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無線電子工学および電気工学の百科事典 安定化電源UMZCH。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
最新の UMZCH は、時には最大 200 W に達する素晴らしいピーク出力を備えており、電源に対してかなり厳しい要件を課しています。 これらの場合、原則として、各アームで最大 2 A のピーク電流で 30 X (40 ... 10) V の双極性電圧が必要です。 通常、整流器には最大 20000 マイクロファラッド以上に達する大容量の平滑コンデンサが使用されます。 しかし、それらを使用した場合でも、ピーク負荷電流での整流電圧降下は 2 ～ 3 V に達するため、UMZCH からの電源電圧リップルの高い抑制係数が必要です。 著者は、UMZCH 電源に、望ましい品質の供給電圧を提供する安定化装置を装備することを提案しています。 最近、アマチュアの UMZCH 設計では、アンプ基板上に整流器と大容量コンデンサのブロックが配置されることが多くなり、接続ワイヤの長さと接続ワイヤ間の電圧降下が減少します。 場合によっては、電源はオンになったときに出力の電圧をスムーズに上昇させる必要があります (いわゆる「ソフトスタート」)。 UMZCH 負荷の短絡、出力トランジスタの故障、その他の過負荷など、さまざまな緊急事態が発生した場合には、UMZCH 電源を自動的にオフにする必要があります。 提案された電源電圧安定化装置はこれらすべての問題を解決することができます。 主な技術的特徴
この設計は、V. Oreshkin による記事「UMZCH 電源電圧安定器」 (「Radio」、1987 年、No. 8、p. 31) のデバイスに基づいており、その図を図に示します。 1. シンプルさと高い技術データ（1000を超える安定化係数、出力が閉じられたときの自動シャットダウン、ガスケットなしでパワートランジスタをヒートシンクに直接取り付ける機能）にもかかわらず、このスタビライザーにはいくつかの欠点もあります。 高負荷電流では起動が不安定で、出力閉時の電流は正規化されておらず、使用するトランジスタの伝達係数に依存するため、場合によっては故障につながることがあります。
最近、新しい電子部品が登場し、強力な電界効果トランジスタが利用できるようになったので、著者は、LTspice IV シミュレータで作成された、V. Oreshkin によって提案されたデバイスのコンピュータ モデルを実験して改良することにしました。 こうした実験の結果誕生した電源回路を図に示します。 2.
まず、スタビライザートリガー回路が変更され、バイポーラトランジスタがフィールドトランジスタに置き換えられました。 図に示されているスキームから。 図１を参照すると、トランジスタＶＴ２が４７０オームの抵抗を有する抵抗器Ｒ３によって分流されており、コンデンサＣ２の初期充電電流がこの抵抗器を通って流れることが分かる。 負荷が小さい場合、レギュレータが安定化モードに入るまで出力電圧は増加し始めます。 負荷電流が I=U 未満の場合O/ R3 = 19/470 = 40 mA、トランジスタ VT2 がほぼ閉じているとき、抵抗 R3 を通る整流された電圧のリップルはすべて負の肩に流れ込みます。 負荷抵抗が低い場合、この抵抗を流れる電流はスタビライザーを正常に起動するのに十分ではない可能性があり、まったく起動しない可能性があります。 新しいバージョンでは、起動回路は 11 つのアームのツェナー ダイオード VD22 と抵抗 R12 で構成され、(対称性のため) 23 番目のアームの VD7 と R10 で構成されます。 スイッチオンの過程で、平滑コンデンサＣ７〜Ｃ１０の電圧値がツェナーダイオードＶＤ１１およびＶＤ１２の安定化電圧に等しい値に達すると、トランジスタＶＴ１１．１およびＶＴ１１．２が開き始める。 これに続いて、パワートランジスタ VT11 と VT12 が開きます。 スタビライザの出力の電圧が増加し、トランジスタ VT11.1 と VT11.2 のソースとドレインの間の電圧が減少します。 ツェナー ダイオード VD9 および VD10 の電圧が安定化電圧を下回ると、これらのツェナー ダイオードを流れる電流は停止します。 また、スタビライザーの動作には影響しません。 この始動方法は、負荷電流が 9 A の場合でも信頼性が高く、最小負荷電流はほぼゼロです。 スタビライザの正アームの出力電圧は、ツェナーダイオードVD13、VD15の安定化電圧とトランジスタVT11.1のカットオフ電圧の和に等しく、負アームはツェナーダイオードVD14、VD16とトランジスタVT11.2の和にそれぞれ等しい。 スタビライザーをスムーズに起動するには、VD13 ～ VD16 ツェナー ダイオードをコンデンサ C23 ～ C26 でシャントするだけで十分であることがわかりました。 安定化前の出力電圧の変化率は、これらのコンデンサの両端の電圧上昇率と等しくなります。 図に示されている要素の定格では、スタビライザーがモードに入るまでの時間は約 360 ミリ秒です。 コンピュータモデルで得られた、その打ち上げのプロセスのオシログラムを図に示します。 3.
トランジスタＶＴ９およびＶＴ１０で消費される電力を低減するために、トランジスタＶＴ１１．１およびＶＴ１１．２のソースは共通のワイヤに接続されず、ツェナーダイオードおよび抵抗器（それぞれＶＤ１５、Ｒ２９およびＶＤ１６、Ｒ３０）の接続点に接続される。 したがって、トランジスタＶＴ１１．１、ＶＴ１１．２のソースの電位は、対応するツェナーダイオードの安定化電圧（絶対値６．２Ｖ）となる。 これにより、トランジスタ VT9 と VT10 のゲートの制御電圧をプロトタイプのように 11.1 V ではなく、プラスまたはマイナス 11.2 V に変更することができます。この場合、リップルのピークにおけるこれらのトランジスタのソースとドレイン間の電圧は、安定化モードを終了することなく 15 V 以下に低下する可能性があります。 以上のことは、図１〜図４のコンピュータシミュレーションによって得られたオシログラムによって示されている。 4. 緑 - トランジスタ VT10 のソースの電圧、青 - そのゲートの電圧、赤 - トランジスタ VT11.2 のソースの電圧 (6,2 V)、青 - 負アームの負荷電流。 VT10 トランジスタのゲートの電圧は、そのソースの電圧と VT11.2 トランジスタのソースの電圧のほぼ中間にあり、場合によっては 3 V 未満に低下することがわかります。
トリガ電流保護がスタビライザに追加されており、スタビライザのいずれかのブランチの負荷電流が 11 A を超えるとトリガされます。これは、正側のトランジスタ VT3、VT5、VT7 と負側の VT4、VT6、VT8 に構築されています。 電流センサーは、並列にペアで接続された抵抗器 R11 ～ R14 です。 いずれかの抵抗ペアの電圧が 0,5 ～ 0,6 V を超えると、保護がトリガーされます。これは、それらを流れる電流 11 ～ 12 A に相当します。 このしきい値に達すると、トリガー セル VT3VT5 または VT4VT6 のトランジスタ、およびそれに応じてトランジスタ VT7 と VT8 が雪崩のように開きます。 後者が開くと、ツェナー ダイオード VD13 と VD14 が分流され、それによって出力電圧が急激に低下します。 抵抗 R21 および R24 は、ツェナー ダイオードと並列に接続されたコンデンサを放電する際のトランジスタのコレクタ電流を制限します。 トランジスタ VT1 と VT2 のベース回路の LED HL7 と HL8 は、保護動作を知らせます。 それらを流れる電流は 6 mA を超えません。 コンデンサ C19 および C20 は、抵抗 R17 および R18 とともにローパス フィルタを形成し、保護システムのノイズ耐性を高めます。 これらのコンデンサの定格を 4700 pF より大きくすると、保護応答時間が増加し、VT9 および VT10 トランジスタを流れるピーク電流が増加するため、望ましくありません。 保護がスタビライザーの両方のアームで同時に機能するように、コンデンサ C21 と C22 を介してトリガー セル間に接続が提供されます。 保護が作動した後、デバイスが主電源から切断されるまで、トランジスタ VT9 と VT10 は閉じたままになります。 平滑コンデンサ C1 ～ C2 が放電された後でのみ、トリガー セルのトランジスタが閉じ、HL7 および HL10 LED が消灯します。 問題は 1 つ残っています。それは、スイッチをオフにした後、平滑コンデンサを迅速に放電させることです。 これは、両方のチャネルで同じであるトランジスタ VT2 と VTXNUMX のノードによって解決されます。 したがって、正のチャネルにインストールされているノードのみを考慮します。 デバイスがネットワークに接続されると、コンデンサ C17 はダイオード VD9 を介して、変圧器 T1 の巻線 II から来る電圧の振幅にほぼ等しい電圧まで充電されます。 コンデンサ C15 は抵抗 R5 を通じて充電され、ダイオード VD3、VD4 およびダイオード ブリッジ VD1 を通じて放電されます。 トランジスタＶＴ１のゲート電位はそのソースの電位と等しくなるか、あるいはわずかに低くなり、トランジスタは閉じられる。 トランジスタＶＴ１の閉状態は、電源電圧が印加されている間ずっと維持される。 オフになった後、ダイオード VD1 と VD1 が閉じます。 トランジスタのゲート-ソース間電圧は、抵抗 R3 のおかげで、ツェナー ダイオード VD4 の安定化電圧まで増加します。 トランジスタ VT5 が開くと、抵抗 R7 および R1 がコンデンサ C3 および C7 と並列に接続され、それらの放電が加速されます。 放電持続時間は、放電電流のピーク値 7 mA で 8 ～ 10 秒に短縮されますが、これは使用するトランジスタにとって十分許容範囲です。 図上。 図５は、記載された電源がその上に組み立てられた、１７５×８０ｍｍの寸法を有する基板のプリント導体の図を示す。 厚さ5mmの両面箔加工を施したグラスファイバー製です。 箔の厚さ - 175 ～ 80 ミクロン以上、より良くは 1,5 ミクロン。 基板上の部品の配置は図のようになります。 50、その外観 - 図。 70. トランジスタ VT110 および VT6 は、条件付きで基板の下側に取り付けられ、ヒートシンクに固定されます。 基板には、トランジスタを固定するネジにアクセスするための穴が設けられています。
基本的に、サイズ 0805 の表面実装抵抗器が使用され、抵抗器 R27 ～ R30 はサイズ 2512 (電力 1 W) です。 抵抗 R1-R4、R7、R8 - MLT または同様の輸入品。 抵抗電流センサー R11-R14 - KNP-100。 基板の両側に取り付けられています。 これらの抵抗の各ペアの代わりに、半分の抵抗と 1 ～ 2 W の電力を使用できます。 コンデンサC1〜C6、C8、C10〜C14、C29、C30 - 少なくとも73 Vの電圧用の金属フィルムK17-63、またはその輸入された類似品。 コンデンサ C19 ～ C22 - 表面実装用セラミック、サイズ 0805 または 1206。 酸化物コンデンサ C23 ～ C26 - タンタル サイズ D または E、C7 および C9 - Jamicon のアルミニウム LS シリーズ、C27、C28、C31、C32 - SAMWHA のアルミニウム RD シリーズ、残り - K50-35 または同様の輸入品。 ツェナー ダイオード DL4751A と DL4735A は、MELF パッケージでそれぞれ 30 V ± 5% と 6,2 V ± 5% の安定化電圧を持つ他のダイオードに置き換えることができます。 GBJ2502 ダイオード ブリッジがない場合は、許容逆電圧 25 V 以上で 100 A の電流に対応する他のダイオード ブリッジを代わりに設置することも、適切なパラメータを備えた 1 つの単一ショットキー バリア ダイオードから各ブリッジを組み立てることもできます。 ダイオード RS60B の交換 - 同じシリーズのダイオード、または逆電圧が少なくとも XNUMX V の低電力ダイオード。 電界効果トランジスタ IRFD024 は、許容ドレイン・ソース間電圧が 50 ～ 60 V の他の N チャネル絶縁ゲート トランジスタ (IRFZ24、IRFZ34、IRFZ44 など) に置き換えることができますが、PCB を調整する必要があります。 過負荷保護ユニット内の BSS63 および BSS64 トランジスタの代わりに、少なくとも 23 V の最大コレクタ エミッタ電圧を持つ SOT50 パッケージ内の適切な構造の低電力汎用バイポーラ トランジスタを使用することができます。 IRF1405 および IRF4905 トランジスタの代替品として、絶縁ゲートを備え、最高速度で特性の傾きが大きい強力な電界効果トランジスタを選択する必要があります。 また、ソース-ゲート電圧の最小しきい値を有することも必要です。 異なる導電率のチャネルを備えた 7343 つの電界効果トランジスタのマイクロアセンブリ IRF4897 は、FDS4559C または FDS30 に置き換えることができます。 スタビライザーの入力電圧と出力電圧をそれぞれ 27 V と 7319 V に下げると、IRF1 マイクロアセンブリを使用できます。 これらのマイクロアセンブリのトランジスタは、絶対値が小さく (約 45 V)、ゲート・ソース間のしきい値電圧がほぼ同じです。 もちろん、最大ドレイン・ソース間電圧が少なくとも XNUMX V の別個の低電力電界効果トランジスタを使用することもできますが、この場合、スタビライザー・アームの出力電圧の差が大きくなる可能性があります。 適切に組み立てられたユニットは実際には調整する必要はありませんが、それでも、変圧器T40の一次巻線と直列に接続された60 ... 1 Wの電力を持つ白熱灯で最初のスイッチをオンにすることが望ましいです。 スイッチを入れた瞬間に点灯し、その後消灯します。 その後、出力電圧を測定する必要があります。出力電圧は 35 ± 0,5 V 以内である必要があります。強力な 3 オーム抵抗器を使用してスタビライザー アームの XNUMX つの出力を短時間閉じて、保護が作動していることを確認します。 スタビライザの動作を回復した後、主電源周波数の出力電圧に目に見えるリップルがないことをオシロスコープで確認します。 以下は、4,7 オームの負荷で UMZCH で動作するスタビライザーの出力電圧の実際のリップルのオシログラムです。 これらの黄色の曲線は UMZCH の出力の電圧、青色の曲線はスタビライザーの出力 (点 A と C または B と C の間) の電圧の変動成分です。 オシログラムは次の条件で撮影されました。 ご飯。 8-UMZCH入力に信号がなく、アンプの静止電流は0,25Aです。 米。 9 - UMZCH 出力電圧振幅 - 25 V、周波数 - 10 kHz、リップル振幅 - 10 mV 未満。 ご飯。 10-UMZCHの出力でのパルスの振幅-20V、周波数-30Hz。
変圧器 T1 には、最大負荷電流 10 A を供給するのに十分な電力が必要であることに注意してください。負荷電流のピーク時の整流器の平滑コンデンサの電圧は、38 V を下回ってはなりません。音楽信号の波高率 (通常は 200 に近い) を考慮すると、各 UMZCH チャネルの変圧器電力は約 180 W 以上である必要があります。 著者はトロイダル磁気回路の XNUMX W トランスを使用しました。 著者: M.ムラフツェフ
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