バラストコンデンサ付きトランスユニット。スキーム、説明

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バラストコンデンサ付き変圧器ユニット

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バラストコンデンサと絶縁変圧器を備えた電源は、その寸法が小さく、ネットワークに電気的に接続されていないという事実により、アマチュア無線家の間で人気を集めています。ただし、このようなデバイスを開発する場合は、電源だけでなく負荷も故障する可能性がある緊急事態を排除するために、多くの要因を考慮する必要があります。この記事の著者は、そのようなデバイスの作成経験を要約し、それらを設計および設置する際に注意すべき点を推奨しています。

アマチュア無線の実践では、バラストコンデンサと絶縁変圧器を備えたソースが広く使用されています [1-6]。このソリューションを使用すると、小型の電源を設計できます。 [1] で説明されている低電力電源の例を使用して、このようなデバイスの設計上の問題をいくつか考えてみましょう (図を参照)。

トランス T1 は絶縁トランスの機能を実行します。低い入出力電圧で動作します。デザインはとてもシンプルです。コンデンサ C1 はバラストコンデンサで、抵抗 R2 はオン時の電流パルスを制限します。トランスの一次巻線の電圧は、ツェナーダイオード VD1 および VD2 によって制限されます。

コンデンサ C1、トランス L の一次巻線のインダクタンス、一次巻線の負荷抵抗 RH で構成される発振回路では、共振が発生し、電源の故障につながる可能性があります。

負荷がかかっている電源では、一次巻線の電圧が 20 V であると仮定します (通常の場合)。これは、一次巻線への負荷抵抗 RH が静電容量 |XC10| の約 1 倍小さいことを意味します。コンデンサ C1 を接続し、それと 10:1 (およそ) の分圧器を形成します。 |XC1|=10RH。

正しく設計された変圧器では、一次巻線の誘導性リアクタンス |XL| は、一次巻線に換算された負荷抵抗 RH の約 10 倍である必要があるため、前述の回路の品質係数は非常に低く、共振は発生しません。

負荷がオフのとき (アイドル時) には、まったく異なる状況が発生します。上記の関係 |ХC1|=10RH および |XL|=10RH が満たされる場合、|XC1|=|XL| となります。そして共鳴が起こります。主電源電圧の代わりに 1 ～ 2 V の電圧が入力に印加されると、無負荷トランスの一次巻線では共振により 10 倍以上増加し、結果として得られる回路の品質係数は非常に高くなります。大きくなりますが、主電源電圧が印加されると、そのような増加はありません。巻線の電圧が公称値 (20 V) を超えて増加すると、トランスの磁気回路は飽和状態に入り、インダクタンスが減少し、回路は共振に同調しなくなります。

ただし、トランスが許容入力電圧に対して十分なマージンを持って設計されている場合、上昇はかなり大きくなる可能性があります。これにより、公称モードでの動作と比較してコンデンサ C1 の電圧が増加します。コンデンサを予備なしで選択すると、故障が発生する可能性があります。他にも同様に深刻な結果が生じる可能性があります。

したがって、バラストコンデンサを備えたトランスレス電源については、定格負荷なしでの動作は許容できません。通常の解決策は、ツェナーダイオードをソース出力に接続するか、XNUMX つの連続したツェナーダイオード (または XNUMX つの対称的なツェナーダイオード) を一次巻線に接続することです (図を参照)。

バラストコンデンサ付き変圧器ユニット

これは、比較的低電力の電源の問題を解決する方法です。同様の強力なデバイス (車のバッテリーの充電器は非常に単純です [2-4]) の場合、そのような対策では十分ではありません。ここでは、対称ダイニスターの類似物を一次巻線または二次巻線に並列に接続するか [7、図 5、a]、アイドルモードに対するリレー保護を提供することができます [3]。

定格電圧に基づいたバラストコンデンサの選択には特に注意を払う必要があります。これは、コンデンサが長期間確実に動作できるプレート間の最高電圧です。ほとんどのタイプは公称 DC 電圧によって制御されます。許容 AC 電圧は、定格電圧が 42 V までの金属紙コンデンサ MBGCH、K19-78、ポリプロピレン K4-73、およびポリエチレンテレフタレート K17-250 を除き、常に定格電圧より低くなります。これらのパラメータについては、次のとおりです。等しい。したがって、種類と定格電圧を選択するときは、電気コンデンサの参考書を使用し、交流電圧の振幅値に対して計算が行われることを覚えておく必要があります。

電源がネットワークに接続された (または切断された) 瞬間、回路内で過渡プロセスが発生し、しばらくすると定常状態に置き換わります。非定常プロセスの理論的基礎には立ち入らずに、XNUMX つの交換法則に注目します。

1. インダクタ (誘導性リアクタンスを持つデバイス) 内の電流は突然変化することはできません。そうでない場合、転流後の電流は転流直前の瞬間と同じ値になります。

2. コンデンサの電圧は急激に変化することはできません。さもなければ、転流後の電圧は転流直前の値と同じになります。

電源がネットワークに接続されているとき、コンデンサはまだ充電されておらず、その両端の電圧降下はゼロです。インダクタンス内の電流は瞬時には発生しないため、抵抗の両端の電圧はゼロになり、主電源電圧は大幅に低い値になるように設計されている変圧器の一次巻線に完全に印加されます。スイッチがオンになると、ターン間故障のリスクが高くなり、バルク巻線を備えた変圧器の設計の単純さという利点が失われます。そのため、この変圧器はアマチュア無線家の間で広く普及しています。振幅または振幅に近い電圧が存在するネットワークに電源を接続することは特に危険です。

接続時に一次巻線の電圧を制限する作業が緊急になります。このような状況では、電流制限抵抗は役に立ちません。

このため、変圧器のターン間破壊の可能性を防ぎ、数十倍に上昇した電圧から電源の要素を保護できる別のソリューションを探す必要があります。

一次巻線に並列に接続された 2 つのツェナーダイオードの電圧リミッタ (図を参照) を使用すると、この問題を解決できます。半サイクルごとに、リミッターは変圧器の一次巻線のパラメトリック電圧安定装置として機能します。バラスト機能は主に電流制限抵抗 RXNUMX によって実行されます。抵抗器は短期間の過負荷電流を考慮して設計する必要があり、通常、ツェナーダイオードがそれを提供します。

公称モードでツェナーダイオードが開いて安定器として機能する場合、正と負の半波の整流された電流パルスの振幅に差が生じる可能性があります。この効果は、正の半波が 50 つのツェナーダイオードによって安定化され、負の半波が別のツェナーダイオードによって安定化されるという事実によって説明されます。ツェナーダイオードの 100 つのコピーの安定化電圧は、同じバッチのものであっても大幅に異なる可能性があることが知られています。これにより、XNUMX Hz の周波数でリップルの追加成分が生成され、アンチエイリアシングフィルターで抑制するのは XNUMX Hz のフィルターよりも困難になります。

安定化電圧の違いによって生じるリップルの追加成分を低減するには、XNUMX つのツェナーダイオードを連続して接続する代わりに、ダイオードブリッジの対角線に XNUMX つのツェナーダイオードを並列に含めることをお勧めします。一次巻線。これにより、電源の信頼性が維持されます。

出力電圧の安定性に対するさらなる要件がない場合は、定常状態での一次巻線の最大振幅電圧よりも 1 ～ 3 V 大きい最小安定化電圧を備えたツェナーダイオードを選択することをお勧めします。この場合、パラメトリックスタビライザーは、スイッチオン時およびアイドル時にのみ電圧リミッターの機能を実行します。また、電源が定常状態に達すると自動的にオフになり、ユニットの効率が大幅に向上します。

文学

Pozharinsky L. 低電力電源。 -ラジオ、1978年、＃5、p。 56.
KuterginG.シンプルな充電器。 -ラジオ、1978年、＃5、p.27。
Dolin E. 充電器オプション。 - ラジオ、1983 年、# 5、p.58。
Biryukov S. シンプルな充電器。 - ラジオ、1997 年、# 3、p.50。
Biyukov S. クエンチングコンデンサを使用したネットワーク電源の計算。 - ラジオ、1997 年、#5、48 ～ 50 ページ。
Prokoptsev Yu. クエンチングコンデンサを備えた電源の詳細。 - ラジオ、1998 年、# 12,0.46、XNUMX。
Alekseev S. 対称ディニスター - 電源内。 - ラジオ、1998 年、#10、70,71、XNUMX ページ。

著者：B.Sadovskov、チェリャビンスク

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