電源調整図。簡易安定化電源

12.08.2023

フォーラムユーザーとサイトゲストの皆さん、こんにちは。 無線回路！きちんとした、しかし高価すぎず、クールな電源を組み合わせて、すべてが揃っていて費用がかからないようにしたいと考えています。最終的に、私の意見では、数十個の抵抗とコンデンサを除いて、わずか 5 個のトランジスタで構成される、電流と電圧を調整する最良の回路を選択しました。それにもかかわらず、確実に動作し、再現性が高くなります。このスキームはすでにサイト上でレビューされていますが、同僚の協力を得て、なんとか改善することができました。

この回路を元の形で組み立てたところ、不快な問題が 1 つ発生しました。電流を調整するとき、0.1 A に設定できません。R6 0.22 オームでは少なくとも 1.5 A に設定します。 R6 の抵抗を 1.2 オームに増やすと、短絡時の電流は少なくとも 0.5 A であることが判明しました。しかし、今度は R6 が急速かつ強力に加熱し始めました。その後、小さな変更を加えて、より広い電流レギュレーションを取得しました。最大約16mA。抵抗R8の端をベースT4に移せば120mAから作ることもできます。要するに、抵抗の電圧が低下する前に、B-E 接合の降下が追加され、この追加電圧によって T5 をより早く開くことができ、その結果、電流をより早く制限できるということです。

この提案に基づいてテストを実施し、無事に実験室用の簡易電源を入手することができました。 3 つの出力を備えた研究室用電源の写真を投稿します。

1出力0-22v
2出力0-22v
3出力+/-16V

また、出力電圧調整基板に加えて、ヒューズブロック付きのパワーフィルター基板を追加しました。最終的に何が起こったのか - 以下を参照してください。

整流器は、交流電圧を直流電圧に変換する装置です。これは、ヘアドライヤーから DC 出力電圧を備えたあらゆる種類の電源に至るまで、電気製品で最も一般的な部品の 1 つです。さまざまな整流回路があり、それぞれがある程度の役割を果たします。この記事では、単相整流器の作り方とそれが必要な理由について説明します。

意味

整流器は、交流を直流に変換するように設計されたデバイスです。「一定」という言葉は完全に正しいわけではありません。事実は、正弦波交流電圧回路の整流器の出力には、いずれの場合も不安定な脈動電圧が存在するということです。簡単に言うと、符号は一定ですが、大きさは変化します。

整流器には 2 つのタイプがあります。

半波。入力電圧の 1 つの半波のみを整流します。強いリップルと入力に対して低い電圧が特徴です。

フルウェーブ。したがって、２つの半波が整流される。整流器入力よりもリップルが低く、電圧が高くなります。これらが 2 つの主な特性です。

安定化電圧と非安定化電圧とは何を意味しますか?

安定化とは、負荷や入力電圧のサージに関係なく値が変化しない電圧です。変圧器電源の場合、出力電圧は入力電圧に依存し、入力電圧とは K 変換倍だけ異なるため、これは特に重要です。

不安定な電圧 - 供給ネットワークのサージや負荷特性に応じて変化します。このような電源では、ドローダウンにより、接続されたデバイスが誤動作したり、完全に動作不能になって故障したりする可能性があります。

出力電圧

交流電圧の主な量は振幅と実効値です。「220V ネットワーク内」という場合は、実効電圧を意味します。

振幅値について話す場合、ゼロから正弦波の半波の最高点までのボルト数を意味します。

理論と多くの公式を省略すると、振幅の 1.41 倍であると言えます。または：

220V ネットワークの振幅電圧は次のようになります。

最初のスキームの方が一般的です。それは「正方形」で互いに接続されたダイオードブリッジで構成されており、負荷はその肩に接続されています。ブリッジ型整流器は以下の図に従って組み立てられます。

同様に 220V ネットワークに直接接続することも、ネットワーク (50 Hz) 変圧器の二次巻線に接続することもできます。この方式によるダイオードブリッジは、個別の（個別の）ダイオードから組み立てることも、単一のハウジング内の既製のダイオードブリッジアセンブリを使用することもできます。

2 番目の回路 - 中間整流器はネットワークに直接接続できません。真ん中からタップのあるトランスを使うという意味です。

その核心は、二次巻線の端に接続された 2 つの半波整流器であり、負荷は 1 つの接点でダイオード接続点に接続され、もう 1 つの接点は巻線の中央のタップに接続されます。

最初の回路に比べて、半導体ダイオードの数が少ないという利点があります。欠点は、中間点、または中間タップとも呼ばれる変圧器を使用することです。タップのない二次巻線を備えた従来の変圧器よりも一般的ではありません。

リップルスムージング

脈動電圧を伴う電源は、光源やオーディオ機器など、多くの消費者にとって受け入れられません。さらに、許容される光パルスは州および業界の規制によって規制されています。

リップルを平滑化するために、並列に設置されたコンデンサ、LC フィルター、さまざまな P および G フィルターが使用されます。

しかし、最も一般的で簡単なオプションは、負荷と並列にコンデンサを取り付けることです。欠点は、非常に強力な負荷のリップルを低減するには、数万マイクロファラッドの非常に大きなコンデンサを取り付ける必要があることです。

その動作原理は、コンデンサが充電され、その電圧が振幅に達し、最大振幅点の後の電源電圧が減少し始め、この瞬間から負荷がコンデンサによって電力を供給されることです。コンデンサは、負荷の抵抗 (抵抗がない場合はその等価抵抗) に応じて放電します。コンデンサの静電容量が大きいほど、同じ負荷に接続されたより低い静電容量のコンデンサと比較した場合、リップルは小さくなります。

簡単に言えば、コンデンサの放電が遅いほど、リップルは少なくなります。

コンデンサの放電速度は、負荷によって消費される電流によって異なります。これは、時定数の公式を使用して決定できます。

ここで、R は負荷抵抗、C は平滑コンデンサの容量です。

したがって、完全充電状態から完全放電状態まで、コンデンサは 3 ～ 5 t で放電されます。抵抗器を介して充電が行われる場合でも同じ速度で充電されるため、この場合は問題ありません。

したがって、許容可能なレベルのリップル (電源の負荷要件によって決まります) を達成するには、t の数倍の時間で放電される静電容量が必要であるということになります。ほとんどの負荷の抵抗は比較的小さいため、整流器の出力のリップルを平滑化するために大きな静電容量が必要であり、極性または極性とも呼ばれます。

電解コンデンサの極性を間違えると、故障や爆発の原因となる可能性があるため、あまりお勧めできません。最近のコンデンサは爆発から保護されています。トップカバーには十字の刻印があり、それに沿ってケースがひび割れます。ただし、コンデンサーから煙が出てきますので、目に入ると大変です。

静電容量は確保したいリップル率に基づいて計算されます。リップル係数とは、簡単に言うと、電圧が何パーセントで低下（脈動）するかを示します。

C=3200*In/Un*Kp、

ここで、In は負荷電流、Un は負荷電圧、Kn はリップル率です。

ほとんどのタイプの機器では、リップル係数は 0.01 ～ 0.001 とみなされます。さらに、高周波干渉を除去するために、できるだけ大きな容量を取り付けることをお勧めします。

自分の手で電源を作るにはどうすればよいですか？

最も単純な DC 電源は、次の 3 つの要素で構成されます。

1.変圧器;

3. コンデンサ。

平滑コンデンサを内蔵した非安定化直流電源です。出力の電圧は、二次巻線の交流電圧よりも高くなります。これは、220/12 変圧器 (一次側が 220V、二次側が 12V) を使用している場合、出力では 15 ～ 17V の定電圧が得られることを意味します。この値は平滑コンデンサの容量によって決まります。電源電圧が変化したときに電圧が「フローティング」できることが問題にならない場合、この回路は任意の負荷に電力を供給するために使用できます。

コンデンサには、静電容量と電圧という 2 つの主な特性があります。静電容量を選択する方法はわかりましたが、電圧を選択する方法はわかりませんでした。コンデンサの電圧は、整流器出力の振幅電圧の少なくとも半分を超える必要があります。コンデンサのプレート上の実際の電圧が公称電圧を超える場合、故障の可能性が高くなります。

旧ソ連のコンデンサは十分な電圧予備を備えて作られていましたが、現在では誰もが中国製の安価な電解液を使用しており、良くても予備が少なく、最悪の場合は指定された定格電圧に耐えられなくなります。したがって、信頼性を軽視しないでください。

安定化電源は、電圧 (または電流) 安定化装置の存在によってのみ以前のものと異なります。最も簡単なオプションは、L78xx またはその他 (国内 KREN など) を使用することです。

この方法で任意の電圧を得ることができます。このようなスタビライザーを使用する場合の唯一の条件は、スタビライザーへの電圧が安定化された (出力) 値を少なくとも 1.5V 超えなければならないことです。 12V スタビライザー L7812 のデータシートに何が書かれているか見てみましょう。

入力電圧は、5 ～ 12V のスタビライザーの場合は 35V、20 ～ 24V のスタビライザーの場合は 40V を超えてはなりません。

入力電圧は出力電圧を 2 ～ 2.5V 超える必要があります。

それらの。 L7812 シリーズのスタビライザーを使用した安定化 12V 電源の場合、整流電圧が 14.5 ～ 35V の範囲にある必要があります。サグを避けるためには、12V 二次側の変圧器を使用するのが理想的なソリューションになります。巻き取り。

ただし、出力電流は非常に控えめで、わずか 1.5A であり、パストランジスタを使用して増幅できます。持っている場合は、次のスキームを使用できます。

線形安定器の接続のみを示しており、変圧器と整流器を備えた回路の「左側」部分は省略されています。

KT803/KT805/KT808 のような NPN トランジスタがある場合、これは次のことを行います。

2番目の回路では、出力電圧が安定化電圧より0.6V低くなることは注目に値します。これはエミッタとベースの遷移での降下であり、これについてはさらに詳しく書きました。この低下を補償するために、ダイオード D1 が回路に導入されました。

2 つのリニアスタビライザーを並列に取り付けることも可能ですが、これは必須ではありません。製造時の誤差により負荷が不均一に分散され、どちらかが焼損する可能性があります。

トランジスタとリニアスタビライザーの両方をラジエーターに、できれば別のラジエーターに取り付けます。とても暑くなります。

安定化電源

最も単純な調整可能な電源は、調整可能な線形安定器 LM317 を使用して作成できます。その電流も最大 1.5 A であり、上記のようにパストランジスタを使用して回路を増幅できます。

以下は、調整可能な電源を組み立てるためのより視覚的な図です。

一次巻線にサイリスタレギュレータを使用すると、本質的には同じ安定化電源となります。

ちなみに、同様のスキームが溶接電流の調整に使用されます。

結論

整流器は、交流から直流を生成するために電源で使用されます。これが参加しないと、LED ストリップやラジオなどの DC 負荷に電力を供給することはできません。

車のバッテリー用のさまざまな充電器にも使用されており、一次巻線からのタップのグループを備えた変圧器を使用する回路が多くあり、それらはフリップスイッチによって切り替えられ、二次巻線にはダイオードブリッジのみが取り付けられています。スイッチは高電圧側に取り付けられます。これは、電流が数倍低く、接点が焼損することがないためです。

記事の図を使用すると、何らかのデバイスでの常時動作と自作の電子製品のテストの両方に使用する簡単な電源を組み立てることができます。

この回路は高効率を特徴としていませんが、リップルがほとんどなく安定した電圧を生成します。特定の負荷に対してコンデンサの静電容量を確認し、計算する必要があります。これらは低電力オーディオアンプに最適であり、追加のバックグラウンドノイズを生成しません。調整可能な電源は、自動車愛好家や自動車電気技師が発電機の電圧レギュレーターリレーをテストするのに役立ちます。

安定化電源はエレクトロニクスのあらゆる分野で使用されており、短絡保護や 2 つのトランジスタの電流安定化によって改良すれば、ほぼ本格的な実験用電源が得られます。

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今日は強力な実験用電源を組み立てます。現在、YouTube で最も強力なツールの 1 つです。

すべては水素発生装置の建設から始まりました。プレートに電力を供給するには、著者は強力な電源を必要としました。 DPS5020 のような既製のユニットを購入するのは私たちの場合ではなく、予算がそれを許可しませんでした。しばらくして、その計画が見つかりました。その後、この電源は非常に多用途であることが判明し、電気めっき、電気分解、および単にさまざまな回路への電力供給など、あらゆる場所で使用できることが判明しました。早速パラメータを見ていきましょう。入力電圧は190～240ボルト、出力電圧は0～35Vで調整可能です。出力定格電流は25A、ピーク電流は30A以上です。また、このユニットにはクーラーと電流制限による自動アクティブ冷却機能があり、短絡保護機能も備えています。

さて、デバイス自体についてです。写真ではパワー要素が見えます。

見ているだけでも息をのむほどですが、図ではなく、私が何かを決定するときに何から始めなければならなかったのかというところから話を始めたいと思います。ですので、まずデザインはボディによって制限されてしまいます。これは、PCB の構築とコンポーネントの配置において非常に大きな障害でした。最大のケースを購入しましたが、その寸法はこのような量の電子機器にとってはまだ小さいです。 2番目の障害はラジエーターのサイズです。ケースに正確に適合することがわかって良かったです。

ご覧のとおり、ここには 2 つのラジエーターがありますが、構築の入力時にそれらを 1 つに結合します。ラジエーターに加えて、電源トランス、シャント、高電圧コンデンサーをケース内に取り付ける必要があります。彼らはどうやってもボードにフィットしなかったので、外に出す必要がありました。シャントはサイズが小さく、底部に配置できます。電源トランスは次のサイズでのみ入手可能でした。

残りは売り切れでした。総出力は 3 kW です。もちろん、これは必要以上のものです。次に、図とシールの確認に進みます。まず最初に、デバイスのブロック図を見てみましょう。これにより、ナビゲートが簡単になります。

電源、DC-DCコンバータ、ソフトスタートシステム、各種周辺機器で構成されています。すべてのユニットは互いに独立しています。たとえば、電源の代わりに既製のものを注文できます。ただし、すべてを自分で行うというオプションも検討します。何を購入するか、何をするかはあなた次第です。 1つの要素が故障すると、残りの回路が墓場に引きずり込まれ、かなりの費用がかかるため、パワーブロック間にヒューズを取り付ける必要があることに注意してください。

25 A と 30 A のヒューズは、これが定格電流であり、さらに数アンペア以上耐えることができるため、適切です。
それでは、各ブロックについて順番に説明していきます。電源は誰もが好むir2153をベースに構築されています。

また、超小型回路に電力を供給するための、より強力な電圧安定化装置も回路に追加されています。変圧器の二次巻線から電力が供給されます。巻線中に巻線のパラメータを考慮します。それ以外はすべて標準的な電源回路です。
回路の次の要素はソフトスタートです。

ダイオードブリッジが焼損しないように、コンデンサの充電電流を制限するために取り付ける必要があります。
このブロックの最も重要な部分は DC-DC コンバータです。

その構造は非常に複雑なので、ここでは詳しく説明しません。回路について詳しく知りたい場合は、自分で調べてください。

いよいよプリント基板に移ります。まずは電源基板を見てみましょう。

コンデンサもトランスも入らなかったので、基板に接続用の穴が開いています。フィルタコンデンサの寸法はさまざまな直径のものがあるため、自分で選択してください。

次に変換基板を見てみましょう。ここでも、要素の配置をわずかに調整できます。 2 番目の出力コンデンサが合わなかったため、作者は上方に移動する必要がありました。別のジャンパを追加することもできますが、これはあなたの判断です。
さて、基板のエッチングに移りましょう。

ここには複雑なことは何もないと思います。
あとは回路をはんだ付けするだけで、テストを実行できます。まずは電源基板を高圧部分のみ半田付けし、配線ミスがないか確認します。いつものように、最初のスイッチは白熱灯を通して行われます。

ご覧のとおり、電球を接続すると点灯しました。これは、回路にエラーがないことを意味します。出力回路の要素を取り付けることはできますが、ご存知のとおり、そこにはチョークが必要です。自分で作る必要があります。コアとして、コンピューターの電源からのこの黄色いリングを使用します。

そこから標準の巻線を取り外して、0.8 mmのワイヤを2つのコアに折りたたんで、巻数が18〜20である独自の巻線を巻く必要があります。

同時に、DC-DCコンバーターのチョークを巻くことができます。巻く材料は鉄粉で作られたリングです。

これがない場合は、最初のスロットルと同じ材料を使用できます。重要なタスクの 1 つは、両方のチョークが並行して動作するため、両方のチョークのパラメーターを同じに維持することです。ワイヤーは同じです - 0.8 mm、巻き数は19です。
巻いた後、パラメータを確認します。

基本的には同じです。次に、DC-DCコンバータ基板をはんだ付けします。宗派が署名されているため、これには問題はありません。ここではすべてが古典に従っており、最初に受動部品、次に能動部品、そして最後にマイクロ回路です。
ラジエーターとハウジングの準備を始めましょう。次のように 2 つのプレートを使用してラジエーターを接続します。

一言で言えば、これですべてがうまくいきました。本題に取り掛かる必要があります。パワーエレメント用の穴を開け、ネジを切ります。

ボディ自体も少し修正し、余分な突起や仕切りを壊していきます。

すべての準備ができたら、ラジエーターの表面に部品を取り付けますが、アクティブエレメントのフランジが端子の1つと接触しているため、基板とワッシャーを使用してボディからそれらを絶縁する必要があります。

M3 ネジで取り付けます。熱伝導を良くするために、非乾燥性サーマルペーストを使用します。
すべての発熱部品をラジエーターに配置したら、以前に取り外した要素をコンバータ基板にはんだ付けし、抵抗器とLEDの配線もはんだ付けします。

これでボードをテストできるようになりました。これを行うには、実験室の電源から 25 ～ 30 V の範囲の電圧を印加します。簡単なテストをしてみましょう。

ご覧のとおり、ランプが接続されると、電流制限だけでなく電圧も調整されます。素晴らしい！そしてこのボードも枠なしです。

クーラーの作動温度も調整できます。調整抵抗を使用して校正を行います。
サーミスター自体はラジエーターに固定する必要があります。残っているのは、この巨大なコアに電源用のトランスを巻くことだけです。

巻く前に、巻線を計算する必要があります。特別なプログラムを使用します（「ソース」リンクをたどると、著者のビデオの下の説明にそのプログラムへのリンクが表示されます）。プログラムでは、コアサイズと変換周波数 (この場合は 40 kHz) を指定します。二次巻線の数とその電力も示します。電力巻線は1200 W、残りは10 Wです。また、どのワイヤで巻線を巻くのかを指定する必要があります。「計算」ボタンをクリックします。ここでは複雑なことは何もありません。すぐに理解できると思います。

巻線のパラメータを計算し、生産を開始しました。プライマリーは1層、セカンダリーは途中から分岐して2層になっています。

すべてをサーマルテープで絶縁します。これは基本的に標準的なインパルス巻線です。
ケースに取り付ける準備はすべて完了しました。残っているのは、次のように周辺要素を前面に配置することだけです。

これはジグソーとドリルを使って非常に簡単に行うことができます。

さて、最も難しいのは、すべてをケースに入れることです。まず、2つのラジエーターを1つに接続して固定します。
2ミリの芯線と断面2.5スクエアの電線で電力線を接続していきます。

また、ラジエーターが裏蓋全体を占めており、そこに配線を引き回すことができないという問題もありました。したがって、横に表示します。

この電源の開発には 1 日かかり、実装されたその日のうちに、プロセス全体がビデオカメラで撮影されました。この計画について一言。出力電圧調整と電流制限を備えた安定化電源です。回路図の機能により、最小出力電圧を 0.6 ボルトに、最小出力電流を約 10 mA に下げることができます。

シンプルな設計にもかかわらず、5〜6,000ルーブルの優れた実験室用電源でさえ、この電源には劣ります。回路の最大出力電流は 14 アンペア、最大出力電圧は最大 40 ボルトですが、もはやその価値はありません。

非常にスムーズな電流制限と電圧レギュレーション。このブロックには短絡に対する固定保護機能もあります。ちなみに、電流保護も設定できます (ほとんどすべての工業用デザインにはこの機能がありません)。たとえば、最大 1 アンペアの電流で動作する保護が必要な場合は、トリガ電流設定レギュレータを使用してこの電流を設定するだけです。最大電流は14Aですが、これが制限ではありません。

電流センサーとして、いくつかの 5 ワット 0.39 オームの抵抗を並列接続して使用しましたが、たとえば、最大電流が 1 アンペア以下の電源を計画している場合など、必要な保護電流に基づいてその値を変更できます。の場合、この抵抗の値は電力 3W で約 1 オームになります。

短絡の場合、電流センサーの電圧降下はトランジスタ BD140 をトリガーするのに十分です。トランジスタ BD140 が開くと、その開いた接合部を介して下側のトランジスタ BD139 もトリガーされ、リレー巻線に電力が供給されます。その結果、リレーがトリガーされ、動作接点が開きます（回路の出力で）。回路は任意の時間にわたってこの状態を維持できます。保護と同時に保護インジケーターも機能します。ブロックを保護から解除するには、図に従ってS2ボタンを押して下げる必要があります。

許容電流が 16 ～ 20 アンペア以上の 24 ボルトコイルを備えた保護リレー。

私の場合、電源スイッチはヒートシンクに取り付けられたお気に入りの KT8101 です (キーコレクタが共通であるため、トランジスタをさらに絶縁する必要はありません)。トランジスタを完全に輸入されたアナログの 2SC5200 または GM インデックス (鉄) の KT819 に置き換えることができます。必要に応じて、KT803、KT808、KT805 (鉄の場合) を使用することもできますが、最大出力電流はなくなります。 8〜10アンペアより。 5 アンペア以下の電流のユニットが必要な場合は、パワートランジスタの 1 つを削除できます。

BD139 のような低電力トランジスタは、完全なアナログ - KT815G (KT817、805 も使用可能)、BD140 - KT816G (KT814 も使用可能) に置き換えることができます。
ヒートシンクに低電力トランジスタを取り付ける必要はありません。

実際には、制御 (調整) と保護回路 (動作ユニット) のみが示されています。電源として、改造されたコンピューター電源 (直列接続) を使用しましたが、電力 300 ～ 400 ワット、二次巻線 30 ～ 40 ボルト、巻線電流 10 ～ 15 アンペアの任意のネットワークトランスを使用できます。これは理想的ですが、変圧器を使用して電力を減らすこともできます。

ダイオードブリッジ - 電流が少なくとも 15 アンペアであれば、電圧は重要ではありません。既製の橋を使用することもできます。費用は100ルーブル以下です。

2 か月で 10 個以上のそのような電源が組み立てられ、販売されましたが、苦情はありませんでした。私はまさにそのような電源を自分用に組み立てました。そして、それを苦しめなければすぐに、それは壊れることがなく、強力で、あらゆる作業に非常に便利でした。

このような電源ユニットのオーナーになりたい方がいらっしゃいましたら、オーダーメイドで製作させていただきますので、下記までご連絡ください。このメールアドレスはスパムボットから保護されています。閲覧するにはJavaScriptを有効にする必要があります。、ビデオ組み立てチュートリアルで残りを説明します。

研究室用電源を作成するための段階的な手順 - 図、必要な部品、取り付けのヒント、ビデオ。

実験室用電源は、ネットワークに接続したときにさらなる使用に必要な電圧と電流を生成するデバイスです。ほとんどの場合、ネットワークからの交流を直流に変換します。すべてのアマチュア無線家はそのようなデバイスを持っています、そして今日はそれを自分の手で作成する方法、これに必要なもの、そして設置中に考慮すべきニュアンスが重要であることを見ていきます。

実験用電源の利点

まず、これから製作する電源ユニットの特徴を記します。

出力電圧は0～30Vの範囲で調整可能です。
過負荷や誤った接続に対する保護。
リップルレベルが低い（研究室用電源の出力の直流電流は、電池や蓄電池の直流電流とあまり変わりません）。
最大 3 アンペアの電流制限を設定でき、その後は電源が保護状態になります (非常に便利な機能)。
電源では、ワニを短絡することにより、最大許容電流が設定されます（電流制限。電流計を使用して可変抵抗器で設定します）。したがって、過負荷が発生しても危険ではありません。この場合、LED インジケータが機能し、設定された電流レベルを超えたことを示します。