジ VD1...VD4 によって整流され、抵抗 R1 を介して整流された電圧が平滑コンデンサ C7 に供給されます。コンデンサ C3...C6 はネットワークへの干渉の侵入を軽減し、抵抗 R1 は電源投入時の入力電流のサージを制限します。コンバータは、ユニットをネットワークに接続してから約 0,1 秒後に起動し、整流器の動作が多少容易になります。

コンバータの主なコンポーネントは、パルストランス T1、トランジスタ KT839A (VT1) および KT972A (VT2) を使用した強力な高電圧スイッチ、整流器、出力フィルタです。最大許容コレクタ・エミッタ間電圧が大きいKT839Aトランジスタは、高速トランジスタKT972Aでエミッタ回路を開閉することで開閉するため、二次降伏の発生を防止し、エミッタトランジスタのスイッチング時間を短縮します。これにより、パルストランスを変更せずに出力電圧を広範囲に変更できるようになります。

抵抗 R11 と R12 は、合計抵抗が 0,5 オームで、コンバータの電流センサーとして機能します。トランジスタ VT1 が閉じると、ダイオード VD6、ツェナーダイオード VD5、およびコンデンサ C8 を流れるそのコレクタ電流は、整流器ブリッジ VD1 - VD4 の負端子に閉じられます。

ダイオード VD13 ～ VD15 - 変圧器 T3 の二次巻線 4、5、1 のパルス電圧整流器。整流器の出力電圧のリップルは、コンデンサ C13 ～ C18 と LC フィルタ L5C21、L6C22 によって平滑化されます。

+15 V チャンネルの出力に接続された抵抗 R5 は、+12 V チャンネルに負荷がかかっているときの電圧の過度の上昇を防ぎます。この抵抗のおかげで、負荷のない +5 V チャンネルの出力電圧は上昇します。チャネルの負荷電流 +6 V ～ 12 A において、コンピュータチップにとって安全な 2,5 V を超えません。-12 V チャネル電圧は、DA2 マイクロ回路スタビライザによって安定化されます。

ミスマッチアンプは +12 V チャンネルの出力に接続されており、基準電圧のソースは DA2 スタビライザーの出力です。トランジスタ VT4 はエラー信号を増幅します。トランジスタの負荷はフォトカプラ U1 の LED であり、ダイオード VD17 はそのエミッタ接合を保護します。 +12 V チャンネルの出力電圧が 12 V を超えると、フォトカプラ LED がオンになり、フォトカプラのフォトトランジスタを流れる電流が増加します。

スイッチトランジスタ VT1 の開状態は、フォトカプラのフォトトランジスタの電流によるコンデンサ C11 の充電時間 (約 4 ～ +1 V) によって決まります。フォトカプラのフォトトランジスタの電流値が大きいほど、コンデンサの充電は速くなります。 11 以降、トランジスタ VT1 がオープン状態になる時間は短くなります。

電源をネットワークに接続した後、コンデンサ C8 も充電を開始します (抵抗 R2 とダイオード VD6 を介して)。両端の電圧が 4,5 V に達すると、電流は抵抗 R6、ツェナーダイオード VD12、トランジスタ VT2 のエミッタ接合、抵抗 R11、R12、および抵抗 R6、R5、トランジスタ VT1 のエミッタ接合、トランジスタ VT2、および抵抗を流れます。 R11、R12は、スイッチングトランジスタをアクティブ動作モードに切り替えます。ダイオード VD1、コンデンサ C7、抵抗 R10、R5 を介した変圧器 T7 の巻線 I と巻線 II 間の正帰還信号は、スイッチングトランジスタを迅速に開きます。トランス T1 の磁気回路に磁界エネルギーが蓄積され始めます。一定の時間が経過すると、トランジスタ VT3 がトランジスタ VT2 を開閉し、したがってトランジスタ VT1 が開閉します。この場合、トランジスタＶＴ３は、電流センサＲ１１、Ｒ１２およびコンデンサＣ１２からそのベースに供給される電圧を合計する。

コンバータの起動時または過負荷の場合、抵抗 R11、R12 の両端の電圧降下が 1 V を超えると、抵抗 R3 とダイオード VD10 を流れる電流によってトランジスタ VT11 が開き、これによりデバイスは短期的な過負荷に耐えます。いずれかのチャネルが共通導体に短絡すると、電源は故障することなく自動的に電力制限モードに入ります。コンバータの通常動作モードでは、スイッチングトランジスタが閉じる瞬間は、コンデンサ C11 の充電時間によって決まります。

強力なトランジスタがオフになった後、パルストランスの巻線にかかる電圧の極性が反転し、同時にダイオード VD13...VD15 が順方向にオンになり、LC フィルタのコンデンサを充電します。整流された電流で。この電流の値がゼロに近づくと、変圧器 T1 の巻線 /、その寄生容量、およびコンデンサ C9 によって形成される発振回路で電気振動が発生します。それらの最初のものは、スイッチの強力なトランジスタを開きます - そして、説明されたプロセスが繰り返されます。

トランジスタ VT1 と VT2 が閉じている間、コンデンサ C7 の負端子に対する変圧器の巻線 II の下側端子の電圧は負となり、抵抗 R8 とダイオード VD8 を通じてトランジスタ VT2 を確実に閉じた状態に保ちます。このトランジスタのベースの最小電圧は、ツェナーダイオード VD12 の安定化電圧とダイオード VD10 の電圧によって決まります。回路 R8VD9 を介して、コンデンサ C11 も充電され、ダイオード VD8 と VD9 のカソードが結合されているため、コンデンサ C12 の電圧はトランジスタ VT2 のベース (つまり、約 -4 V) より低くなることはありません。

+12 V チャンネル出力の電圧は、パルス幅制御によって安定化されます。これにより、+5 V チャネル電圧も同時に安定します。

ただし、デバイスのパルストランス、ダイオード、その他の要素は決して理想的ではないため、このチャネルの出力の電圧安定性は低くなります。したがって、補助パルススタビライザが使用されます。これは 5 つの機能を実行します。12 つは負荷電流の一部を +XNUMX V チャネルに供給してその電圧の安定性を高めること、もう XNUMX つは負荷がかかっていない場合は +XNUMX V チャネルに負荷を与えることです。

補助スタビライザには、超小型回路スタビライザ DA1、チョーク L3、L4、コンデンサ C19、ダイオード VD16、抵抗 R14 が含まれており、DA1 チップは電子スイッチ、基準電圧源、エラー信号アンプとして機能します。チョーク L4 とダイオード VD16 は、パルス安定化装置の必須の属性です。 DA1マイクロ回路の励起はインダクタL3とコンデンサC19によって提供され、抵抗R14は回路L3C19の品質係数を低下させ、高周波発振の発生を防ぎます。

電源のすべての要素は、厚さ 205 mm の片面箔ガラス繊維ラミネートで作られた 105x2 mm (図 1) のプリント基板上に実装されています。

ネットワークスイッチング電源、50ワット

抵抗とコンデンサの主なパラメータはデバイスの回路図に示されています。トランジスタ KT839A (VT1) は、KT838A、KT872A、KT846A、KT81148、および KT972A と KT972B に置き換えることができます。トランジスタ KT645B (VT3) および KT342BM (VT4) の代わりに、ベース電流伝達係数が少なくとも 50 の同様のトランジスタを使用できます。フォトカプラ AOT101AC (U1) は、AOT101BS、AOT127A、または AOT128A に置き換えることができます。

ダイオード KD212A (U06、VD7) は任意の文字インデックスを持つ KD226 または KD411 に置き換えることができ、KD2999V (VD13、VD14) は同様の特性を持つ他のダイオード (KD2995、KD2997、KD2999、KD213 シリーズなど) に置き換えることができます。整流器ブリッジのダイオード VD1 ～ VD4 の代わりに、KD226G、または少なくとも 243 V の逆電圧に対応する最後の手段として KD400 シリーズが適しています。

D814B (VD5) ツェナーダイオードには大量の電流が流れます。ツェナーダイオードを交換する際にはこれを考慮する必要があります。許容電流は少なくとも 40 mA である必要があります。コンデンサC16～C18にも大きな電流が流れるため、K50～29、K50～24シリーズのものを使用することが望ましいです。コンデンサ C1 ～ C6 (KD-2、K78-2、K73-16 など) の定格電圧は少なくとも 400 V である必要があり、350 Hz の周波数で少なくとも 50 V の交流成分で動作できる必要があります。。定格電圧 9 V のコンデンサ C78 - K2-1600。残りの部品は交換する必要はありません。

トランジスタVT1は表面積約200cm2のヒートシンクに設置され、ダイオードVD13とVD14はそれぞれ面積45cmと35cmのヒートシンクに設置され、スタビライザーDA2はヒートシンクに設置されています面積70cm2。

トランス T1 は磁気コア上に作られています。 W 12x15 フェライト 2000NM 製、非磁性ギャップ 0,5 mm。巻線 I には、半分に折り畳まれた PEV-160 2 ワイヤーが 0,47 回巻かれています。巻線 II - 同じワイヤーを 4 回巻きますが、0,2 つに折り畳まれています。磁気結合を改善するために、巻線 III と IV は厚さ 27 mm、幅 3 mm の銅テープでできており、それぞれ 1 回巻かれています。銅テープは、0,8 つに折った PEV-8 1 ワイヤーに置き換えることができます。巻線 V には、0,4 つに折りたたまれた PEV-XNUMX XNUMX ワイヤが XNUMX 回巻かれています。

チョーク L1 と L2 は、20NM フェライト製の標準サイズ K10x5x2000 の共通の磁気コアに巻かれており、それぞれ PEV-35 1 ワイヤが 0,4 回巻かれています。チョーク L5 と L6 の磁気コアは、直径 400、長さ 8 mm の M20NN フェライトで作られたロッドの一部です。それぞれに 15 ターンが含まれます。インダクタ L4 は、2000NM フェライト (非磁性ギャップ 0,5 mm) で作られた BZO 装甲磁気コアで作られており、35 ターンの PEV-1 0,8 ワイヤが含まれています。

エラーのない設置された電源は、原則として、事前調整なしで動作を開始します。ただし、保険として、電圧 15 V 用に設計された、電力 25 ～ 220 W の白熱灯を介してネットワークへの最初の接続を行うことをお勧めします。コンバータが起動するとすぐに、変数は+18 V チャンネルの出力で対応する電圧を設定するには、抵抗 R12 を使用する必要があります。

+5 V チャンネルの電源電圧の要件がより厳しい場合 (または、より大きな出力電流が必要な場合)、エラーアンプを +5 V チャンネルの出力に接続する必要があります。図の抵抗 R16 と R17 は、+5 V チャンネルの出力導体、たとえばコンデンサ C17 の正端子に接続する必要があります。また、抵抗 R16 の抵抗値を 300 オームに、抵抗 R17 の抵抗を 1,5 kオームに下げる必要があります。。スタビライザ DA1、チョーク L3 および L4、抵抗 R14、コンデンサ C19、ダイオード VD16 は除外されます。ただし、このような変更後は、+12 V チャネルの電流の増加に伴って +5 V チャネルの出力の電圧も増加するため、このチャネルの電圧をさらに安定させる必要があります (たとえば、 KR142EN8Bマイクロ回路を使用)。

+5 V チャンネルの出力における電圧の望ましくない上昇は、ツェナーダイオード KS17A と 1 ～ 156 オームの抵抗を介してフォトカプラ U180 の 200 番目の LED をコンデンサ C6 と並列に接続することによって防ぐことができます。この場合、フォトカプラのピン 7 と 5、およびピン 8 と XNUMX を組み合わせる必要があります。これにより、電源が出力電圧を超えないよう保護されるだけでなく、この場合フィードバック回路が二重化されるため、その動作の信頼性も向上します。

説明したデバイスは、AF パワーアンプなど、他の多くのアマチュア無線設計に電力を供給するために適用できます。特定の無線機器の特性を考慮して、電源の1,5次側部分を再構築するだけで済み、トランス巻線のフィードバック信号のレベルを調整することにより、出力電圧の1倍の変化が達成されます。 T174。具体例。 K19UN15マイクロ回路に基づくパワーアンプに電力を供給するには、±3Vのバイポーラ電圧源が必要です。この場合、説明した電源の二次部分は、図に示す図に従って組み立てることができます。 XNUMX.

ネットワークスイッチング電源、50ワット

変圧器 T1 の巻線 III および IV にはそれぞれ、厚さ 7 mm、幅 0,1 mm の銅テープ、または 27 つに折り畳まれた PEV-1 0,8 ワイヤが 6 回巻かれています。両方の巻線の巻線は同時に行われます。フォトカプラ U7 のピン 5 と 8、およびピン 1 と XNUMX を組み合わせる必要があります。

文学

Polikarpov A. G.、Sergienko E. F. 電子機器の電源装置におけるシングルサイクル電圧コンバーター。 - M.: ラジオと通信、1989 年。
Sergeev B. S. 二次電源の機能ユニットの回路設計。 - M: ラジオと通信、1992 年

著者: D.ベジク

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