電源

2022年11月 2日 (水)

お手軽・高電圧発生回路を探して

ネットをさまよってましたら・・・
リニアテクロロジーのアプリケーションノート「AN45」で
こんなのを発見。
https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/application-notes/an45f.pdf

Figure 17. 1.5V Powered Radiation Detector

500v
1.5Vの乾電池から500Vを生成。
高圧整流部がコッククロフト・ウォルトン回路

回路に記されたセンサーの型番が「LND-712」
電源ICは LT1073  ちょっと高価だけど現行品。
著者は Jim Williams さん。

※関連
2011年06月22日:訃報:アナログの皇帝、逝く
(EETIMES)アナログの巨星が相次いで逝く、Linearのジム・ウィリアムスとNationalのボブ・ピーズ

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2022年11月 1日 (火)

テスター精度確認用DC500V電源制御回路案 #3

お手軽に高電圧を出せるかどうか・・・
2015年04月25日:ダイソーで買ったACアダプタを解体してみる
この残骸を引っ張り出してきて試してみました。
  ※左側G208のが残ってました
T10
電源回路を組むのは面倒なので・・・
トランスの2次側(元の)に5V電源とパルスジェネレータ
(Nch MOSFET出力を装備してるので)をつなぎます。
T11_20221101105701
元の1次側には100:1の高圧プローブを。
とりあえず負荷は無しで。

電源5V、周波数10kHz、デューティ6%でこんな波形
(P-Pで600Vほど)が出てきました。
T12_20221101105701

5V電源の電流は0.17A。
周波数を20kHzにしても大きくは変わりませんでした。
このあたりはFET駆動系の問題(ゲートの遅れ)もある
かと思います。

ACアダプタのトランスを物色すればなんとかなるか
なぁ~っという感触。  100V/200V両用のとか。

※5V電源 10kHzで
デューティ 5V電流 出力P-P
  2%  0.02A  300V
  4%  0.10A  500V
  6%  0.17A  600V
  8%  0.26A  680V
と、変化しました。

パルスジェネレータ、デューティを一定にして
周波数(設定は周期)を可変できるので、なかなか
便利っす。

※11月7日追記
ダイソー製ACアダプタのトランスを、MC34063で駆動
してみました。
しかし一次側(低圧側)のインダクタンス値が小さくて
思うように2次側出力(高圧)が出てきませんでした。
  元の回路から。フライバックコンバータであるのは
  間違いなし。

昔、試しに手で巻いたトランスがあったよな~っと
探してみたら、20巻き:200巻きのが出てきたんで、
同じようにMC34063をつないでみました。
T11_20221107101101

5V入力で150Vくらいの直流が出ました。
巻き数を増やせばなんとかなりそうです。
電源電圧を上げると、DCコンICの出力耐圧が
やばそうなので、無理はしてません。
電源を12Vにして、耐圧の高い駆動用トランジスタを
追加すれば巻き数比は楽になるかな。

ジャンクのスイッチ電源から取り外したトランス、
ヒートガンで加熱したら、コアなどを固定してある
樹脂(接着剤)?が柔らかくなって、うまいことバラ
せます。


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2022年10月27日 (木)

テスター精度確認用DC500V電源制御回路案 #2

テスター精度確認用DC500V電源制御回路案の続き。

パワーを取り出そうとしているんじゃないので、
こんなのは・・・・
Ee1_20221027174601
高電圧の定電流電源を用意しておいて、
GND間の電圧が一定になるように制御。

定電流回路、簡単には高圧電源と抵抗だけ
でも実現可能。
Ee2_20221027174701

これだと500V固定レンジじゃなく、250Vとか100V、50Vの
レンジ切換を1回路で実現できそう。

高圧部、プラス側からの定電流回路、こんなのは・・・
Ee4
絶縁型のDC-DCコンバータを使いますが、
Rsの値で電流を決めたらほったらかし。
  この回路だと、高圧電源に乗るリップルはどうなるかな?
  安定化される?

Pch MOS-FETだと、Vgs電圧の特性が関係して、
Trのように「Vbeはほぼ一定」が使えなくなるんで、
ややこしい。
リニアで使おうとすると、ちゃんとフィードバックが要る。
TL431でうまいこと行けへんか?

出力電圧はマイナス側の定電圧回路で決まりますんで、
電流値はエエかげんでエエ。

※追記
汎用SWレギュレータICでの高電圧の発生、
ONセミコンのアプリケーション・ノートを探すと、
参考になるのが出てきます。
https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN920-D.PDF

・FIG27 MC34063  190V/5.0mA
Fig27
・FIG28 uA78S40 334V/45mA
Fig28

重要パーツがトランス。
これをなにかから流用して手抜きできればと
考えるわけです。

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2022年10月26日 (水)

テスター精度確認用DC500V電源制御回路案

DC500Vを作る元となる高電圧発生回路は置いて
おいて、制御系を考えてみます。

まず、普通の可変電圧電源回路。
オペアンプの電源と主電源の電圧が同じ。
D1_20221026102501
オペアンプの出力にNPNトランジスタをくっつけて
電流を増やします。
最大出力電圧はオペアンプのHレベル出力電圧に
依存します。
だから、LM358などの出力電圧が電源電圧まで
上がらないものは不適格。
R-to-R入出力のものを選びましょう。

「CVCC」電源ならこんな構成でしょうか。
D2_20221026102601
NPN Trのベース電流をR3で供給。
それをオペアンプで引っ張ることで電流を減らして
出力電圧を下げるという仕組みです。

さて、オペアンプ電源と主電源(高圧側)を分離したいとき
はどうすれば・・・
オーディオ・パワーアンプだと「正負」の駆動を考えなければ
なりませんが、正電圧電源だとプラス側の電圧可変を考えればOK。
  ※短絡保護や発振対策など、あれこれ
   ありますよ。

ブースターにNPN Trを使うとすると、こんな感じでしょう。
D3
オペアンプの出力を、直接、高電圧の回路につなぐ
ことはできません。
なにかの緩衝部材が必要です。
この場合はTR1。
オペアンプをオープンコレクタにした、という
感じでしょうか。

エミッタ接地のTR1が途中に入りますんで、
オペアンプ入力の正負がひっくり返ります。
また、出力電圧を下げると、R3の両端に高電圧が
かかります。

この回路の心配点が、TR1がオフしたら、TR2は
フル電圧を出そうとしちゃうこと。
電源投入時や電源断時の挙動を考えなければ
なりません。

この出力段NPN回路では、前段のTR1をこんなつなぎに
する回路も見かけます。
D4
エミッタ接地より、ゲインが下がるので安定する
かも。

もう一つが出力段をPNP Trにする方法。
D5
  ※ダーリントン接続ではありません

この場合、オペアンプがオフしたらTR1もTR2もオフ。
抵抗駆動の出力NPN構成より心配は減ります。

しかし、コレクタ接地のTrが2段となってゲインが
上がります。  ・・・発振するかもです。

その対策(ゲインを下げる)にこんな手法が本に載ってます。
D6
TR2のコレクタ電圧が上がったら、TR1のエミッタ電圧を
上げてTR2のベース電流を減らすことでゲインが下がります。
どのくらい効かすかはR3とR4の比率。

出力段NPNの場合もこんな方法が。
D7  
出力端子電圧が上がったら、TR1のベース電流を
増やしてTR1のコレクタ電流も増やします。
するとTR2のベース電流が減って出力電圧が
下がるという仕掛け。

玉村俊雄著 「OPアンプIC活用ノウハウ」
  では、この負帰還を「マイナーループ」と
  呼んでいます。
Da11
   ※持っているの、1983年の初版でした。

この本↑とこの本↓
稲葉保著 精選アナログ実用回路集
は、アナログ回路の設計製作では手放せません。


※最大出力電圧DC500Vくらいで、テスターの精度確認に
 使えるような電源回路。
 なにか良いのがあれば、ご教示ください。

 出力電流は、テスターを駆動できればOK。
 2kΩ/Vあたりのメータ感度だと0.5mA。
 2mAもあればOKかと。
 それでも、500Vなら1Wの電力に。

 出力電圧を読むのではなく、指令電圧に対して
 追従して欲しい。
 10Vステップくらい。
 ロータリーエンコーダをぐるぐる回して
 出力電圧を設定するという操作。

 高耐圧デバイス、バイポーラ・トランジスタより
 MOS FETから選ぶほうが良いかもしれません。

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2022年10月25日 (火)

「糸ようじ」のプラケースを使うシリーズ:テスター校正用電源

まだ完成形ではありませんが、テスターのDC電圧レンジの
精度を確認するために、でっち上げました。
  1V、10V、25Vの3電圧を出力。

組み込んだのがダイソー「糸ようじ」のプラケース。
F11_20221025092901
2020年4月27日:どなたかいりませんか? まずは抵抗→コンデンサ→IC
の時に頂戴した基準電圧IC「AD2700L」を使った工作です。

  ハーメチックシールのはもう無いようです。
  でも、CER-DIPのはまだ現行品のようです。

F12_20221025092901

25Vを出すため、30V出力のDC-DCコンバータを使いたかったの
ですが、手持ちがありませんでした。
   MINMAX社の±15V出力 MAU109が適合。
   でも、買い置きを使ってしまってました。
そこで、MC34063で昇圧DC-DC回路を。

F21_20221025092901

出力電圧は仕事場のデジボルを「神様」と信じて
ポテンショを調整します。

手抜きで、ユニバーサル基板はネジ止めしてません。
基板を底に置いて、梱包用スポンジ材を使ってフタで
押さえ込んでるだけ。

将来的には・・・
  ・せめてDC 50Vくらいまで出したい。
  ・0.1Vステップくらいで出力電圧を可変。

それがうまいこといったら、最大DC 500Vあたり
のを10Vステップくらいで可変。

直流のがうまいこと行ったら交流に挑戦。

てなところがツール作りの目標でしょうか。

※「糸ようじ」のプラケース関連
2021年3月23日:中波振幅変調電波発生回路 いわゆるAMワイヤレスマイク
2022年7月7日:「糸ようじ」のプラケースを使うシリーズ:赤外線リモコンチェッカー
2022年10月19日:ダイソー「糸ようじ」のプラケース、単3電池が12本入る


※DC0~+50V出力部案
50v
0Vも出せるよう、マイナス電源が必要に
なります。
PWMの発生と制御はArduino-UNOで。

500Vクラスとなると、高電圧の定電圧電源を作る感じに
なるでしょうね。

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2022年5月30日 (月)

モノリシックパワー(MPS)社製ブーストコンバータIC「MP3120」試運転

電池電圧チェッカーでは、検査する電池からLED表示の
ための電力を取り出しています。
使っているのはリニアテクノロジー(現在はアナログデバイセズ)製
の「LTC3400」。
およそ0.8Vの電圧があれば起動します。
これで、計測と表示を行うマイコンのための電源約3.8Vを出力
します。

このLTC3400、徐々にですが価格が上昇。
今は一つ700円くらいになっています。
  ※昔は350円くらいだったのに。
   製造終息品ではなく現行品です。

似たようなスペックの「石」がどこかに無いものかと
探していました。
 ・同じピン配置
   プリント基板のパターンや部品を
   変えたくないので。
 ・同じような能力
   0.8Vで起動してほしい。

見つけたのが「モノリシック・パワー・システムズ」の
MP3120」。
デジキーだと250円くらいの価格です。

スペックで少々異なるのはフィードバック電圧。
LTC3140が「1.192V~1.23V(typ)~1.268V」となっているところ、
MP3120だと「1.17V~1.21V(typ)~1.25V」と少し低くなっています。
  ※およそ2%。 誤算の範囲かと。

さっそくですが、試してみました。
ひさしぶりに引っ張り出してきたDCコンバータの実験回路。
  ・反転型チャージ・ポンプIC:LM2776の特性
なんかで、この実験回路を使っています。
2010年に製作したもので、マイコンは「ATmega88」。
  ※Arduino-UNOを使い始める前です。

U11_20220530165101
組んでいるユニバーサル基板がサンハヤトの「ICB-98」。
「紙エポキシ」なんで切りやすい。
そして、◎パターンはハンダメッキで、手組みに使うのに
最高だったんです。
ところが、ラインナップから外れちゃいました。
ハンダ無しのフラックス仕上げのタイプが出ていますが、
作業の時に手で触ると銅箔面が傷んじゃって使いにくい。
で、このシリーズは使わなくなっちゃいました。

こんな回路。
Dcctest1

MP3120を小基板に組んで、
U12_20220530165201
3.75V出力での、入力電圧を0.1Vステップで変えながら
負荷電流を変えて、出力電圧の変化と入力電流の変化を
グラフにします。
Cap016
Cap015_20220530165401
LTC3400は3.3Vと5.0V出力で計っていますが、およそ、
似たような感じです。
 ・2010年11月04日:LTC3400の特性

実機(電池電圧チェッカー)に取り付けてみて様子を見ます。

※LTC3400の標準回路
T1_20220530165401
※MP3120の回路
T2
R1=1MΩ、R2=470kΩ、L1=10uHで試しました。

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2022年1月14日 (金)

オンボードDC-DCコンバータが入ってこない!

電子部品供給の逼迫で、DC-DCコンバータ(モジュール)が
入ってきません。
「コーセル」に「TDKラムダ」、有名どころのがアウト。
問い合わせに「納期不明」や「半年先」の回答。
この前、困ったのがこれ。
コーセルの15W。
  ・MGS152405  (degikeyで検索)
11_20220114103501
24V入力で5V出力。
できあがった基板へハンダしますんで、同一ピン配置じゃないと
あきません。
なにか代品が無いものかと探したところ、出てきたのが
このモジュール。
12_20220114103501
  ・PDQE15-Q24-S5-D
ctrl:on/off制御のロジックが異なりますが、使っていなければ
置き換えできます。
少し背が高くなりますんで注意。

もう一つがTDKラムダ。
  ・CC3-2412DF-E
13_20220114103501
24V入力で±12V出力。
これも入ってきません。
探しましたら、これが使えそうです。
  ・BTB24-12W12D  (現物はまだ入手していない)

いつまでこんな状態が続くんでしょうねぇ。



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2021年12月24日 (金)

修理:オンボード・スイッチングレギュレータ回路

とある制御回路基板の修理依頼。
  「電源が入らない」という故障内容。
AC100V供給のスイッチングレギュレータ回路が載っていて、
それが動いてません。
電源投入の一瞬だけ出力電圧が出るんですが、すぐにドロップ。

制御部回路に外から電源を加えるとマイコンや周辺が動き出した
んで、一安心。
電源部の故障だと判断できます。

長年稼働したスイッチングレギュレータ、故障原因のほとんど
がコンデンサの劣化。
AC100V入力の平滑コンデンサか出力段の平滑コンデンサ、これを
交換すれば動き始めることが多いかと。

でもダメでした。
どんな制御回路かと追いかけてみたら・・・
富士電機製の電源制御ICが使われていました。
型番が分かればデータシートが引っ張り出せます。
  ※便利な世の中です。

11_20211224152101

データシートのサンプル回路を見て「おっ」と気になった
のが、ICの制御電圧を供給している回路。
スイッチングトランスからダイオードを通って平滑して
ICのVCCに電源供給。
これを追いかけたら電解コンデンサが使われていました。

22_20211224152201

21_20211224152201
23_20211224152201

この小さなコンデンサ、これがアウトになってました。
交換で復活。
めでたしめでたし。

で、ここからが昔の話。
2018年9月20日:バッファロー WiFiルーター 「WHR-G301N」故障
この故障電源。
一次と二次の平滑コンデンサは正常でした。
この時の写真をよく見ると、もう一つ小さな電解コンデンサが
基板に載ってます。
この電源、ひょっとするとこれが悪かったのかも。
捨ててしまったんで、もう確かめられませんが、
今度、似たような修理が来た時は注意しておこうということで。

 

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2021年9月14日 (火)

LM317を電圧可変するとき

たまたま見ていたトランジスタ技術2015年5月号。
T11_20210914113801
この特集、
要点300超! 教科書卒業! 百戦錬磨の回路図

この中の「第3章 百戦錬磨の電源回路
  「必ずお世話になる3端子レギュレータを攻略
  著者 脇澤 和夫 さんの記事、p82
要点89
可変抵抗器はスライダの接触不良が起こりにくくして使う
でLM317につなぐボリュームの接続方法を解説され
ています。

T12_20210914113801

スライダの接触不良が起きてもオープン状態にならないよう
ということで、まとめられています。

※関連
ラジオペンチさん「おもちゃ病院用のDC安定化電源の製作」を拝見して
ラジオペンチブログ:LM317の回路をあれこれ検討、ガリオーム対策と最小負荷電流


※追記
当初、こんな提案をしようかと考えていたんですが、
本末転倒のような気がして・・・
Ll1
  (コンデンサなどは省略)

ADJ電圧を固定したら、そこより1.25V高い電圧が
出力に出て安定化できるかと。

しかし、
 ・オペアンプがいる
 ・基準電圧源がいる
 ・発振しないか?の確認
 ・パワーオン時の挙動は?の確認
 ・オペアンプの発熱は?
    最低動作電流を引き込むんで
    電圧が高いと発熱。
 ・めんどうなことをしても0Vから出力できない
など・・・
余計にわずらわしそう・・・

※電圧設定用可変抵抗器スライダーの接触不良で
 高電圧が出てしまう(かもという不安定要素)を
 解消する方法。 これで決まり!

【2021年9月15日01時12分】の ARO さんからのコメントで
図示いただいたのがこの回路。

317

通常運転時はスライダー(2)がGNDになって、
(1-2)間の抵抗で電圧を制御。
このとき、(3)の電圧は0VでNPN Trのベースも0V。
ベース電流が流れないのでTrはオフ。

もしスライダーがオープンになったら、可変抵抗器の
(1-3)間=1kΩと120Ωの抵抗を通してTrのベースに
電流が流れてTrがオン。
(C-E)間は(B-E)間電圧よりちょっと大きくなるので
0.7Vくらい。
LM317のADJ端子の電圧がこの値に落ち着きます。
LM317のOUTとADJ間の電圧が1.25Vなんで、
(C-E)の電圧を加えて、およそ2Vの電圧がOUTに
出てきます。

トランジスタ1つでスライダーの接触不良で高電圧が出て
しまうという不安が解消できます。
  ※小さなガリは並列に入った10uFが吸収
   してくれます。
絶妙な保護回路。


※さらなる情報
 この回路、
初歩のラジオ、松本悟氏の記事だと思います。
彦左衛門 さんから。【2021年9月15日 13時16分】

※ラジオペンチさんとこでの検証(2021-09-17)
LM317で電圧可変電源を作る時のガリオーム対策の決定版

さらに・・・電圧を調整するボリュームのつなぎ方に話が進む
  ・検索:可変抵抗器の陽極酸化

 

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2021年9月 3日 (金)

ラジオペンチさん「おもちゃ病院用のDC安定化電源の製作」を拝見して

ラジオペンチ:おもちゃ病院用のDC安定化電源の製作
を拝見して・・・
主回路は可変出力電圧3端子レギュレータのLM317
この使い方についてあれこれ。

(1) 短絡保護回路Tr Q1のベースにR1を入れてあります。
  これは
  この抵抗の必要性、ここ↓で解説しています。
    ◆抵抗を1本けちって電源が飛ぶ

(2) どうしたものか、と思うのが、電圧設定用のVR1
  これが短絡(0オーム)で最低電圧(Vrefの1.25V)を出力。
  抵抗値を上げるにつれ電圧が上昇。
   もし接触不良が生じてオープンになると・・・
    最大電圧が出てしまいます。

  こんなこともありました。
    ・アルインコ製12V・3A出力の電源を修理

  これに使われていた電圧調整用半固定抵抗、
  オープンになっても最大出力が出てしまうと
  いうことが回避された設計になっていました。

  スライダーを動かした時の瞬間的な接触不良
  (ガリ)を避けるには、VR1に並列にコンデンサ
  でしょうか。
    放電用にR3に並列にダイオード(上向き)も

LM317やLM337を使って可変電圧出力電源を
作るとき、ボリュームをどうしたものかと
毎回悩む問題です。


※まったく毛色の違うICですが・・・
モトローラのDCサーボモータドライバー(アナログ制御)
MC33030 ・・・もう売ってない!

これの制御入力とフィードバック入力には電圧を
可変するということで、ボリュームを使います。
その接触不良対策。 こんなふうになっています。

  ブロック図
S11_20210903140101

これだけでは分からないので、接続例を。

S12_20210903140101

9番ピンと2番ピンに入力フィルタ用のコンデンサを
つなぎます。
これが接触不良をおこしたら、「えらいこっちゃ」に
なっちゃう。です。
サンプル回路では0.01uF~1.0uFが使われています。


※参
2012年03月05日:おもちゃ病院用電源
供給電源はACアダプタで(18Vくらいを)
  出力電圧0~15V 出力電流2.5A
今さっき見たら、電圧電流表示のプログラムは
Cじゃなく「アセンブラ」で書いてました。
電流検出アンプ LT6100 のお試し回路的な
構成になっています。

※さらに
電圧設定ボリュームに「ガリ:接触不良」が生じた時、
最大電圧が出てしまうという問題、3端子のLM317では
なかなか難しい。
レギュレータの電圧フィードバック端子が別個に出てる
「4端子」レギュレータを選ぶのが解決策でしょうか。
 ・JRC:NJM2389 (4端子 1.5~20V出力)
 ・JRC:NJM2397 (4端子 1.5~20V出力 保守品)
 ・東芝TA4800 (5端子 1.5~9V出力 終息品)

使ったことはないけど、「さすがリニアテクノロジー」
(今はアナデバだけど)というレギュレータ。
 ・LT3083 (5端子 0~23V出力)
0Vから出力が可能。
  ただし、ボリュームを使って電圧可変
  した時は、オープンで最大電圧という
  問題は顕在。
秋月で780円とだいぶと高価だけど。
しかし、応用例が面白い。

・基本回路
31_20210905135801
※RSETがオープンになると最大出力になってしまう。

・定電流回路
32_20210905135801

・組み合わせると、実験用電源回路に
34_20210905135801

・D/Aなど外部電圧で出力電圧を制御
33_20210905135801

※参
ボリュームじゃありませんが、
 「切り替えスイッチ接点接触不良による抵抗値の誤認識」
の例をどうぞ。
 ・2012年08月08日:E-520修理完了

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