この投稿では、すべてのタイプの電子プロジェクトとプロトタイプを安全にテストするために、効果的で効率的でありながら非常に安価で安定したベンチ電源を電子愛好家がどのように設計できるかについて説明します。

ベンチ電源に必要な主な機能は次のとおりです。

安価で簡単に入手できるコンポーネントで構築する必要があります
電圧と電流の範囲に柔軟に対応する必要があります。または、可変電圧と可変電流出力の機能を含める必要があります。
過電流および過負荷保護する必要があります。
問題が発生した場合に備えて、簡単に修復できる必要があります。
その出力で適度に効率的である必要があります。
必要な仕様に従って簡単にカスタマイズできるようにする必要があります。

概要

これまでの電源設計の大部分には、線形直列スタビライザーが組み込まれています。この設計では、ツェナーダイオードによって調整される可変抵抗器のように機能するパストランジスタを使用します。

おそらくそれがはるかに効率的であるという事実のために、直列電源システムがより一般的です。ツェナーと給電抵抗のわずかな損失を除いて、顕著な損失は、負荷に電流を供給している間、直列パストランジスタでのみ発生します。

ただし、直列電源システムの欠点の1つは、これらが出力負荷の短絡を引き起こさないことです。つまり、出力障害状態の間、パストランジスタは大電流を流すことができ、最終的にはそれ自体と、場合によっては接続された負荷も破壊する可能性があります。

そうは言っても、短絡保護直列パスベンチ電源への接続は、電流コントローラステージとして構成された別のトランジスタを介して迅速に実装できます。

ザ・可変電圧コントローラー単純なトランジスタ、ポテンショメータフィードバックによって実現されます。

上記の2つの追加により、シリーズパスベンチ電源は、非常に用途が広く、頑丈で、安価で、普遍的で、事実上破壊されません。

次の段落では、標準の安定化ベンチ電源に含まれるさまざまなステージの設計について簡単に学習します。

最も簡単なトランジスタ電圧レギュレータ

調整可能な出力電圧を取得する簡単な方法は、パスのベースを接続することですポテンショメータとツェナーダイオードを備えたトランジスタ下の図に示すように。

この回路では、T1は次のように装備されています。エミッタフォロワBJT ここで、そのベース電圧VBがエミッタ側電圧VEを決定します。 VEとVBはどちらも正確に対応し、ほぼ等しくなり、前方への降下が差し引かれます。

BJTの順方向降下電圧は通常0.7Vです。これは、エミッタ側の電圧が次のようになることを意味します。

VE = VB-0.7

フィードバックループの使用

上記ですがデザインは簡単に作成でき、非常に安価です、このタイプのアプローチは、より低い電圧レベルでの電力の大きな調整を提供しません。

“スイッチモード電源のブロック図 ”

次の図に示すように、これがまさに、フィードバックタイプの制御が通常、電圧範囲全体にわたって改善されたレギュレーションを得るために採用されている理由です。

この構成では、T1のベース電圧、したがって出力電圧は、主にT2によって引き出される電流による、R1の両端の電圧降下によって制御されます。

ポットVR1のスライダーアームが接地側の端にある場合、T2のベースが接地されるため、T2は遮断され、T1のベース電流によって引き起こされるR1の両端の電圧降下のみが許可されます。この状況では、T1エミッターの出力電圧はコレクター電圧とほぼ同じになり、次のように与えられます。

VE = Vin-0.7 ここで、VEはT1のエミッタ側電圧であり、0.7はBJTT1ベース/エミッタリードの標準順方向電圧降下値です。

したがって、入力電源が15 Vの場合、出力は次のようになります。

VE = 15-0.7 = 14.3 V

ここで、ポットVR1スライダーアームを正の上部に移動すると、T2がT1のエミッタ側電圧全体にアクセスし、T2が非常に激しく導通します。このアクションは直接接続しますツェナーダイオード D1とR1。つまり、T1のベース電圧VBは単純にツェナー電圧Vzに等しくなります。したがって、出力は次のようになります。

VE = Vz-0.7

したがって、D1値が6 Vの場合、出力電圧は次のようになります。

VE = 6-0.7 = 5.3 V 、したがって、ツェナー電圧は、これから取得できる最小の可能な出力電圧を決定しますシリーズパス電源ポットが最低設定で回転したとき。

上記はベンチ電源を作るのに簡単で効果的ですが、短絡防止ではないという大きな欠点があります。つまり、回路の出力端子が誤って短絡したり、過負荷電流が流れたりすると、T1は急速に加熱されて燃焼します。

この状況を回避するには、デザインを追加するだけで簡単にアップグレードできます。電流制御機能次のセクションで説明するように。

過負荷短絡保護の追加

T3とR2を含めるだけで、ベンチ電源回路の設計を100％短絡防止し、電流制御。この設計では、出力を意図的に短絡しても、T1に害を及ぼすことはありません。

この段階の動作は、次のように理解できます。

出力電流が設定された安全値を超える傾向があるとすぐに、R2の両端に比例した量の電位差が発生し、トランジスタT3をハードにオンにするのに十分です。

T3をオンにすると、T1ベースがそのエミッタラインに結合され、T1の導通が即座に無効になります。この状況は、出力の短絡または過負荷が解消されるまで維持されます。このようにして、T1は望ましくない出力状況から保護されます。

可変電流機能の追加

上記の設計では、出力が定電流出力である必要がある場合、電流センサー抵抗R2を固定値にすることができます。ただし、優れたベンチ電源は、電圧と電流の両方の範囲が可変であると想定されています。この需要を考慮すると、電流リミッターは追加するだけで調整可能にすることができます可変抵抗器以下に示すように、T3をベースにしています。

VR2はR2の両端の電圧降下を分割するため、T3は特定の目的の出力電流でオンに切り替えることができます。

部品値の計算

抵抗から始めましょう。R1は次の式で計算できます。

R1 =（Vin-MaxVE）hFE /出力電流

ここで、 MaxVE =ワイン-0.7

したがって、最初の方程式を次のように単純化します。 R1 = 0.7hFE /出力電流

VR1は、最大60Vの電圧に対して10kポットにすることができます

電流リミッターR2は、次のように計算できます。

R2 = 0.7 /最大出力電流

“リモコンのおもちゃの車の回路図 ”

ヒートシンクなしでT1を動作させる必要がある場合は、最大出力電流をT1の最大IDの5分の1に選択する必要があります。 T1に大きなヒートシンクを取り付けると、出力電流はT1Idの3/4になります。

VR2は、単純に1kポットまたはプリセットにすることができます。

T1は、出力電流要件に従って選択する必要があります。 T1 Id定格は、ヒートシンクなしで動作させる場合、必要な出力電流の5倍にする必要があります。大きなヒートシンクが取り付けられている場合、T1Id定格は必要な出力電流の少なくとも1.33倍である必要があります。

T1の最大コレクタ/エミッタまたはVCEは、理想的には最大出力電圧仕様の値の2倍である必要があります。

ツェナーダイオードD1の値は、ベンチ電源からの最低または最小の電圧出力要件に応じて選択できます。

T2定格は、R1値によって異なります。 R1の両端の電圧は常に0.7Vになるため、T2のVCEは重要ではなくなり、任意の最小値にすることができます。 T2のIDは、R1の値によって決定されるように、T1のベース電流を処理できるようなものでなければなりません。

同じルールがT3にも適用されます。

一般に、T2、およびT3は、BC547などの小信号汎用トランジスタまたは多分 2N2222 。

実用的なデザイン

カスタマイズされたベンチ電源を設計するためのすべてのパラメーターを理解したら、次に示すように、実際のプロトタイプでデータを実装します。

回路のレギュレーション機能を強化するためだけに、デザインにいくつかの追加コンポーネントが導入されている場合があります。

C2は、T1、T2ベースの残留リップルを除去するために導入されます。

T1とともにT2はダーリントンペア出力の電流ゲインを増やします。

R3は、ツェナーダイオードの導通を改善し、全体的なレギュレーションを向上させるために追加されています。

R8とR9は、出力電圧を固定範囲で調整できるようにするために追加されていますが、これは重要ではありません。

R7は、出力でアクセスできる最大電流を設定します。これは次のとおりです。

I = 0.7 / 0.47 = 1.5アンペア、これはの定格と比較してかなり低いように見えます 2N3055トランジスタ。これによりトランジスタが非常に低温に保たれる可能性がありますが、2N3055が大きなヒートシンクに取り付けられている場合は、この値を最大8アンペアまで増やすことができる場合があります。