2005/11/16(水)直流安定化電源 ９ヶ月ぶりに復旧
2017/10/11 21:57
以下４枚の図は、この電源装置の回路図。
主たる使用半導体＝ IC 47個、トランジスタ ９個、ダイオード 43個、ＬＥＤ36個。
DC 1.5V/3V/5V/6V/8V/9V/10V/12V/13.5V/15V/24V の固定電圧、0-24V の可変電圧を設定でき、最大３Ａまでの負荷を接続できるものです。
電圧計と電流計はアナログなものとディジタルなものと両方あるのが欲しかったので、
外観はこんな感じです。
電流制限を可変でかけられるようにしています。
電圧安定度はかなりよく、DC6V 出力で、無負荷～２Ａくらいまで変化させても、
変化は 1mV 前後です。
あと、機械的な部分をできるだけ減らしています。
電磁リレー３つ。これらも将来的には、半導体ＭＯＳリレーあたりに置き換えたいです。
今後、この電源装置が、業務の友の一員となります。
2005/10/14(金)新たに電子電圧計部／電子電流計部の製作
2017/10/11 22:05
赤い楕円で示す部分（２箇所）がその部分。
特注の抵抗器ですが、まだ発注できておらずな状態です orz..
これが揃えば電流計部分の動作確認試験ができるですが。。
2005/10/12(水)３度目のプリント基板製作
2017/10/11 22:09
２箇所ほど穴あけ位置が 0.5mm ほどずれてしまい、
ICソケット取り付けに少し難が出てしまいました.. orz
0.2mm 以下程度の加工精度を求められるので、気を抜くと駄目です。
ついでに、+5V 補助電源部分も回路変更に伴い、作り直しました。
小さい方のプリント基板がそれです。
2005/10/07(金)３回目のプリント基板設計
2017/10/11 22:11
過去に同じ作業をしたのですが、電流計アンプの部分で、回路設計上の致命的問題が起きたので、やり直ししたわけです。今回は、左の画像で示す部分の大幅追加です。
赤い線の部分が、プリントパターンになります。
この部分（電流計部分）は部品搭載は限界ですが、電圧計部分は
もうすこし部品が乗せられます。
いずれにしても結構な高密度です。
今週の月曜～金曜は、この作業で精一杯でした。
このパターンを考えるのは、難しいパスルを組むようなものです。
使用する抵抗器に精密特注品が追加で必要なので、
このあと、穴あけ加工までやったら、これを調達するまで作業中断です。
2005/10/05(水)現役21年目の自作電源装置
2017/10/11 22:12
目下、これの後継ぎとなるものを製作中というわけです。
この頃は、北海道の道東の知床半島に近い地域に住んでいたことで、部品の入手が困難だったため、幾つかの部品は必要としているものとは違っていても、
入手可能なものでがまんしたり、ゴミ捨て場に捨ててあったＴＶ受像機から部品を調達したりで、そういうことで苦労した記憶があります。
近くに電子部品売っている店がある人には恐らく想像できないことでしょう。
電流計ひとつとっても、この電源装置は最大２Ａまでなのですが、
入手困難だった故、仕方なく５Ａのものなのです。
数年ぶりに中をのぞいてみました。(画像クリックで大きな画像が別ウィンドウで表示されます）
配線に使っている線材は、殆ど全て捨ててあったＴＶ受像機から調達したものです。２つあつ電源トランスのうち、右側にあるものも、捨ててあったＴＶ受像機から調達したもの。
部品そのものも、全体的に現在よりひとまわり大きい部品です。
逆に同じ形状の部品は現在は入手不可のものもいくつか散見されます。
故障しても部品の形状が古過ぎて修理不能です。
それにしても実装は雑で、よく動作してるなという感じです。
この図はこの電源装置の回路図です。実用電子回路ハンドブック(1)、(5) あたりを参考にしています。
回路の一部は、工業所有権など設定されている可能性があるので、
個人で実験装置作る程度なら何も問題は起きないと思いますが、
「むやみにこれをパクッた商品などを作らない」方が懸命です。
あと、現在の直流安定化電源装置はもっと複雑です。
2005/10/02(日)可変利得差動増幅回路の実験
2017/10/11 22:15
9/29 の記事で、直流安定化電源装置に組み込む電流計につける直流増幅器に対するツッコミは結局誰からもありませんでしたが、
大霊界（ばき☆）からアドバイスをいただき、
差動増幅という手を使うことにしました。
差動増幅というのは、一言で片付けると、電圧の差を増幅するもので、
これについて言及しようとすると、本が１冊できてしまうので、
意味がわからない人は、他をあたっていただくことにしましょう。
いろいろ、手持ちの書籍（今は絶版らしい）を調べていたら、
左記のような回路が収録されていました。
これなら部品数少なくて済みそうだなと。。
ところが、同じ回路で別々の設計計算式。どっちか判らん、、
ということで、実験してみることにしました。
ちなみに図中の２つのR1 と ４つのR2 はそれそれ同じ値にする必要ありです。
やはり、ICL7650を使いたいので、ここ で入手。
すぐ入手できたことは助かったが、かつてよりえらく高額。１個 ￥682 (だったかな...)。
このＩＣは秋葉原あたりでも、どこでも打っている訳ではなさそうなので仕方ないか。。
早速、以下の回路を組んで実験開始。
要領を得なかったのと、貧乏でまともな測定器はない（テスターしかない）ので、実験にまる１日かかりました。
e-out に直流安定化電源に組み込む電圧計を接続し、IN+ と IN- に乾電池と、可変抵抗器をかまして、 R0 を変化させ、
2V フルスケールになるときの入力端電圧を測定。計算すれば、実際の増幅率が出てくるので。内部抵抗の影響はあるが、無視。
結局、下の式（茶色表記）が正しかった模様。
これで、電流計アンプ部分のめどが立って、さあ修理、と思ったのですが、、、
図示のようにレンジ切り替えのアナログスイッチ（アナログマルチプレクサ）が無視できない値になるので、全く使い物になりません。
ON 抵抗が相対的に小さくなるくらいに無視できる程度に、R1やR2 を大きくすれば良いのですが、今度は動作が安定しません。
現在、検討中です。
＃その後目処は立ちました（爆）
2005/09/29(木)直流安定化電源装置のディジタル電流計部分
2017/10/11 22:16
アナログスイッチは問題であることは判っていますが、それ以前の問題が...
レンジ切り替えで、×1(20A)、×10(2A)、×100(200mA)、×1000(20mA) をさせ、このアンプの利得を制御します。
おそらく×1000は実用上、正確な表示しないと思いますが、おまけということで。。
ずばり、「正しい値をぜんぜん表示しない」のです。
0.1Ωの電流検出抵抗両端の電圧を増幅して、その電圧を計測させることで電流を知る仕組みで、IC14 MAX420CPA というＩＣがその増幅器です。
このＩＣはチョッパ型ＯＰアンプというもので、定番のＩＣは ICL7650 か ICL7652 ,ICL7653 あたりです。
入手できなかったので、代替として、MAX420 を採用したのですが、本来は±15V で動作させるＩＣのようです。
ICL7650 を使いたかったのですが、このＩＣは±5V動作。
このあたりの事情なのか、根本的に回路が間違っているのか、ＩＣが逝っているのか、全く見当がつかない状態。
参考までに回路図中の DVMI+ ― DVMI- 間に電圧を加えて実験した結果が以下です。
| レンジ | 100mV印加 | 1.3V印加 |
| ×1 | 9 | 14 |
| ×10 | 10 | 66 |
| ×100 | 22 | 3256 |
| ×1000 | 58 | 8430 |
増幅率は切り替わっているようですが、どうみても１０倍単位になっていません。
本来であれば、100mV 印加時、 ×1 時は 1000、×10 時は 10000 を表示するべき(ICL7135が 4 1/2桁仕様なので) なのですが....
何が問題なのか全くわからないので、識者のツッコミ希望...orz
2005/09/25(日)少し進展しました 直流安定化電源装置制作
2017/10/11 22:17
・何故か主電源に異常な大電流が流れ、ヒューズ(2A) が飛んでしまう
・何故かコントロール回路の電源電圧が 5V のレギュレータ通しているのに 4V になる
・何故か、主電源をＯＮにしていないのに、主電源側に 2.2V 程度の電圧が現れ、
変な動作をすることがある
これに加え、
・28V 補助電源のＩＣが直接さわれないくらいに異常発熱（よく壊れなかったもんだorz）
・電圧制御がそもそもできない
という問題もあってのですが、上記２つは、結局、
5V レギュレータＩＣのＧＮＤが断線しかかっていたことによる悪影響、
（線ひっぱったら簡単に外れた状態orz）が根本原因だった模様。。
上記の３つ目の問題は、設計ミスが２箇所あり、その修繕で完全に解決しましたorz
上記の一番最後の問題は、配線ミス１箇所。その修繕で解決orz
残る、上記４つ目の問題は、これも設計ミスでしたorz。
※図中の電圧は、内部抵抗 50kΩ/V のテスターで実測したもの
この回路図は、制作中の直流安定化電源回路のごく一部です。27～28V の電源が内部的に必要なので、それを生成する部分です。
IC02 TA76431S は、定番のシャント・レギュレータというもので、
簡単に言うと、好きな電圧(36V max)を確保する機能があります。
R9 と R10 を図中の値にすることで、27.5V が得られます。
最初、Tr06 はなく、R8 は 120Ωにしていました。
その状態では、IC02 には最大で 62.5mAの電流が流れ、その時のIC02 での損失は単純に 27.5V × 62.5mA ＝ 1719mW となります。
このIC は 800mW まで損失が最大規格で定まっており、異常に発熱するのは必然的と判ったのです。
これを回避するには、IC02 に流れる電流を減らし、中電力タイプのトランジスタで電流ブーストする方法を採るのが一番確実です。
それで Tr06 を図中のような接続で追加したわけです。
Tr06 ではコレクタ損失が発生しますが、その値は、最大100mA 流すとして、 (35V-26.9V) × 100mA ＝ 810mW となり、手持ちの 2SD526 が適当、ということでこうなっています。
これで、IC02 の異常発熱は治まると思ったら、相変わらず。 R8 も変更しないといけなかったorz
R8 は IC02 に流れ込む電流を制限する役割があることを忘れてましたorz
Tr06 の hFE は 40とあります。
100mA まで流すと先ほど仮定したので、このIC には、最大で 100mA の 40分の1、すなわち 2.5mA 流れればいい訳です。
最適な抵抗値の算出は、(35V-27.5V) ÷ 2.5mA ＝ 3kΩ となります。
ここでは、安定動作させるために、少し低い値 2.7kΩ としています。（計算値より 10% 多く電流が流れるはず）
このときのIC02 での損失は 2.5mA × 27.5V ＝ 68.8mW となり、異常発熱は回避しました。
そのかわり、Tr06 が生暖かくなる程度になるはずで、実際にそうなっています。
2005/09/16(金)填まってます 直流安定化電源制作
2017/10/11 24:11
・何故か主電源に異常な大電流が流れ、ヒューズ(2A) が飛んでしまう
・何故かコントロール回路の電源電圧が 5V のレギュレータ通しているのに 4V になる
・何故か、主電源をＯＮにしていないのに、主電源側に 2.2V 程度の電圧が現れ、
変な動作をすることがある
・電源スイッチ以外のキーが全く利かない
ひとつづつ潰すしかないのですが、最初の２つは、どうもＧＮＤを主電源と共通にしていると駄目らしい。
コントロール回路部の電源基板をケースから外したら、とりあえず出なくなったので、完全にＧＮＤも独立にしないと駄目な模様。
主電源側に現れる 2.2V の電圧。
ＰＩＣマイコンを入れているため、コントロール回路の一部に副電源を常時供給するようにしているのですが、これの出力端子を経由して電源が供給されていることが判明。
C-MOS IC 特有の現象です。
入出力をアイソレーション（電気的に分離）できるようにしないとならないことが判り、大幅な回路変更...orz
設計変更先ほど終わりました。(9/17 AM 2:40)
コントロール回路部分を作り直さなければならなくなりました。
2005/09/14(水)直流安定化電源装置
2017/10/11 24:13
この図は、現在制作中の直流安定化電源装置の操作パネル部回路図の一部ですが、昨日、どのキーを押しても電源 ON/OFF が効いてしまい、まともな動作をしないので調べたら、
採用した操作スイッチ部品の内部配線を完全に勘違いしたが故に、
どのスイッチを押下してもすべてのスイッチ配線がショートすることが判り、
それを避けるためのダイオードを２８本追加する羽目になったのです orz
幸い、一昨年の今頃、１本２円で大量にダイオードを買っていた（通常３１円／１本程度）ので、
大して追加部品買わなくてもこの作業できました。
図中、D12～D39 のダイオード追加と、SW02～SW15 の配線全面変更です。