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安定化電源装置のプリント配線板パターンを描いてみた

トランス式安定化電源装置のプリント配線板パターンを描いてみました。
1-P4-10019_POWER_SUPPLY_PCB.jpg
トランスの存在感が半端じゃないです(笑)。
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安定化電源回路の解析

安定化電源回路につかう部品の耐圧や容量を決定するために、安定化電源回路の動作解析をしました。
安定化電源特性

注目すべきは「波形率(form factor)」で、これが高い値になっています。
波形率とは、取り出す電流の平均値に対して実効値がどれだけあるかを示します。
実効値というのは実際に消費される電力にほぼ比例する値なので、実効値を調べればその部品で消費される電力、すなわち熱がどれだけ発生するかを調べることができます。これが定格の値を超えてしまうと、その部品は異常な発熱をすることになるので壊れてしまいます。ですから、この実効値が部品の定格値を超えないようにしなくてはいけません。
(部品によっては最大値を規定するものもあります。それも定格の範囲内に収まるようにする必要があります)

ここで調べている波形率は、トランスの出力電流のものを指しています。これがおおよそ1.5~3あるということは、取り出す電流の1.5倍から3倍の電流がトランスに流れていることを示します。
ですから、トランスを安定化電源に使用するときは、取り出せる電流はトランスの定格電流の3分の1から65%程度までしかないということになります。
特性表からトランスに流れる電流ITR(rms)を調べてみると、定格の450mA以内に収まる出力電流は280mAと、トランスに表示された容量よりもかなり小さい値になっていることがわかります。
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安定化電源の部品を選定してみた

安定化電源の部品を選定して、予算を組んでみました。
P4-10019_部品表

トランスと基板のコスト比率が高い(汗)。この2点で8割を占めてます。
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安定化電源の回路図をひいてみた。

トランスを使った安定化電源の回路図を引いてみました。
P4-10019_POWER_SUPPLY.jpg
LM317を使った手抜き電源です(笑)。
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トランス式 安定化電源を作ってみようと思い立った。

秋葉原で、こんな可愛いトランスを見つけました。
KIMG0119.jpg
製造元は、その可愛らしさには似つかわしくない名前でした(笑)。
1-KIMG0117_201407201508455a5.jpg
このトランスで、安定化電源を作ってみようと思います。
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正負トラッキングレギュレータを作ってみました。

ボリウムひとつで正負2つの電圧が同時に変えられる「正負トラッキングレギュレータ」を作って見ました。
1-KIMG0078.jpg
なかなかサマになってるかも。

P4-10017_TRACK_REG.jpg
(上図の部品の定数は変更されている場合があります)
入力はACアダプタです。正電源用と負電源用の2つが必要です。
使うACアダプタは電圧が同一でなくてもかまいません(但し欲しい電圧よりも2V以上高い電圧が出力できることが条件です)。もし電圧の違うACアダプタを使用する場合、正電源側の電圧が高いほうがよいです(LM317の動作電圧の関係)。
出力電流は正負ともに1.5Aとりだせますが、使用する放熱器の容量にも制限されます。正負とも損失が3Wまでの範囲で使用できます。たとえばACアダプタに24V出力のものを使用して、15Vを取り出した場合、約330mAまで取り出せます。
なお、正電源のみで使用することはできますが、負電源のみで使用することはできません(動作しません)。
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正負トラッキング電源を作ってみた

ふと思い立って、正負トラッキング電源を作ってみました。
P4-10017_TRACK_REG.jpg
入力はACアダプタ2つとして、正電圧は定番のLM317Tを使用しました。
負電圧は差動増幅器でマイナス電圧を演算し、パワートランジスタを駆動させて作ります。
トラッキング誤差
2V以下は誤差が大きいのですが、2V以上ではトラッキング誤差1%以内を達成できました。

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高電圧安定化電源のショート保護回路の設定

高電圧安定化電源の動作範囲をグラフにしてみました。
Varid_Usage_Range_20140505060806148.jpg
可変範囲の全てで、電流値がショート保護制限で決定されています。

ポイントはここ(赤丸)です。
Varid_Usage_Range_1_20140505060807fbb.jpg
ショート保護制限電流が、出力ゼロボルトのときのQ1損失制限よりも下になっています。
万が一出力がショートすると、出力は当然セロボルトになります。このとき、Q1の損失が最大になるので、制限も一番強くなります。

もしここで、Q1損失制限の線とショート保護制限の線が交わっていると、ショートしたときにQ1の損失が許容値を超えてしまうので、Q1は破損してしまいます。

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【謹告】実験用高電圧レギュレータのキットを発売します。

「実験用高電圧レギュレータキット」を発売します。
非安定な直流560Vを入力して、100~500Vの間で可変できるシリースレギュレータです。

HV_PS(500V).jpg
写真は平ラグ板上の部品を取り付けたもの。Q1とVRは平ラグ板の外に取り付けます。
1-DSC04225.jpg
組み立て説明書はこちら

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【謹告】「実験用高電圧安定化電源キット」を発売します。

「実験用高電圧安定化電源キット」を発売します。
トランスレスで50~250Vの間で可変できるシリースレギュレータ型安定化電源です。
HV_PS_WS.jpg
このキットは、高電圧を手軽に供給できる実験用電源です。ボリウムひとつで可変でき、約25mA程度まで取り出せるので、真空管や高耐圧トランジスタなどの特性を測定するための電源にお使いいただけます。
また電圧変動・リップルが非常に少ないので、真空管アンプの電源としても最適です。
組み立て説明書

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プロフィール

@ぽっけ

Author:@ぽっけ
底辺Makerを自負する@ぽっけが日々製作している「初歩の電子工作」の記録です。
自分で「あっ、あれ欲しい!」と思ったものを猪突猛進、地で製作しています。

★略歴

電子工作は中学のとき、授業でやるよりも早く自分で始めました。・・・といっても小遣いも少なく技術も未熟だったので、ラジオを作るのさえもやっとでした。

高校・大学でも工作を続け、大学在学中にようやくトランジスタ回路の基礎が理解できるようになってきました。

大学卒業後はメーカーに就職し設計職で忙しい毎日を過ごす中で工作からは遠ざかっていましたが、事務職に配転となり時間に余裕ができてまた工作を始めました。そんな中で2011年のCP+(カメラショー)併設展の「Business Meets」に出展していたテキサス・インスツルメンツのブースで「MSP430 Launchpad」に出会ってから、マイコンを使った電子工作を始めました。

また、鉛フリーはんだに興味を持って、10数種類のはんだをリールで購入。個人で使うには約1200年分の在庫を持つという暴挙を成し遂げ(?)ました。

★イベント出展実績
●Make: Tokyo Meeting 07
●Make: Ogaki Meeting 2012
●Maker Faire Tokyo 2012
●ニコニコ超会議「作ってみタワー ワークショッププロジェクト」
●NT金沢2013
●Maker Faire Tokyo 2013
●ポタアン自作er展示会 atポタ研2014冬
○NT金沢2014(予定)

☆TwitterID:
  @pokke_yamada

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