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無線電子工学および電気工学の百科事典 特定のパラメータが高いネットワーク電源
読者の注目を集めた記事では、AC 電源から 5 V の電圧で電子機器に電力を供給するためのパルス コンバータについて説明しています。 コンバーターには希少で高価な要素が含まれていないため、製造と調整が簡単です。 電源には、出力電圧サージと電流過負荷に対する保護が装備されており、除去後に動作モードに自動的に戻ります。 主な技術的パラメータ
図上。 図１は装置の図を示す。
コントロールユニットは、出力電圧を安定させるパルス幅原理を実装しています。 要素 DD1.1、DD1.2 には、デューティ サイクルが 100 に近い約 5 kHz の周波数で動作するマスター オシレータが含まれています。 約11μsの持続時間を有するパルスが、コンデンサC1.3を介して要素DD1.4の入力に供給され、並列接続された要素DD1.6～DD1によって電流が増幅される。 電源の出力電圧を安定させるために、レギュレーション中にパルス幅が短くなります。 トランジスタ VT1.3 はパルスを「短縮」します。 発電機の動作の各期間を開くと、要素 DD11 の入力が強制的にローレベルになります。 この状態は、放電されたコンデンサＣ１１により次の周期が終了するまで維持される。 強力な電流増幅器がトランジスタ VT2、VT3 で作られ、スイッチング トランジスタ VT4 を強制的にスイッチングします。 起動時の電源の主要要素の電圧図を図に示します。 2.
トランジスタ VT4 が開くと、トランジスタ VT1 と変圧器 T2 の巻線 I を流れる電流は直線的に増加します (図 11b)。 電流センサＲ１１からのパルス電圧は抵抗Ｒ７を介してトランジスタＶＴ１のベースに供給される。 トランジスタの誤開放を防ぐため、電流サージはコンデンサ C7 によって平滑化されます。 起動後の最初の数期間は、トランジスタ VT1 のベースの瞬間電圧は、開放電圧 Ube open - 12 V 未満のままです (図 1、c)。 次の期間の瞬時電圧が 0,7 V のしきい値に達するとすぐに、トランジスタ VT2 が開き、これによりスイッチング トランジスタ VT0,7 が閉じます。 したがって、巻線 I の電流、したがって負荷の電流は、抵抗器 R1 の抵抗値によってあらかじめ決められた特定の値を超えることはできません。 これにより、電源が過電流から保護されます。 変圧器Ｔ１の巻線の位相は、トランジスタＶＴ４の開放状態の間、ダイオードＶＤ７およびＶＤ９が逆電圧によって閉じられるように設定される。 スイッチング トランジスタが閉じると、すべての巻線の電圧の符号が変わり、これらのダイオードが開くまで増加します。 次に、変圧器Ｔ１の磁場内のパルス中に蓄積されたエネルギーは、出力フィルタＣ１５〜Ｃ１７のコンデンサおよびコンデンサＣ９を充電するように向けられる。 なお、巻線 II と III の位相が一致しているため、出力電圧安定モード時のコンデンサ C1 の電圧も電源の入力電圧の値に関係なく安定します。 電源の調整要素は DA2 KR142EN19A マイクロ回路です。 超小型回路の制御ピン 1 の電圧が 2,5 V に達すると、電流がそこを通ってフォトカプラの発光ダイオードを通って流れ始め、出力電圧の増加とともに増加します。 フォトカプラのフォトトランジスタが開き、抵抗 R5、R7、R11 を流れる電流によってそれらの両端に電圧降下が発生します。この電圧降下も、出力電圧の増加に伴って増加します。 トランジスタ VT1 のベースの瞬時電圧は、抵抗 R7 と電流センサー R11 の両端の電圧降下の合計に等しく、0,7 V を超えることはできません。したがって、フォトカプラのフォトトランジスタの電流が増加すると、抵抗 R7 の両端の定電圧は増加します。が増加し、抵抗器Ｒ１１におけるパルス成分の振幅が減少するが、これはスイッチングトランジスタＶＴ４の開状態の持続時間が減少することによってのみ生じる。 パルス持続時間が減少すると、変圧器 T11 によって各周期で負荷に送り込まれるエネルギーの「部分」も減少します。 したがって、電源の出力電圧が公称値よりも低い場合、たとえば起動時に、出力に伝達されるパルス持続時間とエネルギーは最大になります。 出力電圧が公称レベルに達すると、フィードバック信号が現れ、その結果、出力電圧が安定する値までパルス持続時間が減少します。 何らかの理由で出力電圧が上昇すると、たとえば負荷電流が急激に減少すると、フィードバック信号も増加し、パルス幅がゼロまで減少し、電源の出力電圧が公称値に戻ります。 DA1 チップ上にコンバータの起動ノードが作成されます。 その目的は、電源電圧が 7,3 V 未満の場合に制御ユニットの動作をブロックすることです。この状況は、ゲート電圧が 20 V 未満の場合、スイッチ (IRFBE7 電界効果トランジスタ) が完全に開かないという事実によるものです。 V. 起動ノードは次のように動作します。 電源がオンになると、抵抗 R9 を介してコンデンサ C8 が充電され始めます。 コンデンサの電圧が数ボルトである間、DA3 マイクロ回路の出力 (ピン 1) はローに保たれ、制御ユニットの動作はブロックされます。 この時点で、ピン 1 の DA1 マイクロ回路は 0,2 mA の電流を消費し、抵抗 R1 の両端の電圧降下は約 3 V です。約 0,15 ～ 0,25 秒後に、コンデンサの電圧は 10 V に達します。 DA1 チップのピン 1 の電圧はしきい値 (7,3 V) に等しくなります。 出力にハイレベルが現れ、マスターオシレータとコントロールユニットの動作が可能になります。 インバータが起動を開始します。 このとき、制御ユニットはコンデンサ C9 に蓄えられたエネルギーによって電力を供給されます。 コンバータの出力の電圧が増加し始めます。これは、一時停止中に巻線 II の電圧も増加することを意味します。 コンデンサ C9 の電圧より大きくなると、ダイオード VD7 が開き、コンデンサはその後補助巻線 II から周期ごとに再充電されます。 ただし、ここでは電源の重要な機能に注意する必要があります。 抵抗器 R8 を流れるコンデンサ充電電流は、電源の入力電圧に応じて 1 ～ 1,5 mA で、動作中の制御ユニットの消費量は 10 ～ 12 mA です。 これは、起動中にコンデンサ C9 が放電されることを意味します。 その電圧がDA1チップの閾値レベルまで低下すると、制御ユニットはオフになります。オフ状態では消費電力が0,3mA以下であるため、コンデンサC9の電圧は再びオンになるまで増加します。 これは、過負荷時または大きな容量性負荷時に、20 ～ 30 ms の起動時間中に出力電圧が公称値まで増加する時間がない場合に発生します。 この場合、コンデンサＣ９の容量を大きくする必要がある。 ちなみに、この制御ユニットの動作機能により、電源が無制限の時間過負荷モードになることが可能になります。この場合、電源は脈動モードで動作し、動作時間（起動）は9であるためです。 ..非動作状態の時間の 8 分の 10 です。 スイッチング素子も発熱しません。 電源のもう 9 つの機能は、フィードバック回路内のいずれかの要素が故障した場合などに発生する過電圧から負荷を保護することです。 動作モードでは、コンデンサ C10 の電圧は約 1 V で、ツェナー ダイオード VD9 は閉じます。 フィードバック回路が破損した場合、出力電圧は公称値を超えて増加します。 しかし、それに伴ってコンデンサ C13 の電圧も増加し、約 1 V の値でツェナー ダイオード VD50 が開きます。 このプロセスは 500 ～ 9 ミリ秒続き、その間にツェナー ダイオードを流れる電流は徐々に増加し、その最大値を何度も超えます。 この場合、素子の結晶が加熱して溶けます。ツェナーダイオードは実際には数オームから数十オームの抵抗を持つジャンパに変わります。 コンデンサC1,3の電圧は、制御ユニットをオンにするのに不十分な値まで低下します。 出力電圧は、負荷電流に応じて 1,8 ～ XNUMX 倍増加し、ゼロまで減少します。 L2C19 素子に追加のフィルターが作成され、出力電圧リップルの振幅が減少します。 ネットワークへの高周波干渉の侵入を低減するために、フィルタ C1 ～ C3L1C4 ～ C7 が入力に取り付けられており、周波数 100 Hz での動作中に消費されるパルス電流も平滑化されます。 サーミスタ RK1 (TP-10) は、低温状態で比較的高い抵抗を持ち、ターンオン時のコンバータの突入電流を制限し、整流ダイオードを保護します。 動作中、サーミスタは加熱され、その抵抗は数回減少し、実際には電源の効率には影響しません。 トランジスタ VT4 が閉じると、電圧パルスが変圧器 T1 の巻線 I に現れます (図 2d では、電圧 UcVT4 の最初の 8 周期で点線で示されています)。その振幅は漏れインダクタンスによって決まります。 それを軽減するために、コンバータにはVD9R14CXNUMX回路が搭載されています。 これにより、スイッチング トランジスタの故障のリスクが排除され、そのドレインでの最大電圧の要件が軽減され、コンバータ全体の信頼性が向上します。 電源は巻線製品を除き、主に国産および輸入の標準エレメントで構成されています。 チョーク L1 と L2 は MP10 パーマロイ製の K6x4,5x140 リングに巻かれています。 磁気コアは最初に 0,35 層の綿布で絶縁されます。 各巻線は、リングの半分で 1 層になるように PETV ワイヤを 1 ターン巻いてあり、インダクタ L1 の巻線間には少なくとも 26 mm のギャップがなければなりません。 インダクタ L2 の巻線は 2 巻、インダクタ L60 は XNUMX 巻ですが、それぞれ XNUMX つの導体があります。 創傷チョークには BF-XNUMX 接着剤が含浸され、約 XNUMX°C の温度で乾燥されます。 変圧器は電源の主要かつ最も重要な部分です。 製造の品質は、コンバータの信頼性と安定性、動的特性、およびアイドル モードと過負荷モードでの動作に依存します。 トランスはパーマロイ MP17 製の K10x6,5x140 リング上に作られています。 巻く前に、磁気コアは 2 層のワニスを塗った布で絶縁されます。 ワイヤーはしっかりと張られていますが、張力はありません。 巻線の各層を BF-XNUMX 接着剤でコーティングし、ニスを塗った布で包みます。 巻線Iが最初に巻かれます。これには、228ターンのPETV 0,2 ... 0,25ワイヤーが含まれ、0,5層に丸められ、その間に13層のニス布が配置されます。 巻線は0,15層のニス布で絶縁されています。 次にワインディングIIIが巻かれます。 これには、リングの周囲に均等に分散された0,2本の導体に2ターンのPETV60ワイヤが含まれています。 その上にニスを塗った布をXNUMX層重ねます。 そして最後に、巻線IIが最後に巻かれ、XNUMX本の導体にXNUMXターンのPETV XNUMX ... XNUMXワイヤが含まれています。これは、巻線IIIにぴったりと合うように、リングの周囲に均等に配置されています。 その後、完成した変圧器をXNUMX層のニス布で包み、外側をBF-XNUMX接着剤でコーティングし、XNUMX°Cの温度で乾燥させます。 VT4 トランジスタの代わりに、許容ドレイン電圧が少なくとも 800 V、最大電流が 3 ... 5 A の別のトランジスタ (BUZ80A、KP786A など) を使用できます。また、VD8 ダイオードの代わりに、任意のトランジスタを使用できます。許容逆電圧が少なくとも 800 V、電流が 1 ～ 3 A の高速ダイオード (FR106 など)。 電源は、寸法 95x50 mm、厚さ 1,5 mm の基板上に作成されます。 基板の角と長辺の中央に 4 つの穴があり、そこを通って基板がヒートシンクにネジ止めされます。 基板の片面にはVT9トランジスタとVD8ダイオードがフランジを外側にして半田付けされ、もう片面には残りの部品が取り付けられます。 基板のサイズを縮小するために、コンデンサ C9、C1、DD9 マイクロ回路、抵抗 R20、変圧器、およびフォトカプラを除くすべての要素は、基板からの最大高さが XNUMX mm を超えないように垂直に取り付けられます。 ヒートシンクは、コンデンサ C1 と C2 の共通点に接続されています。 この場合、電源を XNUMX 極接地ソケットに接続することをお勧めします。 これらの対策により、コンバータから放出されるノイズを大幅に削減できます。 コンバータのヒートシンクは、厚さ 95 mm 以上のアルミニウム シートを曲げた、長さ 60 mm、幅 30 mm、高さ 2 mm の U 字型ブラケットです。 コンバータは、VT4 および VD9 要素の金属フランジを下にしてこの「トラフ」の「底部」に取り付けられ、ボードの穴を通して M0,05 ネジで吸着されます。 フランジは、Noma-con、Bergquist などの熱伝導性ガスケットで事前に断熱されており、極端な場合には厚さ XNUMX mm のマイカで断熱されています。 したがって、構造的には、トランスデューサは、いわば、機械的衝撃から保護する金属ケースの中にあります。 信頼性を高めるために、コンバータ基板を 2 ～ 3 層のワニスで覆い、周囲湿度が高い場合に故障する可能性を排除することをお勧めします。 電源のすべての要素が正常に動作し、正しく製造され、図に従って接続されていれば、セットアップは難しくありません。 オシロスコープは抵抗器 R10 に並列に接続されています。 最大電流が 9 ～ 5 mA 以下に設定された実験用電源、たとえば B45-15 を適切な極性でコンデンサ C17 に接続すると、電圧がゼロからゆっくりと増加し始めます。 9,5...10,5 Vの電圧では、論理1電圧がDA100マイクロ回路の出力に設定され、マスターオシレータがオンになり、周波数約2 kHz、デューティサイクル約2の矩形パルスが出力されます。オシロスコープ画面に表示されます (図 13、a)。 約 1 V の値でツェナー ダイオード VD7,2 が開く可能性があるため、電圧をこれ以上増加させないでください。 コントロールユニットが消費する電流は、指定された最大値を超えてはなりません。 ここで電源電圧を下げると、7,6...XNUMX V で生成が消えます。 これはインバータ制御ユニットが正常に動作していることを意味します。 次に、抵抗が 4 ～ 5 オームで電力が 10 ～ 15 W の負荷がコンバータの出力に接続され、実験室用の 5 番目の電源 B49-7 から電圧が入力に供給されます。 、コントロールユニットが動作すると、入力電圧が増加し始めます。 まず、10 ～ 1 V のレベルに設定し、オシロスコープを使用してトランス T4 の巻線が正しく接続されているかどうかを確認します。 さらに、トランジスタ VT2 のドレインの電圧の形状が監視され (図 150d)、コンバータの出力の電圧が電圧計でチェックされます。 入力電圧が 170 ～ 5 V の場合、出力電圧は 2 V に達して安定します。 その後、コントロールユニットの電源がオフになり、10 つの入力で動作し続けます。 入力電圧がさらに増加すると、制御パルスの幅が減少します (図 200、a)。これも抵抗 R7 によって制御する必要があります。 次に、入力電圧が 7 V になると、負荷電流が増加し (ただし 11 A 以下)、その値は固定され、コンバータの出力電圧は減少し始めます。 最大 6,5 A の電流でこれを行うことができない場合は、抵抗 R7 の抵抗値を増やしてください。 調整の結果、負荷電流 XNUMX ～ XNUMX A および最小許容入力電圧でコンバータの出力電圧が低下し始めるように定格を設定する必要があります。 以上で電源の調整は完了です。 トランス T1 の巻線品質が悪い場合、トランジスタ VT4 のサージ電圧が増加し、電源の動作が不安定になり、さらにはスイッチング トランジスタが破壊する可能性があります。 異なる出力電圧のソースが必要な場合は、次のことを行う必要があります。DA13 チップのしきい値電圧が 14 V であることを考慮して、抵抗 R2、R2,5 の抵抗を変更します。 変化は巻数に正比例し、巻線 III の導体の断面積に反比例します。 適切な電圧に合わせてダイオード VD9 とコンデンサ C15 ～ C17、C19 を選択します。 式 R16=16(Uout - 100) で計算された抵抗値 (オーム単位) の抵抗器 R4 を取り付けます。 警告！ コンバーターをセットアップして操作するときは、その要素が生命を脅かす高電圧下にあることに注意してください。 注意して注意してください！ 著者: A.Mironov、リュベルツイ、モスクワ地方
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