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無線電子工学および電気工学の百科事典 輸入トランシーバー用の自作UPS。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
確かに多くのアマチュア無線家は、次のような考えを思いつきました。「なんと馬鹿げた話だろう。トランシーバのサイズと重量は着実に減少しているのに、電源は依然として重くてかさばっている。」 この記事の著者も同じことを考えていました。 これらの反省の結果、電源ユニットが開発され、現在では多くの無線遠征やラリーに参加することができ、かなり過酷な条件下でも、何日も電源を切ることなく、XNUMX種類以上の異なるモデルの輸入トランシーバーに電力を供給することができました。固定照明ネットワークとガソリン スタンドの両方からの最大出力電力で。 いくつかの観察 輸入トランシーバーの「ユーザーズマニュアル」や「メンテナンスマニュアル」に記載されているパラメーターを創造的に理解することによって、興味深い結論を導き出すことができます。これらのパラメーターは、経験豊富なアマチュア無線家でもしばしば通り過ぎます。 自分で判断してください。 トランシーバーの電圧安定化は必要ですか。パスポートデータによると、その供給電圧は公称値 15 V の ±13,8% 以内で変動する可能性があり、GOST に従って主電源電圧は ±10% 以内で変動する可能性がありますか? 電源のハード安定化（最大ミリボルト）を支持する人は、トランシーバのコネクタで電源電圧の変動を直接測定すること、つまりワイヤ上の電圧降下を考慮すること、また車からトランシーバに電力を供給することを試みることをお勧めします。バッテリー。 最初のケースでは約 0,5 V の電圧降下が見られますが、XNUMX 番目のケースではバッテリを使用するとさらに大きくなり、電圧は負と正の両方に変動する可能性があります。 このような議論の後、電源の電圧を安定させるために非常に慎重に努力する価値はあるでしょうか? トランシーバーの回路図を見ると、安定化に余分な労力を費やす必要はないという意見がさらに強くなります。 トランシーバー自体は、個々のノードに独自の効率的な内部電源システムを備えています。 一般に、すべてのデジタル超小型回路に電力を供給する +5 V 電圧レギュレータ、トランシーバ パスの前段に電力を供給する +9 V 電圧レギュレータ、そして最後に送信機の電源システムの XNUMX つのブランチに分割できます。出力段。 トランシーバーのパワーアンプのみが電源コネクタから全電圧を受け取り、その後も内部フィルターとヒューズを通過します。 この電圧は、最大許容電圧よりわずかに高い電圧用に設計され、ヒューズの後に電源回路に並列に接続された強力なツェナー ダイオードによって超過から保護されています。 出力電力の一定性は ALC システムによって維持されます。 スイッチング電源では、変換周波数のリップルは小さな静電容量を使用し、したがって出力整流器の後に小さなコンデンサを接続することで簡単に除去できます。 参照条件 上記のすべての考慮事項が、現在作者のトランシーバーに供給される設計のアイデアの基礎を形成しました。 このアイデアは珍しい、非伝統的なもので、必要な負荷容量を備えながら安定化損失のない、AC 主電源電圧を公称 (13,8 V) に近い DC 電圧に変換するコンバータを作成することでした。 明らかに、このデバイスは整流された主電源電圧の高周波変換の原理を使用する必要がありました。 設計の追加要件 - 可能であれば回路の単純さ、希少で輸入された高価な部品がないこと、最大の効率、および可能な限り低いレベルのインパルスノイズ。 以前の経験から、自家製の製造中に発生源からインパルスノイズを完全に除去することが可能である可能性が低いことは明らかでした。 したがって、変換周波数の水晶安定化を使用し、この周波数を可能な限り高くすることが決定されました。 高い変換周波数により、電源のサイズを削減しながら、干渉をより適切にフィルタリングできます。 変換周波数の「丸い」値、たとえば 50 kHz による水晶安定化により、影響を受ける領域を狭い帯域に集中させることが可能になりました。 作業用レイアウトをスチール製の穴あきケースに取り付けた後、発生源からの干渉は完全に見えなくなりました。 しかし、それらが完全に消えてしまったとは思わないでください。 実際、それらのレベルは非常に低いため、エーテルのノイズによって隠蔽されます。 結果として、次のパラメータを持つデバイスが得られます。電源電圧 - 220 ± 10% V。 無負荷時の電圧 - 15,2 V; 受信モードの電圧 - 14,7 V; 送信電圧 SSB モード (100 W、圧縮 25 dB) - 13,5 V、CW モード (100 W) - 12,5 V。 最小効率 - 85%。 電源の寸法は 100x60x80 mm、重量は約 350 g です。 動作原理 電源のブロック図（図1）を一見しただけでは、同様のデバイスの既知のブロック図と比較して、そこには新しいものは何も見つかりません。これは完全に正しい結論です。 この設計はよく知られた回路ソリューションを使用していますが、要素ベースは新しいものです。
最新のテレビやコンピュータなどの他のパルス電源と同様に、主電源電圧はフィルタを介して供給され、ダイオード ブリッジによって整流されます。 リップルは電解コンデンサによって除去されます。 このコンデンサの整流された電圧の値は約 310 V になります。この電圧は、XNUMX つの電界効果トランジスタ上のブリッジ「H」型回路によって切り替えられます。 専門家はこのノードを「インバーター」と呼んでいます。 ブリッジの対角線から、方形電圧が降圧変圧器に供給され、整流され、フィルターされて、デバイスの出力に供給されます。 新しいトランジスタの使用により、インバータの出力におけるフロントの急峻性を大幅に高めることができ、その結果、ブリッジアームを通過する瞬間に貫通電流が流れる時間を短縮することが可能になりました。切り替え。 この状況により、カスケードの効率を大幅に向上させ、変換周波数を上げることが可能になりました。 重要なステージの効率が大幅に向上したため、トランジスタのラジエーターを完全に放棄できることが判明しました。 また、コンバータの最大電力は約 250 W なので、長時間使用しても電源ケースは多少熱を持ちます。 絶縁ゲート電界効果トランジスタは、バイポーラ電界効果トランジスタとは異なり、ベース領域での少数キャリアの蓄積（飽和）の影響を受けず、スイッチング速度を遅らせることはありません。 さらに、ケース温度の上昇に応じてドレイン電流を調整できます。 それらのもう 1000 つの驚くべき特性は、スタティック モードで無限に大きな電力利得があることです。つまり、ゲート回路で電力を消費せずに、チャネル回路 (ドレイン-ソース セクション) で大幅な電力を切り替えることができます。 したがって、動的モードでは、エネルギーは主に、制御電圧の前の半サイクル中にゲート-ソースの電極間容量に蓄積された電荷を補償するために消費されます。 この静電容量の値は約 1554 pF で、ドライバの要件を決定します。容量性負荷で動作するときに、良好なエッジ急峻さとキーのゲートに印加されるパルスの一定振幅を提供する必要があります。 ここでも最新の要素ベースが役に立ちました。 KR74 (XNUMXNS) シリーズのデジタル超小型回路は、このタスクにおいて優れた役割を果たします。 スイッチング電源の回路図を図2に示します。 XNUMX.
220 V の主電源電圧は、バラスト コンデンサ C1 と始動電流パルスを減衰する抵抗 R1 を介して、ドライバ電源ユニットのブリッジ アセンブリ VD2 に供給されます。 このアセンブリのすべてのダイオードは、動的容量を中和するために小さなコンデンサ C2 ～ C4 で分路されています。 デバイスがオフになった後、抵抗 R1 はコンデンサ C1 を放電します。 ドライバーは 50 kHz の水晶発振器と強力なステージで構成されています。 必要な位相のゲートの電圧は、XNUMX つのフェライト リング上の変圧器電力追加回路を通じて供給されます。 ドライバは、主回路のバラスト コンデンサを使用した別の電源ノードから電力を供給されます。 ブリッジからの整流された脈動電圧は、ツェナー ダイオード VD2 に直接供給されます。 通常、ツェナーダイオード回路のこのような回路では、制限抵抗が直列に配置されますが、この場合、コンデンサC1自体がその役割を果たします。 整流器から得られる最大電流は、このコンデンサの容量によって決まります。 抵抗を追加しなくても、回路は効率と負荷容量が増加するなど、多くの有益な特性も獲得します。 フィルタ コンデンサ C2 と電圧レギュレータ DA7 がまだはんだ付けされていないときのツェナー ダイオード VD1 の電圧波形を見ると、フィルタ付きの単純な全波整流器の出力電圧形状と比較して、電圧形状は次のようになります。普通でない。 通常の「こぶ」の代わりに、主電源電圧の正弦波がゼロを通過する瞬間に発生する細い負のパルスによって、ほぼ一定の均一な電圧が見られます。 パルスの振幅は、ツェナー ダイオードの安定化電圧 +10 V に等しくなります。コンデンサ C7 は、全波整流された正弦波電圧よりもこれらのパルスをフィルタリングするのがはるかに簡単です。 スタビライザ DA1 とコンデンサ C11 を取り付けた後、最初のテストを行うことができます。 主電源電圧のオンとオフを短い間隔で数回切り替えます。 何も爆発していない場合は、ネットワークの電源を入れたままにして、+5 V スタビライザー出力の電圧を確認してから、ドライバーの電源ノードの負荷容量を確認する必要があります。 このノードは短絡の心配がまったくないため、ミリ電流計として接続されたテスターをスタビライザーの出力にコンデンサC11の端子と並列に接続するだけで、その負荷容量を大まかに見積もることができます。 この場合、デバイスの矢印は少なくとも 25 mA の電流を示す必要があります。 警告！ 回路の要素は照明ネットワークの電位下にあり、実験（調整、予備テスト）は、変圧比1：1、電力約100 Wの絶縁ネットワーク変圧器を介して実行する必要があります。 +5 Vの安定した電圧がドライバーマイクロ回路DD1、DD2に供給されます。 そのうちの 1 つ目 (DDXNUMX) は、ATMEL によって開発された AVR ファミリのマイクロコントローラです。 動作するには、このチップをまずプログラムする必要があります。 マシンのファームウェア コードのダンプを表に示します。
電源の最初のバージョンは、マイクロコントローラーをまったく使用せずに組み立てられたと言わなければなりません。別個の 100 kHz 水晶発振器、XNUMX による分周器、および RC チェーン上の起動遅延ユニットです。 デバイスは完全に機能しました。 しかし、打ち上げ中に厄介な過渡現象が発生しました。 マイクロプロセッサではそのような現象は起こりません。 DD1 コントローラは 6 つの比較的単純なタスクを実行します。電源投入後の保証された 7 秒のソフトウェア遅延、ピン 5 と 1 での逆位相方形パルスの生成、およびピン 10 でのストローブ パルスの生成です。マイクロコンピュータのクロック間隔は次のとおりです。周波数 1 MHz の ZQ6 水晶発振子によって設定されます。 マイコンをボードに実装するには、コネクタを設けることが望ましい。 プログラムされた DD7 チップの機能は、オシロスコープでチェックする必要があります。 ピン 50 と 5 には周波数 5 kHz の逆位相方形波があり、ピン 1 には短い負のパルスが必要です。 信号の振幅は超小型回路の電源電圧+6 Vに等しく、フロントは障害やサージがなく急峻である必要があります。 DD2 チップの消費電流は約 1 mA です。 コントローラーの出力から、パルスが DDXNUMX チップの入力に供給されます。 これらは、共通のクロック入力とリセット入力を持つ XNUMX つの D フリップフロップです。 DDXNUMX チップの使用により、電源はその優れた特性を発揮します。 KR1554 シリーズ (その輸入アナログ 74NS) は長い間開発されてきましたが、私の意見では、アマチュア無線家には不当にも無視されています。 以下は参考書からの特性の一部です: 電源電圧 - +1 ... 7 V、静的モードでの消費電流 - 80 μA 以下、別の出力での出力電流 - 最大 86 mA、最大クロック周波数 - 145 MHz。 最後の 1 つのパラメータは、VT4 ～ VT22 スイッチの最高のスイッチング速度を提供し、これらのトランジスタのブリッジ アームを流れる貫通電流の時間を最小限に抑え、その結果、高効率と無線干渉の欠如を実現します。 チェーン C4、R7、VD2 は、主電源がオンになったときにトリガー DD16 を自動リセットするために使用されます。 コンデンサ C17、C1 - ブロッキング。 これらは、DD2、DD3 マイクロ回路の電源ピンの近くに取り付ける必要があります。 基板に超小型回路を取り付けたら、次の電気測定を行う必要があります。 トランス T4 と T6,5 が接続されていない場合のプロセッサとトリガーの合計消費電流は約 2 mA である必要があり、DDXNUMX 出力の信号形状はパルスの先頭と減衰でのサージや妨害がなく、矩形である必要があります。 ドライバー T3 と T4 の 0,1 つの出力トランスは設計が同一で、外径約 1000 mm の NM2000、...NM10 ブランドのフェライト リングに PEV-4 ワイヤが巻かれています。 巻線は、ラッカー絶縁が施された 1 本の銅導体の「ピグテール」で作られています。 このうち 4 本の導体が一次巻線を形成し、最初から最後まで直列に接続されています。 残りの 6 つはセカンダリであり、図に示すように接続されています。 したがって、各変圧器は XNUMX:XNUMX の変圧比で降圧されることがわかります。 ワイヤーを巻き付ける前に、生地は撚られます（XNUMX センチメートルあたり XNUMX ～ XNUMX 回撚られます）。 リングの外側と内側の両方の鋭いエッジはすべて丸くする必要があります。 磁束を分けたXNUMXつのリングトランス回路を採用することで、必要な駆動電力を得ることが可能になりました。 一見すると、DD2 チップのすべての出力を同相で励起し、それらを並列にすれば十分であるように思えますが、これはあまり役に立ちません。 ノードの負荷容量は、DD2 チップの出力の内部抵抗に依存します。 出力が並列接続されている場合、等価内部抵抗は指数関数的に減少しますが、降圧トランスを使用すると指数関数的に減少します。 この回路技術により、パルスの立ち上がりと減衰の初期急峻性を維持しながら、ドライバーに必要な負荷容量を得ることが可能になりました。 ドライバーの電力は主に、ゲート-ソース トランジスタ VT1 ～ VT4 の電極間容量の再充電に費やされることを思い出してください。 必要に応じて、この電力追加方法を出力段に適用できます。 トランス T3、T4 の正しい巻数を決定するにはどうすればよいですか? 基準は、変圧器の一次巻線をDD2マイクロ回路の出力に接続するときのドライバーの消費電流の増加の程度です。 二次巻線には負荷がかかりません。 実験は 30 ～ 40 という比較的大きな巻数で開始し、ドライバー電流を制御することで徐々に巻数を減らしてください。 最初は電流はわずかに増加しますが、ある時点から、ターンが削除されるたびに電流が急激に増加します。 ドライバの無負荷電流が増加する寸前になるように、巻数を残す必要があります。 この場合、変圧器には最大負荷容量と効率が存在します。 便宜上、実験は 1 本のワイヤで実行できます。 この手法は、あらゆる変圧器 (主電源と高周波の両方) の巻数を明らかにするためにも適用できます。 説明した電源の場合、負荷なしのアイドル状態での変圧器 T2 および T3 を備えたマイクロ回路 DD4、DD8 の合計消費電流は約 100 mA になるはずです。 ドライバの負荷容量は、変圧器 T3、T4 の二次巻線に一時的に接続された約 5 オームの抵抗を使用してチェックされます。 オシロスコープはパルスの振幅と形状を制御します。 前の測定と同様に、角型歪みはなく、パルス振幅は約 1 V であるはずです。トランスの 4 次巻線をトランジスタ VT12 ～ VTXNUMX のゲート回路に接続すると、ドライバーの消費電流は約 XNUMX V に増加します。 mA。 出力段はブリッジ回路に従って組み立てられます。 より一般的なハーフブリッジと比較したこの回路の利点は明らかです。出力電力が 2 倍になり、トランジスタ自体と出力電源トランス T707 の両方の効率が最高になります。 パワー段に使用される絶縁ゲートを備えた電界効果トランジスタ KP3A は、ゲート電圧に対するドレイン電流の依存性の「正しい」特性を備えています。 これは、ソースとゲート間の電圧が正の場合にのみ、チャネル、つまりドレイン-ソースセクションを流れる電流が流れることを意味します。 その場合でも、ゲート電圧が 6 V 未満の場合でも、トランジスタは閉じたままになります。 したがって、ビルドアップパルスの振幅をゼロレベルよりも「上げる」ことをお勧めします。 そうしないと、これらのパルスの負の半サイクルが無駄になります。トランジスタは閉じたままです。 このタスクは、ゲート回路 VT9 ～ VT31 の RC チェーン R34 ～ R10、C13 ～ C1 およびダイオード VD4 ～ VDXNUMX によって処理されます。 この技術により、蓄積電圧の振幅を半分に減らすことができました。 ちなみに、ゲート電圧の「デッドゾーン」は、一方のブリッジアームがオフになり、もう一方のブリッジアームがオンになる瞬間の間に自動的に保護期間を設け、その時点で一対のトランジスタを流れる貫通電流の量を減らします。彼らは切り替わります。 出力トランジスタは、ダイオード VD3 ～ VD6 のブリッジ回路に従って組み立てられた主電源電圧整流器によって電力を供給されます。 コンデンサ C18 ～ C21 は、ネットワークから侵入する変調干渉の発生を防ぎます。 コンデンサ C23 は、整流された電圧のリップルを平滑化します。 必要に応じて、その容量をわずかに増やすことができます。 抵抗 R5 は、電源がオフになったときにこのコンデンサを放電します。これは主に、高電圧電解コンデンサの残留電荷に陥りたい人の安全を確保することを目的としています。 抵抗器 R3 (負の温度係数サーミスタ) は、主電源がオンになった瞬間にコンデンサ C23 の充電電流パルスを減衰します。 ユニットがネットワークに接続されている時点では、R3 は周囲温度になり、その抵抗は公称値 - 10 オームに等しくなります。 負荷の電力が増加すると、この要素で消費される電力も増加し、発熱し始めます。 その結果、抵抗力が低下します。 まるで自分自身を短絡しているようだ。 サーミスタを使用すると、電源の出力電圧をある程度安定させる効果も得られます。 これは、公称値が 10 オームで、電力が約 5 W の従来の抵抗器で置き換えることができます。 電源の入力には、1 段フィルタ L1、T6、C8、C10 ～ C1 があります。 プレフィルター L20 は、透磁率 1000 ～ 2000 の直径約 120 mm のフェライト リング上に作られており、半径に沿って互いに XNUMX 度の角度で配置され、XNUMX 回巻かれた XNUMX つの巻線が含まれています。 巻線は、磁気回路の全周が XNUMX つの層で均一に満たされるまで、PVC で絶縁された主電源線で行われます。 フィルタトランス T1 には、L1 と同様のフェライトリングが使用されています。 両方の巻線にはそれぞれ 30 ターンが含まれており、絶縁されたネットワーク ワイヤで作られ、磁気回路の正反対の側に配置されています。 主電源整流器の出力から出力段に供給される電圧の公称値は +310 V であり、出力トランス T2 を接続せずに、ドライバーから供給される制御電圧でブリッジの両アームを流れる電流が超えてはなりません。 12 mA、つまりアームごとに 6 mA。 抵抗器Ｒ１０、Ｒ１１は、一対のトランジスタＶＴ１、ＶＴ２およびＶＴ３、ＶＴ４を通る貫通電流のパルスを減衰させる。 これらは、これらのパルスの振幅と形状のオシログラフィー観察にも使用できます。 まず、出力段の設置が完了し、電源をオンにした後、別の電源から供給される 10 ～ 11 V の低い電源電圧を推奨します。 トランジスタ VT1 ～ VT2 の動作モードはラジエーターをまったく必要としないものです。トランジスタは基板上に垂直に 3 列に配置され、サイズ 4x10 mm の 15 ボルト ファンによってわずかに送風されます。コンピューター。 ファンの電力は電源の出力から取得され、DA1 チップ上のスタビライザーを介してモーターに供給されます。 この場合、デバイスは十分に冷却され、ファンの音は聞こえません。 出力トランス T3 は、直径 2000 mm のブランド M1NM30 のポット型フェライト磁気コアに巻かれています。 磁気回路にコアの隙間がないことを確認する必要があります。 一次巻線には 60 ターンの PELSHO ワイヤが含まれており、巻線は一括して作成され、ターンはフレーム全体に均等に分散されています。 分割フレームの使用は絶対に受け入れられません。一次巻線と二次巻線は上下に 0,1 層で巻かれます。 そうしないと、変圧器の広帯域が妨げられ、振動プロセスが発生し、ユニットの全体的な効率が急激に低下します。 二次巻線は、絶縁された銅箔のストリップによって一次巻線からシールドされています。 スクリーンは 4 回転半のオープン ターンを形成します。 二次巻線には、直径約6mmの導体を偶数本の束にして撚り合わせて使用します。 そんな自家製リッツ線を直径XNUMX～XNUMXmmの熱収縮チューブに充填します。 この管は一次巻線の上に XNUMX 回巻かれます。 次に、導体は番号によって XNUMX つの等しいグループに分割されます。 最初のグループの始まりは XNUMX 番目のグループの終わりに接続されます。 これにより、途中から結論が出る６ターンの巻線が形成される。 変圧器 T1 の製造とその設置後、伝統的なテストとして、アイドル モードでの出力トランジスタの電流の測定が行われます。 これは、+25 V の全電源電圧で約 310 mA になります。二次巻線は、ダイオード VD8、VD9 の全波ハーフブリッジ整流器に負荷がかかります。 ダイオードは共通のラジエーター、つまり 30x40 mm のアルミニウム プレート上に配置されています。 ラジエーター、トランス T1、出力トランジスタはファンによって吹き飛ばされます。 整流された電圧はフィルタ T2、C5 ～ C25O を介して出力コネクタ XS3 に供給されます。 T5 トランスの設計は T1 と似ていますが、より太いワイヤで作られています。 電源には、電圧 73 V で容量 17 マイクロファラッドのコンデンサ K0,68-400 (C1) と、電圧 100 V で容量 400 マイクロファラッドの輸入ルビコン社製コンデンサ (C23) が使用されました。 信頼性を高めるために、少なくとも 1 W の電力で 5 kOhm の抵抗を持つ抵抗器 R100 および R1 を取り付け、ダイオード KD2998 (VD8、VD9) を 2D252A または 2D252B または輸入品 30CPQ060 に置き換えることをお勧めします。 構造的には、電源は「誕生」し、今日までよくできたレイアウトの形で存在しています。 その外観を図に示します。 3.
部品は、両面フォイルグラスファイバー製のボード上に、穴なしでカットパッチ上に表面実装によって取り付けられます。 接続は PTFE 絶縁体のワイヤで行われます。 ボードの反対側のメタポジションは保持されます。 著者：S.Makarkin（RX3AKT）、モスクワ
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