トランス方式とスイッチング方式

今更ですけれどトランス方式とスイッチング方式について調べて見ました。何といってもトランス式のノイズが少ないが魅力です。実際にどうちがうのか検証してみます。
トランス方式
トランス方式ではAC電圧をトランスで変圧した後整流器を使って整流するブリッジダイオードによる全波整流など。最後にコンデンサで平滑してリップルの少ないDC電圧を生成する。トランスは入力電源周波数(50/60Hz)で動作する低周波タイプで、商用トランスなどと呼ばれる。構造はコア(鉄芯)に1次と2次の巻線から成り、コアには主に珪素(けいそ)鋼板が使用される。大きさ、体積は電源の出力容量に比例し、容量の大きなものは大きくて重くなる。
特徴:回路が簡単、ノイズが少ない、安くできるが重い(最近はスイッチグ電源の方が安いかもしれません)、効率が悪いなど。
スイッチング方式
AC電圧をそのまま整流・平滑してDC電圧に変換し、そのDC電圧を再度高周波のAC電圧に変換して、再び整流/平滑して所望のDC電圧に変換する。
使用するトランスは数十k~数百kHzで動作する高周波タイプで、スイッチングトランスなどと呼ばれる。基本的な構造はトランス方式のトランスと同じだが、コアは高周波用途のフェライトが一般的です。
整流・平滑後のDC電圧でスイッチング素子をON/OFF(スイッチング)することによりチョッピング(切り分け)を行い、高周波トランスを介して2次側にエネルギーを伝達する。この時のON/OFF周波数(スイッチング周波数)は、例えば100kHzなど、入力電源周波数に比べて高い周波数を使います。この辺がノイズの元でしょうか。
特徴:小さくできる、効率が良い、しかし回路が複雑、ノイズが多いなど。

電源


テスト用50V電源はICをTL783Cに取り換え問題なく動きましたので定位置に収納コンデンサーの容量が3300μでは少し少ないので増やす予定です、30V電源はアナログメーターが1Vほと少なく表示してましたので10V20Vで正確に表示するように0点調整で合わせました、50VはOKでした。つぎにリニュアルする13.8V電源の電流増幅トランジスターですが2SD177L(10A120V)が10本パラになってましたので取りあえずそのまま使ってみます。平滑コンデンサーは45000μを2本使用していましたがそのままにするかさらに増やすか考えています、あまり増やすと突入電流の問題も出ます。40年前のコンデンサー容量抜けなどないと良いのですが!
昔使っていたものを再生するのもいいですね。

電源リニュアルNo,2


もう1台机の下に残っていました、1978年12月に作った電源です、このころのメーカー製トランシーバーは電源が入っていたようですがDRAKEのTR-7には入ってなく作りました。ジャンクで購入したトランスは(アメリカ向け)カットコアーで容量は書いてありませんが端子や巻き線を見ると20V50Aはありそうです。捨てるのは簡単ですが13.8V40-50Aの電源としてリニュアルします、昔の思い出が詰まった電源もう1度魂を吹き込み実用にする予定です。
バラしてみますと40年前にパイロットランプには赤のLEDを使っててビックリですLEDが一般的になったのはいつ頃だったのでしょうか?
ケース用のアルミ板を発注しました。

電源リニュアル#3


基板の取り付け配線終わりましたがHIGH-VOLTAGE ADJUSTABLE REGULATOR TL783Cがうまく動作しません、単体ではOKなのですが Current Boostすると動作せず2個飛ばしてしまいましたので部品待ちです。0-30V、IC用5Vは動いています。
気を取り直して回路を変えLM317で30Vで実験、今度は上手く行きました。これをTL783Cに置き換えます、この実験には早速作った電源を使用しました。

電源用基板製作


50V用はTL783C 電圧を下げた時の熱損失が大きくなるのでPCのCPU用Fan付きヒートシンクと使用、温度センサー基板で45度以上でFanがONに、30V用はLM338を使用、電圧調整はぽテンションメータを使用することにしました。

電圧可変型レギュレータの保護について

改めてトランスタイプの可変電源を作ろうと色々と調べてましたら良い資料が見つかりました。ちょっと古いのですが参考になりましたので。LM338電圧可変型レギュレータアプリケーションヒントより
外付けコンデンサ
入力バイパス・コンデンサの使用が推奨されます。ほとんどのアプリケーションに対して 0.1μF のセラミック・コンデンサまたは 1μFの固体タル・コンデンサを入力に接続するのが適切なバイパス法です。このデバイスは出力端子にコンデンサを接続しているとき、入力バイパスされていないと動作が不安定になりますが、上述のコンデンの付加により問題を解決できます。
ADJ 端子をグランドへコンデンサでバイパスすることによりLM338のリップル除去率を改善することができます。このバイパス・コンデンサは出力電圧の増加とともにリップルが増幅されるのを防ぎます。10μF のバイパス・コンデンサによって、任意の出力電圧において 75dB のリップル除去率が得られます。120Hz 以上の周波数においては20μF以上に容量値を大きくしてもリップル除去率はそれほど改善されません。バイパス・コンデンサを使用する場合、コンデンサが IC 内部の低電流パスを通して放電し、デバイスが破壊されるのを防ぐために保護ダイオードが必要になる場合があります。
一般に最適なコンデンサは固体タンタル・コンデンサです。固体タンタル・コンデンサは高周波においても低インピーダンスを保持します。コンデンサの構造により、1μF の固体タンタル・コンデンサと高周波で等しい効果を得るには約 25μF のアルミニウム電解コンデンサが必要です。セラミック・コンデンサの高周波特性は良好ですが、種類によっては 0.5MHz 付近の周波数においては容量値が大きく減少することがあります。このため、0.01μF のセラミック・コンデンサは 0.1μF のセラミック・コンデンサよりもバイパス・コンデンサとして機能が優れていることがあります。LM338 は出力コンデンサがなくても動作が安定しますが、多くの帰還回路と同様に、外付けコンデンサのある値によっては大きなリンギングを発生する可能性があります。リンギングは 500pF ~5000pF の間の値で発生します。出力に 1μF の固体タンタル (または25μFのアルミニウム電解 )コンデンサを付加することによってこの問題が抑制され、動作が安定します。

保護ダイオード
ICレギュレータに外付けコンデンサを接続するとき、IC 内部の低電流ポイントを通じてレギュレータへコンデンサが放電するのを防ぐために保護ダイオードを付加する必要がある場合があります。20μF のコンデンサのほとんどは内部直列抵抗が十分小さいので、短絡したときに 20Aものスパイク電流が流れます。このサージは短時間しか発生しませんが、IC の部品を破壊するのに十分なエネルギーがあります。出力コンデンサがレギュレータに接続されていて、入力が短絡されたとき、出力コンデンサはレギュレータの出力へ放電します。放電電流はコンデンサの容量、レギュレータの出力電圧、および VINの減少速度によって変わります。LM338 では、この放電パスに対し 25A のサージ電流を問題なく流すことができる大きな接合部を持っています。他のタイプの正電圧レギュレータではこのようには動作しません。100μF 以下の出力コンデンサで、出力電圧が15V 以下の場合、ダイオードを接続する必要はありません。ADJ 端子に接続されたバイパス・コンデンサは IC 内部の低電流の接合部を通じて放電する可能性があります。入力または出力のいずれかが短絡されたときに放電されます。LM338 の内部には、50Ωの抵抗があり、これによってピーク充電電流が制限されます。出力電圧が 25V 以下で容量値が 10μF の場合保護ダイオードは不要です。出力が 25V 以上で出力コンデンサの値が大きい場合に使用する、保護ダイオード付きの LM338 の応用回路例を 下記 に示します。

コンデンサーの容量は?保護用のダイオードは必要かなどの疑問に思っていたことがよくわかりました。

電源リニュアル#2


リニュアル前1979年娘の生まれた24日後の製作ですから約40年前のトランス、メーター、シャシー、端子などを利用しました。パネルのデザインだけを考えて全面パネルを作ってしまったらトランスが上に出てしまいシャシーに埋め込むことになってしまいました。3mm厚のフロントパネル、メーターの穴あけは油圧パンチ+ジグソーで楽になりました、なんとか金属加工は終わりました。50Vのメーターは新規中国製です。
中には10-50V1.5A、4-30V2A、固定のプラスマイナス5VIC用1Aと内部用に12V0.2Aです。大した容量もないのですが重たくてデカイ!!

50V用の耐圧の高い容量の大きいコンデンサーの手持ちがなく330μ100Vをパラに10個、コンビナートのタンクの模型みたいです。

電源リニュアル#1


1979年に作ったトランスタイプのTEST用電源、なかなか捨てられず置いてありましたがばらして見直しをし組み立てなおすことにしました。IC用に5Vのプラスマイナスの電源に昔の真空管時代の6.3Vのトランスが使えるかどうか3D配線で実験しました。ロスの少ないショットキーバリアーダイオードで整流し1Aの5V3端子レギュレーターの実験してみました、1A負荷で入力7.8Vちょっと低いかなと思いましたが問題ありませんでした。当時に比べるとコンデンサーが小さくなりました同じ容量耐圧で体積半分以下です。
スイッチングタイプではなくトランスタイプの電源はノイズが少なく比較に使います。

1200MHzトランスバターキット組み立て#2



MMICなどがありますのでアースを取ったアルミ板の上で取り付け、最後に残った1mm X 2mm の6本足SWのハンダ付けをしました、足がコテ先よりも細く0.6mmのハンダが太く見える何とか付きました(多分)が限界です。チェックも肉眼では分かりませんのでルーペを使って、まいった!! 組み立ては終わりましたが動くかどうか??

1200MHzトランスバターキット組み立て


木曜日の夜から仕事で山梨に行ってました、帰ってから少しハンダ付けがしたくなり購入してあった1200MHzトランスバターキット組み立て始めました。細かくて四苦八苦しています、まだICは取り付けていません。