UPSラボ用電源。スキーム、説明

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UPS 実験用電源。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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この記事の中で著者は、アマチュア無線の練習に必要な実験用電源を、故障した、または古い無停電電源装置から作る方法を説明しています。

無停電電源装置 (UPS) の主な目的は、主電源電圧がない緊急事態において、さまざまなオフィス機器 (主にコンピュータ) の供給が不足することです。 UPS はバッテリ (通常 12 V)、昇圧コンバータ、および制御ユニットで構成されます。スタンバイモードではバッテリーが充電され、緊急モードでは電圧コンバータがオンになります。

すべての機器と同様に、UPS も故障したり、古くなったりします。したがって、これらは、たとえば実験室用電源ユニット (PSU) の製造の基礎として使用できます。これに最も適しているのは、電圧コンバータが低周波数 (50 ～ 60 Hz) で動作し、降圧変圧器としても機能する強力な昇圧変圧器を備えた UPS です。

実験用 PSU の製造には、KIN-325A UPS が「ドナー」として使用されました。開発中の課題は、「ドナー」からの要素をできるだけ多く使用しながら、単純なスキームを取得することでした。トランスとケースに加えて、強力な電界効果トランジスタ、整流ダイオード、クワッドオペアンプマイクロ回路、電磁リレー、すべての LED、バリスタ、いくつかのコネクタ、さらに酸化物コンデンサとセラミックコンデンサが使用されました。

電源回路を図に示します。 1. ヒューズリンク FU1 と電源スイッチ SA1 を介して主電源電圧が変圧器 T1 (マーキング - RT-425B) の一次巻線に供給されます。この巻線と並列に接続されたバリスタ RU1 は、ヒュージブルリンクとともに、電源電圧の上昇から PSU を保護します。電流制限抵抗 R1 とダイオード VD1 を介して HL1 LED に電力が供給され、主電源電圧の存在を示します。

米。 1（クリックで拡大）

ダイオードアセンブリ VD2 ～ VD5 の強力な整流器は、変圧器 T16 の巻線 II (中央にタップあり、定格電圧 1 V) に接続されています。リレー接点 K1.1 の位置に応じて、整流器は共通の変圧器出力 (図 1 に示す) と出力電圧約 10 V の全波整流器として、または出力電圧約 20 V のブリッジとして動作します。この整流器の出力電圧は、調整素子である電界効果トランジスタ VT1 に供給されます。コンデンサ C1 と C3 は整流された電圧のリップルを平滑化し、抵抗 R2 は電流センサーです。抵抗 R17 は、外部負荷がない場合に最小電圧レギュレータ負荷を提供します。

低電力整流器は、ダイオード VD6 ～ VD9 と平滑コンデンサ C2 および C5 に組み込まれています。 DA1チップ上の並列電圧レギュレータ、オペアンプDA2、リレーK1、ファンM1によって電力が供給されます。 HL2 LED は、この整流器の出力に電圧が存在することを示します。

調整可能な電圧レギュレータは、オペアンプ DA2.3 とトランジスタ VT1 に組み込まれています。電圧レギュレータ (抵抗 R11) への例示的な電圧は、DA1 チップ上のスタビライザーの出力から得られます。トリマー抵抗器 R12 からの PSU の出力電圧は、オペアンプ DA2.3 の反転入力に供給されます。この抵抗は最大出力電圧を設定します。調整可能な電流リミッタは、オペアンプ DA2.1 および DA2.2 に組み込まれています。センサーからの出力電流に比例する電圧 - 抵抗器 R2 は、オペアンプ DA2.1 の電圧増幅器に供給され、次にオペアンプ DA2.2 に供給され、抵抗分圧器 R4R7R8 の出力から非反転入力に供給される典型的な電圧と比較されます。抵抗 R7 と R8 は電流制限しきい値を設定します。

トランジスタ VT2 はリレー K1 を制御します。このトランジスタのゲートの電圧がしきい値を超えると機能します (図に示されているトランジスタのしきい値電圧は 2 ... 4 V)。トリマ抵抗器 R19 は PSU の出力電圧を設定し、その電圧を超えるとリレーが整流器の出力電圧を切り替えます。トランジスタ VT3 はサーミスタ RK1 とともにファン M1 を制御します。トランジスタVT1とサーミスタを搭載したヒートシンクの温度が所定値を超えるとオンします。しきい値温度は抵抗 R15 によって設定されます。サーミスタの電源電圧はパラメトリック安定器 VD11R16 によって安定化されます。リレー K1 の過剰な供給電圧は抵抗 R13 の両端で降下し、ファン M1 は抵抗 R18 の両端で降下します。

負荷電流がしきい値を超えない場合、オペアンプ DA2.2 の非反転入力の電圧は反転入力の電圧より大きく、その出力には電源電圧に近い電圧がかかるため、VD10 ダイオードが閉じられ、電流は HL3 LED を流れません。この場合、電界効果トランジスタ VT1 のゲートへの制御電圧は、抵抗 R2.3 を介してオペアンプ DA14 の出力から得られ、電圧レギュレータが機能します。スタビライザーの出力電圧が 4 V 未満の場合、トランジスタ VT2 が閉じ、リレー K1 はオフになります。この場合、トランジスタ VT1 のドレインの電圧は 10 V です。出力電圧が 4 V を超えると、トランジスタ VT2 が開き、リレー K1 が作動します。その結果、トランジスタ VT1 のドレインの電圧は 20 V に上昇します。この技術的解決策により、デバイスの効率が向上します。

負荷電流がしきい値を超えると、オペアンプ DA2.2 の出力電圧が低下し、ダイオード VD10 が開き、トランジスタ VT1 のゲート電圧が設定電流の流れを保証する値まで低下します。このモードでは、HL3 LED に電流が流れ、電流制限モードへの移行を知らせます。制限電流は、抵抗器 R8 によって 0 ～ 0,5 A の範囲に設定され、R7 - 0 ～ 5 A の範囲に設定されます。コンデンサ C4 および C6 により、電流制限器の安定性が確保されます。静電容量を増やすと安定性が向上しますが、電流リミッタの速度は低下します。

このデバイスは、固定抵抗 - C2-23、R1-4、またはインポートされた調整 - SP3-19、変数 - SP4-1、SPO を使用します。電圧または電流を調整する可変抵抗器のスケールを線形にするためには、グループ A のものである必要があります。サーミスタ - MMT-1。抵抗器 R2 は、長さ 2 0,4 mm のワイヤ PEV-150 から作られています。電流センサーの機能に加え、緊急時のヒューズとしても機能します。酸化物コンデンサは輸入されており、無極性コンデンサの代わりにセラミック K10-17 を使用できます。ファンは消費電流が 100 ～ 150 mA のコンピュータファンであり、その幅はヒートシンクの幅と等しくなければなりません。リレー - 任意、スイッチ電流 10 A および巻線の定格電圧 12 ... 15 V 用に設計されています。 XS2、XS3 - ソケットまたは端子台。

ほとんどの要素は、厚さ 1,5 ～ 2 mm の片面にラミネートされたグラスファイバー製の 2 枚のプリント基板上に配置されています。最初のもの (図 2) では、整流器が組み立てられ、トランジスタ VT3、VT1 がそれらを「囲む」要素とともに取り付けられ、その他の詳細が示されています。強力な整流器の要素を接続する印刷導体は「強化」されており、直径1 mmの錫メッキ銅線が半田付けされています。 TXNUMX トランスの「通常の」出力は配線されており、XNUMX つのソケットが装備されています。それらを使用する場合は、それらに対応するプラグが最初のボードに取り付けられ、「ネイティブ」UPS ボードからはんだ付けされます。

UPSラボ用電源
図。 2

3 番目のボード (図 1) には、すべてのマイクロ回路、LED、およびその他の要素が取り付けられています。印刷導体のない側には、押しボタンスイッチ SA2 (PXNUMXK など) が接着されています。 LED はケースの前壁にある「通常の」穴に差し込む必要があり、「通常の」プッシャーがスイッチに接着されています。

UPSラボ用電源
図。 3

最初のボードはケースの後壁の隣に取り付けられ、30番目のボードは前面近くに取り付けられます。ボードを固定するには、60 本のネジと、ケースの上部カバーにある「通常の」固定プラスチックラックを使用しました。外形寸法 90x1x3 mm のリブ付きヒートシンク (ボード間に取り付けられます) には、VT3 トランジスタ、サーミスター、およびファンが収納されています。熱収縮チューブをサーミスターの上に置き、トランジスタの隣のヒートシンクに接着します。サーミスタの温度変化に対して電界効果トランジスタVT2がスムーズに開閉するため、ファンの回転開始、停止もスムーズになります。したがって、VT7000 トランジスタは著しくウォームアップする可能性があり、これを低電力トランジスタ (XNUMXNXNUMX など) に置き換えることは不可能です。

フロントパネル（図4）の穴には可変抵抗器とコネクタXS2、XS3が取り付けられており、そこに抵抗R17とコンデンサC7が半田付けされています。ブロックプラグ XP1 とソケット XS1 は「ネイティブ」で、後壁の下部にあります。 XS1 ソケットは、オシロスコープなど、研究室用 PSU と同時に動作するあらゆるデバイスの接続に使用できます。

UPSラボ用電源
図。 4

調整は最大出力電圧の設定から始まります。これは抵抗器 R12 を使用して行われますが、抵抗器 R11 のスライダーは図に従って上の位置にある必要があります。電源に電圧計を組み込む予定がない場合は、抵抗器 R11 にポインタ付きのペンが付属し、その目盛りが付いています。トランジスタ VT2 が開いているとき、抵抗 R13 を選択することにより、公称電圧がリレー K1 に設定され、VT3 が開いているとき、抵抗 R18 はファン M12 の 1 V に設定されます。ファンのスイッチオン温度は抵抗 R15 によって設定されます。

電流リミッタを確立するには、電流計と、抵抗が 10 ～ 15 オームで電力が 50 W の負荷可変抵抗器を PSU 出力に直列に接続します。抵抗器 R4 と R7 のスライダーは図に従って左側の位置に設定され、スライダー R8 は右側に設定されます。負荷抵抗は最大抵抗値を持つ必要があります。出力電圧が約 10 V の場合、負荷抵抗は 5 A の電流を設定し、抵抗 R5 はオペアンプ DA0,9 の出力の電圧を 1 ～ 2.1 V に設定します。負荷抵抗の助けを借りて、出力負荷電流は 6 A に増加し、抵抗 R4 のスライダをスムーズに回転させることにより、HL3 LED がオンになり (電流制限モードがオンになり)、抵抗 R4 によって出力電流が 5 A に設定されます。抵抗 R7 のスライダを (回路に従って) 右に移動すると、出力電流はゼロに減少します。この場合、抵抗 R8 は出力電流を 0 ～ 0,5 A の範囲で調整できます。

電源に電流計を組み込む予定がない場合、これらの抵抗器の目盛りは目盛り付きになります。これを行うには (電流制限モードで)、出力電圧と負荷抵抗を変更し、必要な電流値を設定し、目盛りにマークを付けます。この場合、0 ～ 0,5 A の範囲では、電流は抵抗 R8 (抵抗 R7 は「0」の位置にある必要があります) によって設定され、0 ～ 5 A の範囲では抵抗 R7 (抵抗 R8 - 位置「0」) によって設定されます。

電流制限モードでは、バッテリおよび充電式バッテリを充電できます。これを行うには、最終電圧と充電電流を設定し、バッテリー (蓄電池) を接続します。

提案された電源のさらなる改良は、内蔵のデジタル電圧計、電流計、または複合測定装置の設置です。

著者: I. ネチャエフ

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