実験用安定化電源 もどる
はじめに(2012/2/24)
出力電圧可変の安定化電源は実験用として便利なものです。ＬＭ３１７など手軽な可変電圧ＩＣが市販されており、内部には過大電流防止用の保護回路がついているものの、肝心の実験回路を保護するものではありません。実験している時は回路チェックが不十分なままに通電して煙がモクモクと言うこともあり、電圧の安定化と同時に電流の制御も必要と思います。そんな安定化電源を作ってみましょう。
仕様(2012/2/24)
- 電圧 ： ２～１５Ｖ
- 電流 ： ０～８００ｍＡ（最大電流は６段階設定）
回路について
①電源部(2010/11/20)
- １００Ｖ／１５Ｖ１Ａのトランス出力をブリッジダイオードＳ５ＶＢで整流したのち、電解コンデンサで平滑して直流を作ります。
- Ｓ５ＶＢは６００Ｖ６Ａという定格で手持ちがあるため使いますが、１０Ｄ１（１００Ｖ １Ａ）を４個ブリッジ接続したものが使えます。
②電圧制御部(2010/11/23)
- 通常基準電圧はツェナーダイオードで作りますが、ここでは安価なＬＥＤを使います。ＬＥＤに電流を流すと両端には約２Ｖの安定した電圧が得られるため、それを基準電圧としてオペアンプＴＬ０８２Ｃの６ピンに加え、５ピンにかかる電圧と比較して、７ピンより制御した出力をダーリントン接続した２ＳＣ１８１５のベースに加え２ＳＤ８８０をドライブします。
- ２ＳＤ８８０は手持ちがあるので使いましたが、現在では手に入らないと思います。代替品として最大コレクタ損失１０Ｗ以上、最大コレクタ電流２Ａ以上のものがあればよく、例えば２ＳＤ２２４１であればサトー電気にて７８円で購入できます。
- なお、当初はオペアンプで直接２ＳＤ８８０をドライブしていましたが、出力電流が最大３５０ｍＡほどしか取れなかったため、２ＳＣ１８１５を追加してダーリントン接続し８００ｍＡの出力が取れるようになりました。
③電流制御部(2012/2/24)
- Ｑ３ ２ＳＣ１８１５とロータリースイッチにつながった抵抗に発生する電圧で出力電流を制御します。２ＳＤ８８０のエミッタからの電流が抵抗を通ることで抵抗の両端に電圧が生じます。その電圧が約０．６Ｖになった時にＱ３ ２ＳＣ１８１５が動作しコレクタ／エミッタ間が導通してＱ２ ２ＳＣ１８１５－Ｑ１ ２ＳＤ８８０の動作を制御し、それ以上電流が流れないようにします。
- ロータリースイッチは共立電子で買った２回路６接点、接点容量がＤＣ３０Ｖ／０．５Ａというものを使いますが、電流容量を増やすため２回路を並列接続することにしました。また画像のようにスズメッキ線で直径１８ｍｍのリングを作り、周囲に抵抗を半田付けしました。そして接点がむき出しなのが気になったので、スイッチ全体に熱収縮チューブを被せ、空気に触れにくくしました。
- 最大電流の計算式は Ｉ＝Ｅ／Ｒ ですが出力電圧や負荷状況により誤差が生じます。 計算例 Ｒ＝４７Ωの場合 Ｉ＝０．６／４７＝１３ｍＡ になります。
- レンジ切り替えの目盛りは、ＣＡＤを使って画像のような目盛りを作り、インクジェットプリンタでフォトペーパーにプリントし切り抜きます。また２ｍｍ厚のアクリル板を切り出し、目盛りの押さえ板として使いました。
（左）電流切替用ロータリースイッチと取り付けた抵抗群 （右）レンジ切り替え目盛り
④表示部(2012/02/24)
- 電圧表示のメーターは秋月で買ったＤＥ５５０という１５Ｖのものを使います。
- 電流は同じく秋月の１００ｍＡ（内部抵抗０．６Ω）のものを使い、１Aレンジのときはスイッチでシャント抵抗（０．１Ω×２＝０．０５Ω）を並列接続します。
◆ケースの構造(2012/02/18)
リグを作るとき、どんな大きさにするかというテーマがあります。基本的には正面パネルに取り付けるツマミやメータなどの配置、内部に入る基板やラグ板の大きさをから外部寸法を決めますが、購入したアルミ板に無駄が出ないよう、どのような構造と寸法にするかを頭の中でイメージしながら設計図に落とし込むわけです。この段階が難しいながらも楽しい時間で、数字と形状が交錯しモヤモヤとしていたイメージが徐々に固まっていくわけで、今回は３５０×２５０ｍｍというアルミ板の大きさを最大限活かすよう、幅１６０×高さ９０×奥行き１７５ｍｍという寸法に決めました。１ｍｍのアルミ板をカットし折り曲げて作る６個の部材は、正面と背面パネル①②、上下のフタ③④、それをつなぐ左右の側板⑤⑥です。トランスやラグ板は下フタ④に取り付けることにし、それぞれの部材を３ｍｍのビスで固定します。アルミ板単体では頼りない感じもしますが、各部材をネジで固定して箱型構造にすると、しっかりするものです。
内部の様子
＜完了＞