UMZCH 用の強力なバイポーラ電圧安定器。スキーム、説明

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UMZCH 用の強力なバイポーラ電圧安定化装置。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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著者は、チャネルあたり最大 50 ～ 100 W の電力を持つアンプに適したバイポーラ電源電圧スタビライザを提供しています。このデバイスは、複数の短期間の電流過負荷下でも動作できる強力な電界効果トランジスタで作られています。このようなスタビライザーの使用は、電源電圧の変化やリップルに対する感度が高いアンプで大部分正当化されます。これは、特に一般的なフィードバックのない単純なアンプの特徴です。

ご存知のとおり、UMZCH の強力な出力段に電力を供給するために、多くの設計では別の電源が使用され、アンプの残りの部分は電圧スタビライザーによって電力が供給されます。これらの電源のほとんどは非安定化されており、平滑コンデンサを備えた中間点を備えた XNUMX つの全波整流器 (正極性と負極性の電圧用) で構成されています。この未調整の電圧は、追加のコンポーネントと信号源スイッチ (完全な「統合型」アンプ) がある場合、アンプの残りの部分では使用されません。さらに、ほとんどの UMZCH で使用される一般的なフィードバックにより、電源電圧リップルに対する感度が大幅に低下します。また、全体的なフィードバックの深さが小さいか存在しない場合、電源電圧のリップルが音響システムを通じて聞こえることがあります。

リップルと不安定性を抑制する基本的な方法は、安定化された電圧でアンプの出力段に電力を供給することですが、統合されたスタビライザーを使用すると、多くの問題にも遭遇します。実際、そのような安定器は比較的大きな電圧降下を持っています。さらに、これらには通常、電流および電力リミッタが組み込まれており、一般にスタビライザの利点が無効になる可能性があります。もちろん、高出力の統合スタビライザー（たとえば、出力電流 10 A）を使用することもできますが、そのコストは、私の意見では受け入れられません。

この問題を解決する代替案は、電源電圧安定化装置に強力な電界効果トランジスタを使用することかもしれません。ちなみに、これらのトランジスタは安価で、オープンチャネル抵抗が低く（70分の100オーム）、最大電流が最大0,25...20Aであるため、電圧降下が非常に低いスタビライザを設計できます。最大 XNUMX A の電流で (XNUMX V 以下)。

記載されているスタビライザーのパラメーターは次のとおりです。出力電圧が 27 V の場合、その最大電流は 4,5 A に達します。このような負荷電流では、入力と出力間の最小動作電圧は 0,25 V を超えません。無負荷のスタビライザの出力電圧と負荷時の電圧の差は、 4,5 A の負荷電流では 0,15 V を超えず、6 A の電流ではこの差は 0,16 V を超えません。

スタビライザーのこのようなパラメーターは、その中で使用されている強力な電界効果トランジスター - 最大ドレイン電流 4905 A、オープンチャンネル抵抗 74 オームの IRF0,02 (p チャンネル) と、対応する電流は 2505 A、抵抗は 104 オームです。

米。 1（クリックで拡大）

バイポーラスタビライザーは、正極性と負極性の 1 つの独立した電圧源で構成されます (図 1)。回路の上部は正極性スタビライザーを指し、下部は負極性スタビライザーを指します。比較を容易にするために、対応する要素の番号付けは接頭辞 2 と XNUMX のみが異なります。

まずはスタビライザーの特徴について。これには、コンデンサ C2 と C3、およびツェナーダイオード VD1 という XNUMX つの重要な要素が含まれています。

図に示されているコンデンサC2およびC3の静電容量値は、ある意味妥協です。これらが減少すると、スタビライザが自励励起する可能性が生じます。静電容量を 1 µF に増やすと、整流された電圧に常に存在するリップルがスタビライザの出力に侵入するようになります。

ここで、安定化電圧 1 V の VD55 ツェナーダイオード (BZX7-C5V7,5) が選ばれた理由について少し説明します (安定器全体の特性に影響を与える) 微分抵抗が最小のツェナーダイオードを選択することをお勧めします。 BZX55 シリーズのすべてのツェナーダイオードの中で、ツェナーダイオード BZX7-C55V7 および BZX5-C55V8 の微分抵抗は最も低くなります (2 オーム)。スタビライザーの入力電圧が 20 ～ 25 V 未満の場合は、電圧が 3,3 V 以下のツェナーダイオード (BZX55-C3V3 など) を使用することをお勧めします。

小さな変更を加えた負極性スタビライザー回路は [1] から借用したもので、ドリルの回転速度を制御するために私がすでに一度使用しました (電流予備は 20 ～ 30 A)。 [1]の回路と比較すると、図の回路では1では、一部のコンデンサと抵抗の値が変更され、VT2ゲートを破壊から保護するためにツェナーダイオードVD2が追加され、別の安定化電圧（1V）にツェナーダイオード（VD7,5）が使用されました。

正極性安定化回路は負極性安定化回路の鏡像であり、n チャネルの代わりに、バイポーラトランジスタの代わりに TO-4905 (VT220) パッケージの p チャネル電界効果トランジスタ IRF2 を使用します。 pnp 構造のトランジスタ - npn 構造の BC337-40 または KT503B (VT1) で、そのアノード回路には並列安定化回路 DA1 (TO-431 パッケージの TL92CZ) の負荷が含まれています。知られているように、コンピュータのスイッチング電源で最も一般的です。

+/-35...45 V の電源電圧で使用するために、説明したスタビライザーをどのように変更できるかについて、いくつかの注意事項があります。この場合、抵抗 R4 (620 オーム) の抵抗を 0,9...1 に増やす必要があります。 kOhm を使用して、スタビライザ DA1 (TL431CZ) を流れる電流が最大電流 50 mA の半分を超えないようにします。トランジスタ BC327/BC337 の相補ペア (Uke max = 45 V、Iktah = 0,8 A、PKmax = 0,6 W) の代わりに、わずかに高い電圧 Uke max のペアを使用する必要があります。

たとえば、2SA1284/2SC3244 (UK3max = 100 V、lKmax = 0,5 A、PKmax = 0,9 W)。電界効果トランジスタを広い冷却面積を持つヒートシンクに取り付けることをお勧めしますが、必要な安定化電圧を設定するには、抵抗器 R5、R6、R7 の値を変更する必要があることも付け加えておきます。 7,5 V の安定化電圧にはツェナーダイオード (BZX55-C7V5) を使用することをお勧めします。 National Semiconductor、Texas Instruments、Vishay、Motorola から TL431CZ チップを購入することをお勧めします。

トリマー R6 (SPZ-19A) を除くすべての抵抗器の電力は 0,25 W、セラミックコンデンサ - 電圧 50 V です。

図。 2

5.0 つのバイポーラスタビライザーボード (UMZCH の各チャネルに 2 つ) が必要だったので、Sprint Layout 2 プログラムを使用してプリント回路基板をレイアウトしました (図 3、レーザープリンターで印刷するためのトレーシングペーパーにその図面を印刷し、 [3]で私が説明した方法で作成し、実装した基板の外観を図XNUMXに示します。

図。 3

スタビライザーの動作をテストするために、4 つのデジタルマルチメーターを使用しました。そのうちの XNUMX つはスタビライザーの入力電圧と出力電圧を測定し、XNUMX つ目は電流計モードで出力電流を測定しました。ここで、図の図が次のとおりであることを付け加えておく必要があります。 XNUMX は正の電圧安定器のテストに使用され、負の電圧安定器の特性も同様の方法でテストされました。

図。 4

1 オームの抵抗で電力 20 W のセラミック抵抗器 SQP を負荷 (R1) として使用し、抵抗 2 オームで電力 75 W の PE-75 抵抗器を R5 として使用しました。したがって、スタビライザーの合計負荷抵抗 (6 オーム) は、合計電力 95 W に相当します。電流は4,5Aです。

スタビライザーをテストするとき、電源として改造された安定化電源 B5-47 を使用しました。出力電圧 (最大 30 V) は、最大 4 ～ 5 A (電源なしで最大 3 A) の負荷電流で提供されます。修正）。電流制限の制限を 4,59 A に増やすには、ユニットの後壁にあるリモートコントロールコネクタの接点 23、24、26、および 50 の間にジャンパを取り付け、最大電流値を 2,99 A に設定する必要があります。フロントパネル

スタビライザーの動作テストの結果、そのパラメーターが完全に確認されました。スタビライザにはかなりの電流予備があり、各スタビライザの負荷電力は 121,5 W、合計 243 W に相当します。

35 つのアンプチャンネルの電力が P = 4 W、負荷抵抗が R = 17 オームの場合、信号電圧 U "の振幅は 4,25 V、電流 lm = 4,25 A になります。これは、スタビライザーが双極性であり、正極性と負極性のスタビライザーで構成されており、それぞれのスタビライザーは最大 XNUMX A の電流を供給する必要があります。

スタビライザーの出力電圧が 27 V で、負荷の電流が 4,25 A の場合、負荷等価物は抵抗 ReKB = 6,35 オームに相当します。このため、スタビライザーの負荷抵抗として 6 オームが選択されました。

テスト中は、大電流と高リップルレベルの実際の電源整流器も使用しました (容量 10000 μF の蓄電コンデンサと整流ダイオード DSS 60-0045V (Uobp = 45 V、lmax = 60 A、Upr = 0,35) V/10A）、ブリッジ回路を介して接続されています。

記載されているスタビライザーは、短期間の過負荷にも耐性があります。モーターの始動電流が 20 A に達するドリルの回転速度を調整するために使用しました。このため、スタビライザーには十分な電流リザーブがあり、大型のヒートシンクやより強力な UMZCH での使用が可能になります。アンプのスタビライザーの取り付けと調整について

まず第一に、オシロスコープを使用して、最大負荷時のUMZCHの出力段の電源電圧の最小値を評価する必要があります。これを行うには、公称値が AC 抵抗 (4 または 8 オーム) に等しい抵抗器と、UMZCH の最大値に対応する電力を UMZCH の出力に接続し、周波数 34 の信号を適用します。ジェネレータ 20 からアンプ入力まで 30 Hz の信号レベルを設定し、ボリュームコントロールを使用して最大アンプ出力に対応する信号レベルを設定します。

次に、電源電圧の最小絶対値 (リップル振幅を考慮) を決定し、各スタビライザーでトリミング抵抗 R6 を使用して安定化電圧をこの最小値より約 1 V 低く設定する必要があります。

アンプ (「アイドル U-001」) の各チャンネルにこのようなスタビライザーの 208 枚のボードを取り付ける前に、電源のブリッジ整流器の KD1A ダイオード (Unp = 1.5 V/10100 A) を MBR0,45 ショットキーダイオードに置き換えました。 (Unp = 1,5 V/209 A) および KD30A ダイオードを HER503 ダイオードを備えた 30 V 電圧安定器に接続。また、平滑コンデンサの容量をXNUMX倍（出力段の整流器、XNUMXV安定器とも）に大容量化しました。

ケースにスタビライザーを取り付けてアンプの電源を入れた後、出力段の直流バランスと強力なトランジスタの静止電流を確認して調整する必要があります。

スタビライザーを取り付けて UMZCH の出力段のトランジスタの動作モードを調整したところ、入力信号がない状態で最大感度であってもバックグラウンドが顕著に減少していることがわかりました。

文学

Nechaev I. 電界効果トランジスタをベースにした強力な電圧安定化モジュール。 - ラジオ、2005 年、第 2 号、30 ページ、31
Kuzminov A. 自宅でプリント基板のフォトマスクを作成するための写真複製方法。 - エレクトロニクス産業の技術、2010 No.5-7
Kuzminov A. 自宅でプリント基板上に高解像度のデバイスを製造しています。 - 電子産業の技術、2010 年。No. 8-10

著者: A.クズミノフ

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