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無線電子工学および電気工学の百科事典 妥協（価格と品質）のスイッチングスタビライザー。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
スイッチング電圧安定化装置 (ISN) はアマチュア無線家の間で非常に人気があります。 近年、そのようなデバイスは特殊なマイクロ回路、電界効果トランジスタ、ショットキーダイオードに基づいて構築されています。 このおかげで、ISN の技術的特性は大幅に向上し、特に効率は 90% 以上に「合格」し、回路も簡素化されました。 しかし、このような ISN を組み立てるための部品のコストは何倍にも上昇しています。 この記事で説明されている ISN は、品質指標、複雑さ、価格の間の妥協点を模索した結果です。 提案された ISN は、自励式のスキームに従って構築されます。 十分に高い性能と信頼性を備えており、出力の過負荷や短絡に対する保護、さらには調整用トランジスタの緊急故障時の出力における入力電圧の出現に対する保護を備えています。 ISN の概略図を図に示します。 1. その基礎は、共通の OU KR140UD608A です。 この目的の多くのデバイスとは異なり、出力電圧と過負荷電流を監視するために、VT4 トランジスタで形成される一般的な OOS 回路が使用され、L2 インダクタ (抵抗の有効成分) が電流センサーとして使用されます。 LC フィルタ (L2C3) の一部で、出力電圧のリップルを低減します。 出力電圧はツェナーダイオードVD2とトランジスタVT4のエミッタ接合によって決まります：Uout \u4d Ube VT2 + UVD2、過負荷電流はインダクタL6の正規化されたアクティブ抵抗です：lcpa4 \u2d Ube VTXNUMX / RlXNUMX-すべてこれにより、電流センサーと LC フィルターを組み合わせることで、ISN をある程度簡素化し、出力リップル電圧を低減し、効率を高めることが可能になりました。 このような回路ソリューションの欠点は、デバイスの出力インピーダンスがやや過大評価されてしまうことです。
ISN の主な技術特性は次のとおりです (LATR、降圧変圧器 ~ 220 / ~ 18 V、および平滑コンデンサ付き全波整流器を使用して得られます)。
安定化 DC 電源からの電力供給の場合、入力電圧がトランジスタ VT3 のオープン状態近くまで低下しても、デバイスは動作を続けます。 入力電圧がさらに低下すると、発電が停止しますが、VT3 は開いたままになります。 同時に出力で過負荷または短絡が発生した場合、発電が回復され、スタビライザは電流制限モードで動作を開始します。 この特性により、「ラッチ」なしで電子ヒューズとして使用できます。 スタビライザーは次のように動作します。 分圧抵抗 R6R7 と R8R9 の抵抗比が異なるため、電源投入時のオペアンプ DA1 の非反転入力の電圧は反転入力の電圧よりも大きいため、ハイレベルはその出力に設定されます。 トランジスタ VT1 ～ VT3 が開き、コンデンサ C2、C3 が充電を開始し、コイル L1 がエネルギーを蓄積します。 スタビライザーの出力の電圧がツェナー ダイオード VD2 の降伏とトランジスタ VT4 の開放に対応する値に達した後、オペアンプ DA1 の非反転入力の電圧は反転入力の電圧よりも小さくなります。 （R9を抵抗R10で分路するため）、その出力にはローレベルが設定されます。 その結果、トランジスタ VT1 ～ VT3 が閉じ、コイル L1 の端子の電圧極性が突然逆に変化し、スイッチング ダイオード VD1 が開き、コイル L1 とコンデンサ C2、C3 に蓄えられたエネルギーが負荷に伝達されます。 。 この場合、出力電圧が低下し、ツェナーダイオードVD2とトランジスタVT4が閉じ、オペアンプの出力にハイレベルが現れ、トランジスタVT3が再び開き、それによってスタビライザの新しい動作サイクルが開始されます。 負荷電流が公称値を超えて増加すると、コイル L2 のアクティブ抵抗での電圧降下の増加によってトランジスタ VT4 が開き始め、電流フィードバックが支配的になり、ツェナー ダイオード VD2 が閉じます。 OOS の作用により出力電流が安定し、出力電圧と入力電流が減少し、トランジスタ VT3 の安全な動作が確保されます。 過負荷または短絡が解消されると、デバイスは電圧安定化モードに戻ります。 スタビライザの電流電圧特性を図に示します。 2.
図からわかるように、トランジスタ VT1 と VT3 は複合トランジスタを形成しています。 このような回路設計は、バイポーラ トランジスタの主要な要素として使用される場合に最適です。この場合、オープン トランジスタ VT3 の両端の電圧降下が比較的小さい制御電流で提供されるからです。 この場合、トランジスタ VT1 は飽和して、複合トランジスタの最適な静的損失を提供しますが、VT3 は飽和していないため、最適な動的損失を提供します。 電流センサー VT4 には KT817 シリーズの強力なトランジスタが使用されています。 原理的には、ここで安価な低電力トランジスタを使用することも可能ですが、（この場合のように）低動作電流で強力なトランジスタの場合、エミッタ接合の開放電圧はわずか約 0,4 V ですが、低電力トランジスタの場合は、パワートランジスタ、たとえば KT3102 では、約 0,55 V です。 したがって、同じ保護作動電流では、強力なトランジスタを使用する場合の測定抵抗器の抵抗値が小さくなり、それによってトランジスタの効率が向上します。スタビライザー。 上述したように、説明したＩＳＮでは、調整トランジスタＶＴ３のブレークダウン中に出力に入力電圧が現れることに対する保護が提供される。 この場合、ツェナーダイオードVD3の電圧は3V以上となり、電源回路の電流が急激に増加し、ヒューズFU15が溶断します。 後者は、ツェナー ダイオードで焼き切れる前に (熱過負荷により) 焼き切れると考えられます。 事故シミュレーション (VT1 のコレクタ端子とエミッタ端子の短絡) では、KS3A ツェナー ダイオード (金属ケース入り) が ISN から電力を供給されるデバイスを完全に保護していることがわかりました。ヒューズが切れると、故障したデバイスは「深い」状態に留まります。ショートします（壊れないでください）。 KS515G ツェナー ダイオードや同様の輸入品 (プラスチック ケース入り) をテストした場合にも同じ結果が得られました。 ガラスケースに入った同様のツェナーダイオードは満足のいく動作をしませんでした。ヒューズと同時に焼き切れてしまいました。 ISN では、図に示されているシリーズの任意のトランジスタを使用できます (VT816 としての KT1A を除く)。 酸化物コンデンサC2、C3 - 外国製ブランドSR（K50-35のほぼ類似品）。 スタビライザーの試作にあたっては、オペアンプ KR140UD708、KR140UD8A～KR140UD8V、KR544UD1 A、KR544UD2A、KR544UD2B、KR574UD1A、KR574UD1 Bの使用可能性を確認するとともに、変換周波数、スイッチング処理の種類、効率が若干変わりました。 KR140UD608 の最も適切な代替品は KR140UD708 (同じ「ピン配置」です) ですが、注意: 著者の実践では、これらのオペアンプは入力の「逆」配置に遭遇しました。つまり、非反転入力が接続されていました。はピン 2 に接続され、反転入力はピン 3 に接続されました!)。 これが OU KR140UD708 であるという事実は、ケースの刻印によって示されています。 蓄積インダクタ L1 は、422 つの粘着紙層で形成された約 2000 mm のギャップを備えた 0,2 つのカップ XNUMX MXNUMXNM の装甲磁気コア内に配置されます。 これは次の方法で行われます。 粘着紙のシートから、カップの外径よりわずかに大きい正方形を切り取ります。 保護層を剥がした後、紙を粘着面を上にして硬くて平らな（滑らかではない）表面に置きます。 次に、カップの XNUMX つをブームの上に下向きに置き、紙にしっかりとこすり付けます。 その結果、紙はカップの端に張り付き、輪郭の破片に沿って鋭利なメスで余分な紙を切り落とすことが難しくなくなります。 同様に、ガスケットを XNUMX 番目のカップに接着します。 コイルは折りたたみ可能なフレームに PEL 1,0 ワイヤで巻かれます。このフレームは、両端に M50 ネジが付いた長さ 100 ～ 4 mm のスタッド、直径 16、厚さ 0,5 mm の制限チーク ワッシャー 10 枚、およびブッシングで構成されています。外径 5、内径 7,5 mm と 4 mm、M20 ナット 7 個。 フレームはスタッド上に組み立てられ（この順序：ナット、ワッシャー、スリーブ、ワッシャー、ナット）、コイルからコイルへとしっかりとコイルが巻かれます - 7列（6 + 90 + XNUMX）でXNUMX回巻かれます。 巻いた後、その結論は約XNUMX°ひねられ（巻きが「広がらない」ように）、フレームの片側が慎重に分解されます。 次に、ターンを保持したまま、コイルをフレームから慎重に取り外してカップの XNUMX つに挿入し、リード線をほどいてカップの対応するスロットに配置します。 ワイヤーの弾性特性により、コイルはカップ内に非常にしっかりと固定されます。 変換周波数でコイルが「きしみ」しないように、巻線の入ったカップをニトロワニスの入ったタンクにしばらく浸し、その後取り出してワニスを排出します。 その後、ボードの対応する穴に事前に挿入された締め付けネジにカップを置き、XNUMX番目のカップを置き、このようにして得られたアセンブリをナットとワッシャーを備えたネジで締め付けます。 ワニスが乾燥した後、コイルリードは注意深く洗浄され、錫メッキされ、基板の対応する接点にはんだ付けされます。 続いて残りのパーツを取り付けていきます。 コイル電流センサー L2 は、コイル L14 と同じブランドのフェライトと同じ誘電体ガスケットで作られた 1 つのカップ Ch0,5 の磁気回路内に配置されています。 巻線には長さ 700 mm の PEL 0,6 ワイヤーが使用され、ワニスを含浸させる必要はありません。 このコイルは、標準の DPM-XNUMX チョークに指定された直径と長さのワイヤを巻いて別の方法で作成することもできますが、この場合、変換周波数でのパルスの抑制効率がわずかに低下します。 スタビライザーは、片面フォイルグラスファイバー製のプリント基板上に組み立てられます。その図面を図に示します。 3.
ISNが最大負荷電流で使用される場合、VT3トランジスタは面積100 m2、厚さ1,5 ... 2 mmのアルミニウム板の形のヒートシンクに取り付ける必要があります。 ただし、電流源または短絡モードでデバイスが長期間動作することが予想される場合は、スイッチング ダイオード VD1 も絶縁ガスケット (マイカなど) を介して同じヒートシンクに固定されます。 負荷電流が 1 A 未満の場合、VT3 トランジスタと VD1 ダイオードのヒートシンクは必要ありませんが、この場合、L1,2 コイルを C2-5 に交換して保護トリップ電流を 16 A に低減する必要があります。抵抗値が 0,33 オーム、電力が 1 W の抵抗器。 説明されている ISN は実際には調整する必要はありません。 ただし、保護トリップ電流を明確にする必要がある場合があり、そのためには L2 コイルのワイヤを最初に長くする必要があります。 それを基板の対応する接点にはんだ付けした後、必要な保護トリップ電流が得られるまで徐々に短くし、その後、上記の方法でL2コイルを巻きます。 4Aを超える負荷電流ではスタビライザを使用しないでください。 この制限は主に、KT805 シリーズ トランジスタのコレクタの最大許容パルス電流 (Q=8 で timp < 200 ms で 1,5 A) に関連しており、原則として不利な条件下で発生する可能性があります。 著者: A. Moskvin、エカテリンブルク
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