短絡および過電流に対する保護機能を備えた電圧安定器、14 ～ 20/12 ボルト 0,5 アンペア。スキーム、説明

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短絡および過電流に対する保護機能を備えた電圧安定器、14 ～ 20/12 ボルト 0,5 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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著者は、本誌の出版物でアマチュア無線家によく知られている電圧安定器の最も特徴的な機能と欠点を分析し、主要なパラメータを改善するために、時には型破りな実践的なアドバイスを提供します。一例として、彼は、XNUMX 時間稼働する機器の強力な電源を目的として開発したスタビライザーについて語ります。この記事では、強力なトランジスタのヒートシンクの製造技術について説明します。

アマチュア無線家が整流電圧を安定させるために超小型回路安定器を使用するネットワーク電源は、その作成者を必ずしも満足させるものではありません。その理由は、これらの設計に固有の欠点があるためです。

従来のトランジスタレギュレータは、多くの場合、信頼性の低い過負荷保護を備えています。容量性負荷を接続すると、無慣性保護システムが短期間の過負荷でも誤って動作します。慣性保護手段は、たとえば短絡中などの強い電流パルスに対して動作する時間がなく、トランジスタの故障につながります[1]。出力電流リミッターを備えたデバイスは慣性がなく、トリガー効果がありませんが、短絡が発生した場合には制御トランジスタで大きな電力が消費されるため、適切なヒートシンクの使用が必要になります[2]。

このような状況を回避する唯一の方法は、出力電流を制限する手段と、過負荷から制御トランジスタを慣性保護する手段を同時に使用することです。これにより、電力とヒートシンクの寸法が XNUMX ～ XNUMX 分の XNUMX に削減されます。しかし、これは要素の数や構造の寸法の増加につながり、アマチュア条件でのデバイスの再現性が複雑になります。

要素数を最小限にしたスタビライザーの概略図を図に示します。 1.

短絡および過電流に対する保護を備えた電圧安定器、14-20/12ボルト0,5アンペア

例示的な電圧源は、熱的に安定化されたツェナーダイオード VD1 です。ツェナーダイオードのモードに対するスタビライザーの入力電圧の影響を排除するために、その電流は電界効果トランジスタ VT1 上に構築された安定電流発生器 (GST) によって設定されます。熱の安定化とツェナーダイオードの電流の安定化により、出力電圧の安定化係数が増加します。

例示的な電圧は、K2.2NT2.3 マイクロアセンブリのトランジスタ VT125 と VT1、および抵抗 R7 の差動アンプの左側 (回路によると) 入力に供給され、そこで出力分圧器から得られるフィードバック電圧と比較されます。 R8R9。差動アンプの入力における電圧差により、トランジスタのコレクタ電流のバランスが変化します。

調整トランジスタＶＴ４は、トランジスタＶＴ２．２のコレクタ電流によって制御され、大きなベース電流伝達係数を有する。これにより、フィードバックの深さが増し、デバイスの安定化係数が増加し、差動増幅器トランジスタによって消費される電力も減少します。

デバイスの操作について詳しく見ていきましょう。

定常状態では、負荷電流の増加に伴い出力電圧がわずかに減少し、これによりトランジスタ VT3.2 のエミッタ接合の電圧も減少すると仮定します。この場合、コレクタ電流も減少します。差動増幅器のトランジスタの出力電流の合計は抵抗R2.2を流れる電流に等しく、実際にはそのトランジスタの動作モードに依存しないため、これによりトランジスタVT7の電流が増加します。

次に、トランジスタ VT2.2 の電流の増大により、ベース電流伝達係数に比例して調整トランジスタ VT4 のコレクタ電流が増加し、出力電圧が元のレベルまで増加し、出力電圧が変化しても変化しないように維持されます。負荷の流出。

デバイスを元の状態に戻す際の短期間の保護のために、トランジスタ VT3 と抵抗 R1、R2 に設けられたレギュレーショントランジスタのコレクタ電流リミッタが導入されています。

抵抗器Ｒ１は、調整トランジスタＶＴ４を流れる電流センサーの機能を実行する。このトランジスタの電流が最大値 (約 1 A) を超えると、抵抗 R4 の両端の電圧降下は 0,5 V、つまりトランジスタ VT1 を開くしきい値電圧に達します。開くと、調整トランジスタのエミッタ接合が分路され、それによって電流が約 0,6 A に制限されます。

したがって、負荷電流が短時間で最大値を超えると、トランジスタ VT3 と VT4 は HTS モードで動作し、過電流保護が作動せずに出力電圧が低下します。しばらくすると、R5C1 回路の時定数に比例して、トランジスタ VT2.1 が開き、さらにトランジスタ VT3 が開き、トランジスタ VT4 が閉じます。トランジスタのこの状態は安定しているため、短絡を解消するか負荷の電源を切った後、デバイスをネットワークから切断し、コンデンサC1を放電した後に再びオンにする必要があります。

デバイスの短絡電流はゼロです。これは、保護が作動したときに制御トランジスタの過熱が排除されることを意味します。抵抗器 R3 は、低電流および高温でトランジスタ VT4 を確実に動作させるために必要です。コンデンサ C2 は、スタビライザーの出力を分路し、電圧の深い OOS によって引き起こされる可能性のあるデバイスの自己励起を防ぎます。

トランジスタ VT6 のコレクタ回路の抵抗 R2.1 は、保護がオンになっているときの過渡電流を制限し、HL1 LED が過負荷インジケータとして機能します。

スタビライザーの主なパラメーター

入力電圧、V ...... 14 ... 20
出力電圧、V ...... 12
負荷電流、A......0...0.5
負荷電流 0 から 0,5 A での出力電圧の変化、V......<0,1
静止電流、mA ...... 15
短絡電流、mA......<0,1

スタビライザーは、プリント基板のレイアウトやその上の部品の配置にとって重要ではありません。したがって、その設置は主に設計者自身の経験と事前に選択された部品の寸法に依存します。

電界効果トランジスタ VT1 は、図の回路に従って測定された安定化電流が次のように選択される必要があります。 2、a または 2、b は 5 ～ 15 mA 以内でした。トランジスタ VT3 のベースの静電流伝達係数は少なくとも 20、トランジスタ VT4 は少なくとも 400 でなければなりません。許容コレクタ電流が少なくとも 4 A である必要がある調整トランジスタ VT1 では、かなりの電力が放出されます。、そのため、約 5 火の電力を持つヒートシンクに取り付ける必要があります。

短絡および過電流に対する保護を備えた電圧安定器、14-20/12ボルト0,5アンペア

抵抗器とコンデンサ-図に示されている定格の任意のタイプ。

スタビライザの試験調整を開始する場合、保護機構が働かないように一時的に抵抗 R5 を外し、抵抗 R8 を選択して出力電圧を 12 V に設定します。その後、抵抗 R5 をオンにして出力電圧を 1 V に設定します。電流によるデバイス保護のトリップ電流の必要な値は、抵抗 RXNUMX を選択することによって達成されます。

推奨されるスタビライザーに対して、どのような変更または追加を行うことができますか?

アマチュア無線家に適切な電界効果トランジスタがない場合は、ベース電流伝達係数が少なくとも 3108 の KT3 シリーズのバイポーラトランジスタ KT361A (図 20、a) または同様のものを DC 発生器に組み込むことができます。 VD3 と VD4 には任意のシリコンを使用できます。

短絡および過電流に対する保護を備えた電圧安定器、14-20/12ボルト0,5アンペア

熱安定化ツェナーダイオード D818V (VD1) は、3 ～ 12 V の安定化電圧に対応する他の同様のものと置き換えることができます。ただし、最も望ましいのは、安定化電圧の温度係数が低い KS162A などの 3 アノードツェナーダイオードです。。極端な場合には、図に示すように、直列に接続された従来のツェナーダイオードのチェーンと任意のシリコンダイオードで置き換えられます。 XNUMXb.

調整トランジスタ KT825A (VT4) は、図に示すように、複合トランジスタ回路に従ってオンにすることで 4 つに置き換えることができます。 4aまたは4b。トランジスタ VT20' は、少なくとも 1 の電流利得、少なくとも 5 A の最大コレクタ電流、および少なくとも 4 W のヒートシンクでの最大消費電力を備えている必要があります。トランジスタ VT20」 - 少なくとも 30 の電流利得、少なくとも 150 mA の最大コレクタ電流、少なくとも 361 mW の最大消費電力を備えた任意の p-n-p 構造、たとえば、KT203、KT208、KT209、KT501、KT502、 KTXNUMXシリーズ。

短絡および過電流に対する保護を備えた電圧安定器、14-20/12ボルト0,5アンペア

トランジスタ VT4 の飽和電圧を低減し、その結果として消費電力をいくらか減少させるには、図 4、c のスキームに従って複合トランジスタを作成することをお勧めします。この場合、消費電力はトランジスタ VT4" は 0,6 W に増加します。 KT814、KT816、GT402 シリーズ、または同様のパラメータを持つその他の適切なトランジスタ。

差動段で動作する K2.2NT2.3 マイクロアセンブリのトランジスタ VT125 および VT1 は、少なくとも 20 の電流ゲイン、少なくとも 20 V の最大コレクタ - エミッタ電圧、およびコレクタ電流は少なくとも 15 mA、たとえば KR198 シリーズ。この場合、覚えておくことが重要なのは、R8R9 分圧器から得られる電圧が例の電圧と等しくなるようにするために、差動段の両方のトランジスタの電流電圧特性が同じである必要があり、出力の独立性が保証されるということだけです。負荷電流からスタビライザーの電圧を求めます。このような同等性が必要ない場合、これらのマイクロアセンブリ要素は、同様のパラメータを持つ任意の低電力 p-pn トランジスタで置き換えることができます。この場合、またマイクロアセンブリが 2.1 つの要素のみで構成されている場合、VTXNUMX トランジスタの機能は同様の低電力 n-p-n トランジスタによって実行できます。

固定出力電圧を備えた前述のスタビライザーは、±6 V ～ ±12 V の範囲で調整可能な出力電圧を備えたバイポーラスタビライザーに簡単に変換できます。そのようなデバイスの図を図に示します。 5.

短絡および過電流に対する保護を備えた電圧安定器、14-20/12ボルト0,5アンペア

安定化電圧制限は、KS162A (VD1) ツェナーダイオードを KS147A に置き換え、抵抗 R9 の抵抗を 330 オームに下げることによって拡張できます。図8のスキームに従って、差動アンプと分圧器R9R6を取り付けることも可能です。 XNUMX.

短絡および過電流に対する保護を備えた電圧安定器、14-20/12ボルト0,5アンペア

その後、スタビライザーの出力電圧を 0 から ±12 V に変更できます。ただし、この場合、要素 VT2.1、R5、C1、HL1 (図 1) を含む保護システムは意味を失い、スタビライザーは非常に伝統的なものになるでしょう。

トランジスタVT1、VT2、およびVT4、抵抗およびコンデンサの値は、図の回路によるスタビライザーと同じです。しかし、トランジスタＶＴ４（または図４の図によればトランジスタＶＴ４'、ＶＴ４'）の消費電力は、その両端の電圧降下に比例して増加する。

レギュレータとして機能するKT825またはKT827シリーズの強力なトランジスタのヒートシンクは自作できます。これらのヒートシンクの 7 つで考えられる設計を図に示します。 7a. そのブランク（図2、b）は、金属用のハサミで切り抜かれるか、厚さ90 mmのアルミニウムシートからジグソーで切り出されます。次に、ワークピースの反対側の狭い花びらをペンチでそれぞれの軸の周りにXNUMX°回転させ、広い花びらを（破線に沿って）上方に曲げます。

短絡および過電流に対する保護を備えた電圧安定器、14-20/12ボルト0,5アンペア

文学

Mansurov M. トリガー保護付き実験用電源。 - ラジオ、1990 年、第 4 号、p. 66-70。
NechaevI.複合実験室ブロック。 -ラジオ、1991年、第6号、p。 61-63。

著者：V.Kozlov、Murom、Vladimir Region

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