水冷式バイポーラ電圧レギュレータ、220/±41 ボルト 4 アンペア。スキーム、説明

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水冷付きバイポーラ電圧レギュレータ、220/±41 ボルト 4 アンペア。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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直列型の連続動作の補償電圧安定器は、効率は低いですが、安定化係数が大きく、出力インピーダンスが低くなります。したがって、それらは今でも広く使用されています。ただし、負荷の過負荷や短絡が発生した場合の信頼性が低いという特徴があります。これはトランジスタデバイスにとって特に危険であるため、電流センサーを備えた複雑な保護ユニットをスタビライザーに導入する必要があります。この記事で説明した強力なバイポーラ電圧レギュレータでは、出力電流が制限されています。このデバイスは過負荷を恐れず、大容量のフィルターコンデンサでも動作します。

UMZCH 回路を分析すると、出力段への電力供給に連続電圧安定化装置が使用されることはほとんどないと結論付けることができます。その理由は、そのようなスタビライザーのコストが高いこと、使用中のエネルギー損失が大きいこと、そして最も重要なことは、スタビライザーなしで機能するため「それで十分である」ことです。

スタビライザーがない場合、アンプの電源電圧は負荷に応じて広範囲に変化します (Pioneer-714 AV レシーバーの場合 - 30 ～ 50 V)。実際のところ、容量性フィルタを備えた整流器の平均出力電圧は負荷の流出量に大きく依存します。さらに、フィルタコンデンサは、主電源電圧の半サイクルごとにパルスで充電されます。このプロセスには数半サイクルかかる場合があり、これは部分的に UMZCH ロードに転送されます。

アマチュア無線の文献では、より自然なサウンドを確保するために、安定した電源から UMZCH に電力を供給する必要があるという意見が繰り返し表明されてきました。実際、アンプの最大出力電力では、不安定な電源の電圧リップルの範囲は数十ボルトに達します。これは、オーディオ信号の高周波成分のピーク値では知覚できませんが、ピークの持続時間が長い、大きなレベルの低周波成分の増幅に影響します。その結果、フィルタコンデンサが放電する時間が発生し、電源電圧が低下し、アンプのピーク出力電力が低下します。電源電圧の低下によりアンプの出力トランジスタの静止電流が減少する場合、追加の非線形歪みが発生する可能性があります。

電源電圧のリップルや不安定性を抑える基本的な方法は、電源電圧の安定化です。スタビライザーは電力線の電圧リップルを 50 ～ 100 桁低減するため、アンプ出力信号の最大振幅を容易に得ることができます。 XNUMX (XNUMX) Hz の周波数でバックグラウンドレベルを低減することに加えて、非線形歪みとラウドネスピークでの信号クリッピングの可能性も低減されます。アンプの出力段のトランジスタの最大許容パラメータのマージンが増加します。アンプ出力に電源干渉が入る可能性を低減します。

また、スタビライザーを使用することでアンプを簡素化することができ、音に良い影響を与えます。もう一つの利点は、アンプの出力段を過負荷から保護する機能もスタビライザーに任せることができます。

マイナスのうち、強力で信頼性の高い連続動作の電圧安定化装置の実装は、重大な財務上の問題となり、技術的に困難な作業になります。また、スタビライザーのパワートランジスタから多量の熱を奪う必要があります。スタビライザーを使用したアンプの全体的な効率と消費電力は、スタビライザーを使用しないアンプよりもはるかに悪くなります。

電源の品質を向上させるには、誘導を低減したネットワーク変圧器を使用することが望ましいです。ご存知のとおり、従来の変圧器の始動電流は動作電流よりもはるかに高い値に達します。磁気回路の誘導振幅を半分に減らすことで信頼性が大幅に向上し、変圧器の漏れ磁束が減少し、始動電流が定格無負荷電流を超えない値に減少します。しかし、誘導が低いと必要な巻線の巻数が増加し、その結果、変圧器の重量とサイズ、コストが低下し、巻線のアクティブ抵抗によるエネルギー損失が増加します。。しかし、私たちは本当に高品質なサウンドの再生について話しているのですよね？また、安定化された電圧で駆動されるアンプのサウンドは、スタビライザーのない同じアンプのサウンドと比較して大幅に優れています。

図に回路が示されているバイポーラ電圧レギュレータは、UMZCH に電力を供給するように設計されています。

米。バイポーラ電圧レギュレータ (クリックして拡大)

主な技術的パラメータ

安定化チャンネルの数 ....... 2
出力電圧、V ...... +41 および -41
各チャンネルの最大負荷電流、A ....... 4
負荷電流 4 A でのリップルの範囲、mV ....... 4,7
最大負荷電流での消費電力、W....180

これは、共通ワイヤに対して正極と負極の XNUMX つの独立した電圧レギュレータで構成されます。回路の上部は正極性スタビライザーを指し、下部は負極性を指します。負極性レギュレータ回路は、本質的に正極性レギュレータ回路の鏡像です。したがって、正極性の電圧レギュレータのみを詳細に検討します。

変圧器 T1 の巻線 II から得られる交流電圧は、絶縁ハウジングを備えたデュアルショットキーダイオード VD3 および VD4 SR30100P の全波整流器を整流するため、共通のヒートシンクに取り付けるのが便利です。

ノイズ抑制インダクタL1を介して、整流された電圧は平滑およびノイズ抑制コンデンサC8〜C16に供給され、次に並列接続されたトランジスタVT1〜VT9の抵抗R3〜R11のエミッタ電流を等化することに供給される。これらの抵抗器はかなり高い抵抗を持っており、これはネットワーク干渉からトランジスタ VT1 ～ VT9 のコレクタ回路を効果的に「分離」するのに役立ちます。

VT20 トランジスタとともに、VT1 ～ VT9 トランジスタは、高い電流増幅率を備えた強力な複合トランジスタを形成します。トランジスタＶＴ２０のベース電流は、トランジスタＶＴ２２のコレクタに流れる。トランジスタ VT20 は、オペアンプ DA22 の出力からの電圧を制御します。

直列に接続されたツェナーダイオードＶＤ１３、ＶＤ１４は、スタビライザの出力に接続されており、その総安定化電圧は、検討中のスタビライザの例として機能する。ツェナーダイオードの代わりに、抵抗 R13 と一緒に、スタビライザの定格出力電圧で接続点でゼロ電位を提供するような抵抗の抵抗を取り付けることができます。ただし、ツェナーダイオードと比較すると、これは効率が低いオプションです。安定化システム内のツェナーダイオードまたは抵抗によってシフトされた電位は不一致信号であり、DA14 オペアンプの反転入力に供給され、その非反転入力は「29」ワイヤに接続されます。

ワイヤ「O」と「Comm」が接続されていないことに注意してください。相互に接続するとともに、基板上のスタビライザーによって電力を供給されるデバイス（アンプ）の共通線に接続する必要があります。これにより、安定化された電圧における干渉とノイズのレベルが大幅に低減されます。抵抗 R21 は、アンプが接続されていないときのスタビライザーの性能を保証します。

動作中、オペアンプは反転入力の電位を非反転入力のゼロ電位と継続的に比較します。さらに、このような方法でトランジスタ VT22 を制御し、それとともに複合トランジスタ VT20、VT1 ～ VT9 を制御し、安定器の出力で指定された電圧が維持されるようにします。

負荷電流の増加により、スタビライザーの出力電圧が低下したとします。オペアンプ DA3.1 の反転入力の電位は非反転入力に比べて負になり、オペアンプの出力の電圧は増加します。これにより、VT22 トランジスタのコレクタ電流が増加し、それに伴って VT20 トランジスタのベースおよびエミッタ電流も増加します。その結果、トランジスタ VT1 ～ VT9 の合計コレクタ電流が増加し、負荷電流の増加を補償します。出力電圧は以前の値に戻ります。

トランジスタ VT19 とリレー K1 のソフトスタートデバイスは、スタビライザー (変圧器 T28 の一次巻線) がネットワークに接続されているときに、コンデンサ C30 ～ C34、C63 ～ C1 のバンクの電圧を滑らかに増加させます。このとき、抵抗R2に電流が流れ始め、コンデンサC27が充電されます。 30 ～ 35 秒後、ツェナーダイオード VD9 にかかる電圧が 36 V に達すると、ツェナーダイオードが開きます。これにより、トランジスタ VT19 が開き、スタビライザの出力電流を制限する抵抗を切り替えるリレー K1 が動作します。

リレーが動作していない間、この電流は抵抗 R32 によって 450 ～ 650 mA に制限され、合計容量が 28 mA を超えるコンデンサ C3 ～ C34O、C63 ～ C100000 のバッテリの充電電流の突入を防ぎます。 32μF。トリガーリレーは、抵抗 R35 を抵抗 R4 と並列に接続します。この時点から、スタビライザーは最大 XNUMX A の電流を負荷に供給できます。

スタビライザの出力が誤って共通のワイヤで閉じられた場合でも、電流は 4 A を超えませんが、Vt1 ～ VT9 トランジスタによって消費される電力は急激に増加します。ただし、トランジスタあたり 25 ワットを超えることはありません。このことから、電圧レギュレータは信頼性が高く、負荷の短絡を恐れないことがわかります。

電流制限レベルを正確に設定するには、抵抗R32を500kΩ程度の可変抵抗に一時的に置き換える必要があり、抵抗R35は実装されていません。可変抵抗器のスライダーを最大抵抗の位置に移動します。電流計で安定器の出力を閉じた後、安定器をオンにして、電流計の読み取り値を観察しながら、可変抵抗器の抵抗を徐々に減らします。必要な安全な始動電流に達したら、レギュレータをオフにし、可変抵抗器の入力抵抗を測定し、同じ抵抗値の固定抵抗器と交換します。

次に、抵抗 R35 の代わりに、抵抗値 100 kΩ の可変抵抗器を接続し、電流計を介してスタビライザーの出力に最大負荷を接続します。スタビライザーの電源を入れ、リレーが動作するまで待ちます。その後、可変抵抗器の抵抗値を徐々に下げ始めます。定格の安定化電圧および規定の最大負荷電流に達したら、スタビライザをオフにし、可変抵抗器の入力抵抗を測定し、定数のものに交換します。

負の電圧安定器でも同じ手順を実行する必要があります。単純に、それぞれ R33 および R36 と同じ抵抗値の抵抗 R32 および R35 を取り付けることはできません。実際のところ、両方のスタビライザーで使用されているトランジスタの電流伝達係数は大きく異なります。たとえば、2SA1943 トランジスタの場合は約 140 ですが、2SC5200 の場合はわずか 85 です。

変圧器 T1 および T2 は、負荷電流 2 A で 54x5 V (中間リード付き) 用の誘導および二次巻線を低減したカスタムメイドです。各変圧器は、熱交換器 (アクアブロック) の最下位部分の独自の側に取り付けられています。スタビライザー水冷システム。アクアブロックは、デバイスのすべてのノードが配置される一種のシャーシとして機能します。トランスを取り付ける前に、トランスはエポキシで完全に平らなランディングパッドに成形されます。次に、M12 ネジ付きスタッドを使用して、変圧器をアクアブロックに押し付けます。

アイドルモードでは、整流器の出力 (スタビライザー自体の入力) の電圧は 76 V です。10 オームの抵抗を持つ負荷スタビライザーの出力に接続すると、電圧は 64 V に低下します。たとえば 10 A が必要な場合、抵抗 R3 ～ R20 の値を 10 オームまで下げる必要があります。

サプレッサーダイオード VD1 および VD2 は、ネットワークにスタビライザーを組み込むことに伴う過渡現象中のサージを減衰するように設計されています。

適切に取り付けて組み立てると、スタビライザーは問題なく動作し始めます。 4 A の連続負荷の場合、トランジスタ VT1 ～ VT9 は約 60 W の電力を消費します (各トランジスタで 6 W)。抵抗器 R3 ～ R11 のそれぞれで - 4 ワット。正と負の電圧レギュレータを合わせると、約 180 ワットが消費されます。左右のステレオチャンネルのアンプに電力を供給するための 360 組のスタビライザーは、共通のアクアブロックに取り付けられており、XNUMX ワットを消費します。

アクアブロックは、断面100×10mm、長さ1000mmのジュラルミン製レール960枚を外周に沿ってネジで固定したものです。タイヤ間の接合部をシールするために自動車用シーラントが使用されました。各タイヤの内面には 15x4x15 mm の 8 本の平行な溝が刻まれており、そこを冷却水が流れます。給水路の総断面積は1920x0,75 mm、全長は24 mm、水流量は29 l/min、アクアブロック入口の水温はXNUMX °C、出口の水温はXNUMX °Cです。。水は水道から単段フィルターを通って供給されます。

このようなオープン水冷システムの運用における XNUMX 年間の経験により、その熱パラメータが安定していることがわかりました。ただし、アクアブロックと車の外部ラジエーターを循環する蒸留水を使用してシステムを密閉することもできます。

トランジスタ VT1 ～ VT18 は、熱伝導性ペーストを使用してアクアブロックに押し付けられたアルミニウム基板を備えたプリント基板に実装されています。基板表面温度は約34℃です。トランジスタ 2SA1943 および 2SC5200 は、約 50 °C の温度まで加熱します。テストでは、この温度は XNUMX 時間の動作中に変化しないことが示されました。

説明されている冷却システムはコンパクトで効率的であり、完全に静かです。これにより、約 40 キロワットの火力発電を転用することができます。システム内の流水が緊急に不足した場合の信号装置として、圧力センサーDRD-XNUMXが供給パイプラインに取り付けられています。標準的な配管に最適です。水道が緊急停止した場合、このセンサーの接点が開き、スタビライザーを電気ネットワークから切断します。

さらに、2 つまたは複数の 1943SA2 トランジスタに温度センサーを取り付ける必要がありますが、これは実際に示されているように、5200SCXNUMX トランジスタを超える温度を加熱します。同じセンサーを変圧器に取り付けることをお勧めします。

著者: V. フェドソフ

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