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無線電子工学および電気工学の百科事典 実験室用スイッチング電源
読者の注目を集めたバイポーラ電源の特徴は、各アームにパルスおよびリニア制御段が存在することです。これにより、制御トランジスタの電圧降下と電力を低減し、それに応じて電源のサイズを縮小することが可能になりました。ヒートシンク。 著者が XNUMX 年以上にわたって正常に運用してきたこの装置は、おそらく完全に最適ではないことが判明しましたが、アマチュア無線家が自分のタスクに合わせて利用可能な要素ベースを使用してこの装置を変更できることを期待しています。 幅広い出力電圧と大きな負荷電流で動作する電源の製造で生じる主な問題は、調整素子の電力損失を最小限に抑え、したがってデバイスの最大効率を確保することです。全体。 この問題を解決する 1 つの方法は、複数セクションの巻線を備えた変圧器を使用することです [XNUMX]。 主な欠点は、スイッチを操作する必要があり、非常に不便であることと、変圧器の製造が複雑であることです。 最も成功した解決策は、パルス化された調整電源を使用し、その後、補償安定器によってリップルをフィルタリングすることです。 デバイスの複雑さは、電圧降下、つまりリニアスタビライザの制御トランジスタで放出される電力を最小限に抑え、負荷電圧に依存しないため、ヒートシンクの小型化によって相殺されます。 [2] に記載されている実験室用電源が基礎として採用されました。 その主な欠点はチョークが非常にかさばることで、これによりデバイスの重量と寸法が大幅に増加します。 提案されたバージョンの電源では、一次電圧調整が高周波（15 ... 50 kHz）で実行されるため、インダクタはフェライト磁気回路上に作成され、デバイスの寸法と重量が大幅に削減されます。 主な技術的特徴
電源回路を図に示します。 1. 一点鎖線は両アームの同じノードを示します。 正の電圧源の例を使用してデバイスの動作を考えてみましょう。
電源変圧器 T の二次巻線の交流電圧は、ダイオード ブリッジ VD1 ～ VD4 を整流し、コンデンサ Sat をフィルタリングします。 次に、定電圧がスイッチングレギュレータのスイッチングトランジスタ VT4 とトランジスタ VT5、VT6 で構成されるシュミットトリガに供給され、その電源電圧はパラメトリックスタビライザ R13VD18 によって安定化されます。 電源投入後の最初の瞬間では、電圧センサー、つまりトランジスタ VT7 が閉じ、シュミット トリガのトランジスタ VT5 が開き、トランジスタ VT1 と VT2 が閉じます。 トランジスタ VT3 は、そのエミッタ接合と抵抗 R6 R7 を通って流れる開放電流です。 したがって、スイッチングトランジスタＶＴ４も開いている。 コンデンサ C4 が充電を開始します。 電圧は設定出力に近づくまで増加します。 コンデンサ C8 の両端の電圧がさらに増加すると、電圧センサー VT8 が開き、シュミット トリガーがトリガーされます。 その結果、トランジスタ VT7 と VT1 が開き、トランジスタ VT2 と VT3 が閉じます。 その後、L1 チョークがオンになり、自己誘導電圧により VD17 ダイオードが開き、チョークに蓄積されたエネルギーが負荷に伝達されます。 インダクタのエネルギーが使い果たされると、VD17 ダイオードが閉じ、コンデンサ C8 から負荷に電流が流れ込み、その両端の電圧が低下し始め、ある時点で電圧センサ VT7 が閉じます。 シュミット トリガが切り替わり (トランジスタ VT6 が閉じ、トランジスタ VT5 が開きます)、トランジスタ VT1 と VT2 が閉じ、トランジスタ VT3 と VT4 が開きます。 コンデンサ C8 は再び充電を開始します。 ダイオード VD16 は、緊急事態、たとえばダイオード VD4 が故障したときやコンデンサ C17 の静電容量が失われたとき、スイッチング トランジスタ VT6 を保護します。 トランジスタ VT8、VT9、VT11 の補償スタビライザーは単純なスキームに従って組み立てられており、機能はありません。 要素 R19、VD20、C10 は、電源投入後に出力電圧をスムーズに上昇させ、重大な容量性負荷の下で保護が作動するのを防ぐために使用されます。 スイッチをオンにした瞬間に、コンデンサ C10 は、抵抗 R19、抵抗 R21、ダイオード VD20 の 9 つの回路で充電されます。 コンデンサ (およびトランジスタ VT0,5 のベース) の電圧は、約 20 秒かけてゆっくりと増加します。 したがって、スタビライザが定常状態に入るまで出力電圧も上昇します。 次に、VD10 ダイオードが閉じ、コンデンサ C19 は抵抗 RXNUMX を介して再充電され、将来のスタビライザーの動作には影響しません。 VD19 ダイオードは、電源がオフになった後、出力電圧が低下したときにコンデンサ C10 を急速に放電するために必要です。 この場合、コンデンサ C8 の電圧は C10 よりも早く減少し、VD19 ダイオードが開き、両方のコンデンサの電圧が同時に減少します。 また、リレーK1は電源オフ時に出力電圧を速やかに下げるために使用されます。 ユニットがネットワークに接続されると、ダイオード整流器 VD1 VD1 から抵抗 R7 を介してリレー K8 が通電され、整流された電圧が小さなコンデンサ C3 をフィルタリングします。 リレーが作動し、その接点 K1.1 が開きますが、スタビライザーの動作には影響しません。 ユニットの電源がオフになると、コンデンサ C3 の電圧は C6 よりも早く消失するため、リレー K1 はほぼ即座に接点を解放します。K1.1 が閉じ、コンデンサ C10 は抵抗 R20 を介して急速に放電します。 この時点で、VD20 ダイオードが開き、VT9 トランジスタのベースの電圧がほぼゼロまで減少します。 スタビライザーの出力の電圧が消えます。 R26VD23 回路は、より低い電圧値が設定されている場合に、コンデンサ C13 と負荷内のコンデンサの放電を加速するために機能します。 この場合、トランジスタ VT11 のコレクタの電圧はユニットの出力の電圧よりも低くなり、ダイオード VD23 が開き、コンデンサ C13 が回路 (抵抗 R26、ダイオード VD23、トランジスタ VT11 のコレクタ - エミッタ部、およびダイオード VD21、VD22。 定常状態では、R26VD23 回路はユニットの動作に影響を与えません。 コンデンサ C12 はスタビライザの自励を防止します。 コンデンサ C14 と C23 は、高周波リップルを低減するために電源の出力端子に直接接続されています。 R6C7 回路は、トランジスタ VT3、VT4 の閉成時間を短縮するために必要です。 トランジスタ VT3 が開いている場合、抵抗 R6 の両端に電圧降下が発生し、さらにトランジスタのベースにも電圧降下がかかります。 コンデンサ C7 は同じ極性に充電されます。 トランジスタＶＴ２が開くと、そのコレクタ－エミッタセクションを介して、回路による下部コンデンサプレートがトランジスタＶＴ３のエミッタに接続される。 したがって、トランジスタＶＴ３のエミッタ接合に閉電圧が印加され、これがトランジスタＶＴ３の強制閉動作、ひいてはスイッチングトランジスタＶＴ４の閉動作に寄与する。 保護が作動すると（過負荷または負荷の短絡中）、トランジスタ VT10 のベースは、分圧器 R22R23 を介して、それを開く電圧を受け取ります。 その結果、トランジスタＶＴ９のベースは、オープントランジスタＶＴ１０のコレクタ・エミッタ部を介して共通配線に接続される。 ブロックの出力の電圧が消えます。 電源の負チャンネルの構造の特徴に注目してください。 スイッチングスタビライザーとシュミットトリガーは変更されませんでした。 補償スタビライザは異なる導電率のトランジスタで構成されており、VT21 制御要素は負の電力線回路に含まれています。 これにより、補償スタビライザーと保護ユニットの接続が簡素化されました。 シュミット トリガー (トランジスタ VT17、VT18 上) は、トランジスタ VT20 に直接接続されています。 電圧センサーの機能は、シュミット トリガーのトランジスタ VT18 によって実行されます。 電源がオフになると出力電圧が両アームで同期して消えるように、共通のリレー K1 が使用されます (接点 K1.2)。 保護ノードにはバイポーラ電圧源から電力が供給されます。 これにより、電源の両方のアームの制御が非常に簡単になります [3]。 負の電圧はダイオード VD5、VD6 とコンデンサ C1、C2 に乗算器を形成し、-5 V のレベルでパラメトリック スタビライザ R2VD10 を安定させます。 保護ノードのスキームを図2に示します。 XNUMX.
負荷電流が設定値に達すると、抵抗 R30 (図 1 を参照) の両端の電圧降下がトランジスタ VT12 を開くのに十分になります。 トリガ DD14 の入力 S (ピン 1) にハイレベルが入力され、シングルステートに切り替わります。 インバータ DD2.1 の出力にローレベルが現れ、ダイオード VD1 と抵抗 R50 を介してトランジスタ VT19 (図 1 を参照) に作用し、トランジスタ VT20 が開き、トランジスタが閉じます。複合トランジスタVT21VTXNUMXの。 負の電源の出力の電圧は消えます。 インバータ DD2.3 の出力に単一の信号が現れ、ダイオード VD5 とトランジスタ VT22 の抵抗 R1 (図 10 を参照) を介して作用し、一般に正の肩が閉じることになります。 HL1 の「+」LED は、電源のプラス側アームに過負荷が存在することを示します。 同様に、負電源が過負荷になった場合にも保護ユニットが機能します。 したがって、過負荷が発生すると、スタビライザーの両方のアームがオフになり、SB1 の「戻る」ボタンが押されるまで、この状態が無期限に維持されます。 この場合、ハイレベルは R 入力 (ピン 3 と 15) に影響を与え、フリップフロップをゼロ状態に切り替えます。 スタビライザーの性能が回復します。 ユニットがネットワークに接続された瞬間にトリガーをゼロに設定するには、SB3 ボタンの接点を分流するコンデンサ C1 が必要です。 抵抗 R1、R2 は保護感度レベルを設定するために使用されます。 コンデンサ C1、C2 はトリガの入力 S を分路し、接続導体に誘導されるインパルスノイズに対する保護ユニットの誤ったトリガを防ぎます。 ダイオード VD1 ～ VD6 は、超小型回路の出力をデカップリングするために必要です。 必要な電力を供給する電源には、任意の主変圧器を使用できます。 著者のバージョンでは、既製の変圧器TS-180-2が使用されました。 一次巻線は変更されません。 680 ターンのワイヤ PEV-1 0,69 が含まれています。すべての二次巻線が除去され、その場所に新しい巻線 II および III が巻かれ、それぞれ 105 ターンのワイヤ PEV-1 1,25 が含まれます。 トランスはPL21 x45磁気回路をベースに独立して製作可能です。 インダクタ L1 と L2 は、M30NM フェライトで作られた B-2000 装甲磁気コアに巻かれています。 巻線には、18 本の PEV-2 0,4 ワイヤで構成される 0,2 ターンの束が含まれています。 磁気導体の半分間のギャップは 0,5 ～ XNUMX mm です。 小型ヒートシンク上に配置されるダイオード KD202R (VD1 ～ VD4、VD12 ～ VD15) は、少なくとも 3 A の直流電流と必要な逆電圧向けに設計された他のダイオードに置き換えることができます。 ダイオード KD105B (VD5 ～ VD9) および D223A (VD19 ～ VD23、VD27 ～ VD31) の代わりに、KD208、KD209 シリーズのいずれかを使用することもできます。 ダイオード D9B (VD1 ～ VD6、図 2) は、KD521、KD522 シリーズのいずれかで置き換え可能です。 リレー K1 - 動作電圧 48 V の RES4A バージョン RS590 202 12。より高い電圧のリレー、たとえば、電圧 48 V の RES4.590.207A バージョン RS27 を選択することをお勧めします。この場合、次を使用する必要があります。より低い抵抗と電力の電流制限抵抗器 R1。 トランジスタ KT644B (VT3、VT15) は、KT644A、KT626V、極端な場合には KT816V、KT816G、または KT814V、KT814G と互換性があります。 トランジスタ VT1、VT10、VT13 の代わりに、少なくとも 60 V の許容コレクタ - エミッタ電圧を持つ任意のシリコンを使用できます。MP26A トランジスタ (VT7、VT12、VT19、VT22、および VT1、図 2) の代わりに、 MP25、MP26 シリーズのいずれかを使用できます。 KT3102A (VT5、VT6、VT11、VT17、VT18) - KT315V-KT315E、KT3102B の代わりに。 KT827A (VT8) トランジスタを、KT829 シリーズのいずれか、KT908A、KT819G、KT825A (VT21) トランジスタのいずれか、または KT853 シリーズ、および KT818G の最大コレクタ電流に置き換えます。 MP37B トランジスタ (VT23) は許容値の限界で動作するため、最大コレクタ・エミッタ間電圧に応じて選択する必要があります。 トランジスタ VT4、VT8、VT16、VT21 とダイオード VD17、VD25 は、それぞれ 50x50x5 mm と 40x30x3 mm の小型ヒートシンクに取り付けられています。 564 シリーズのマイクロ回路は、K561 シリーズの対応するアナログと交換可能です。 酸化物コンデンサ C6 と C15 は、それぞれ 50 つの K24-1000 52 マイクロファラッドと 1 つの K100-63B 1 マイクロファラッドで構成され、すべて電圧 2 V で並列接続されています。 コンデンサ C10、C11、C19、C20、C50、C6 ～ K3-4、C5、C13、C22、C50、C16 ～ K12-14、C21、C23、C73、C17 ～ KXNUMX-XNUMX。 微小電流計 RA1、RA2 - 4205 μA の電流用 M100。 デバイスのすべての部分が事前にチェックされます。 著者のバージョンでは、電源は表面実装によって複数のボードに組み立てられています。 ブロックをセットアップするときは、オシロスコープを使用するのが最善です。 トランジスタＶＴ４のエミッタに接続される。 抵抗Ｒ２８のエンジンを中間位置に設定し、抵抗Ｒ２２を仮半田付けする。 ネットワークへの電源をオンにします。 方形パルスがトランジスタ VT4 のエミッタに現れるはずです。 電圧がない場合は、まずリレー K28 が機能していることを確認する必要があります。 それ以外の場合は、抵抗 R22 を選択することにより、リレーが最小主電源電圧 (4 V) で動作することが保証されます。 その後、トランジスタＶＴ８のコレクタ・エミッタ間電圧が測定される。 出力電圧が変化しても 1 ～ 1 V 以内に維持する必要があります。 スイッチングレギュレータのスイッチングは、VT9 トランジスタのコレクタ - ベース電圧が約 0,9 V に等しいときに発生します。電圧を高める必要がある場合は、7 つ以上のダイオードを VT17 トランジスタのエミッタ回路に順方向に接続する必要があります。 スイッチング周波数は、抵抗器 R15 (減少すると周波数が減少します) と RXNUMX (増加すると周波数が減少します) の抵抗値に多少依存します。 抵抗 R27 と R29 は出力電圧 (3 V と 30 V) の最小値と最大値を選択します。 ここで、少なくとも 3 W の電力を備えた約 27 オームの抵抗を持つ負荷 (または同等のもの) がスタビライザーの出力に接続されており、あらかじめ出力電圧を約 5 V に設定しています。出力電圧を徐々に増加させます。負荷の電流が 3 A を超えないように注意してください。さらに、インパルスの形状を制御する必要があります。 パルス間の休止時間が周期の 1/5 未満になると、発振が停止する可能性があります。 この場合、磁気回路を大きくしたり、巻数を増やしたりしてインダクタのインダクタンスを大きくする必要があります。 次に、負荷電流を測定するために微小電流計が校正されます。 電源の出力電圧を測定するには、約 300 kOhm の抵抗を追加したマイクロ電流計をオンにします。 次に、抵抗R22を半田付けします。 抵抗器R32のエンジンは（スキームに従って）上部の位置に設定され、抵抗器R28は最小電圧です。 40 オームの抵抗がスタビライザーの出力に接続されています。 ネットワークへの電源をオンにし、出力電圧を上げて、負荷電流を 250 mA に設定します。 次に、抵抗 R1 (図 2 を参照) を使用して、保護が確実に機能し、HL1 LED が点灯します。 負の電圧源の場合、最小保護動作電流は抵抗 R2 によって設定されます。 その後、抵抗器Ｒ３２のスライダを下方（図の位置）に移動させる。 負荷抵抗が減少し、電流が 32 A に設定されます。抵抗器 R3 のスライダーを（図に従って）上に移動すると、保護が作動した瞬間に気づきます。 ここで、抵抗器 R32 の出力部分の抵抗を測定し、近い定格の抵抗器を配置し、保護トリップ電流に従って校正する必要があります。 負電圧ショルダーも同様に調整します。 結論として、リップル電圧はオシロスコープを使用して最大負荷電流で測定されます。 リップルが 30 mV を超える場合は、追加のコンデンサ C11 および C20 を取り付けます (図 1 の図の点線で示されています)。 抵抗器 R28 (R56) のエンジンを急速に回転させると、エンジンが停止しているにもかかわらず出力電圧が変化する場合があります。この場合、抵抗器 R21 の上端ははんだ付けを外して、抵抗器に接続する必要があります。トランジスタＶＴ４のコレクタ（破線で示す）。 抵抗器 R4 の下側端子も半田付けせず、要素 R49、C2、VD2 の接続点に接続する必要があります (図 6 を参照)。 抵抗器 R1 と R21 の抵抗値は 49 kΩ まで増やす必要があります。 推奨事項 [8] を考慮して、VT21 と VT4 の代わりにコレクタ - エミッタ間飽和電圧が低いトランジスタを使用すると、補償スタビライザの効率を高めることができます。 MP37B (VT23) の代わりに、GT404V、GT404G など、コレクタ・エミッタ間電圧の許容値が大きいゲルマニウム トランジスタを使用することをお勧めします。 文学
著者: G. バラショフ、シャドリンスク、クルガン地域。
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