DC安定化電源の設計に関する問題の解決策
直流安定化電源の設計
三相整流変圧器の設計には、一次巻線と二次巻線の接続モード、二次側電圧の計算、一次側と二次側の電流の計算、容量の計算と決定、および選択が含まれます。構造形式のこと。 その中でも、一次巻線と二次巻線の接続形態と二次側電圧の決定が重要な解析内容となります。 この記事では、ステッピング モーター ドライバーの 3 つの DC 電源の設計を例として詳しく紹介します。
二次側電圧の決定
二次電圧は、負荷電圧（設計対象の直流安定化電源電圧）や整流回路だけでなく、電圧安定化装置にも関係します。 要件の高いブリッジ整流回路の場合は、コンデンサ フィルタを使用して電圧を安定させ、電圧安定器で電圧を安定させます。 要件が低い場合は、電圧を安定させたり、電圧を安定させるためにコンデンサを使用したりすることはできません。 図 1 に示すように、プラス 7V の低電圧駆動は主に位相ロックに使用されます。 電流が小さく、電圧も低いです。 タイプの電源と高周波、大電流および電流変化率は高い過電圧を生成するため、電圧を安定させるために電解コンデンサを使用し、電流を制限するために抵抗を使用する必要があります。 プラス12Vはコンピュータや集積回路の電源として使用されており、小電流・低電圧です。 ただし、安定した電圧と小さいリップル係数が求められるため、コンデンサと三端子レギュレータを使用して2段階で電圧を安定させます。 電圧安定化方法が異なると、二次電圧の決定方法も異なります。 理論的には、3 つの電圧の計算式は同じです。つまり、U2=Ud/2.34 または UL=Ud/1.35 であり、計算された 3 つの 2 次電圧は次のとおりです。電圧は 5.2V、 81.5V と 8.9V ですが、このような計算結果は実際には適切ではありません。 したがって、一部の量は工学的な推定式によって決定する必要があります。 たとえば、三相不可逆整流システムでは通常、式 UL=({{20}}.9 ~1.{{30}})・Ud 推定値を使用します。 、DC 側が電解コンデンサによってフィルタリングされている場合、出力の平均値は増加します。これは一般に、式 UL=Ud/2½; によって推定されます。 DC 側がコンデンサと 3 端子電圧レギュレータによって安定化されている場合、安定性電圧範囲を拡大するには、一般に Ud を 3 ～ 6V 増加させ、式 UL=({ {42}}.9 ~ 1.0) · ウド。 このようにして決定された 3 つの二次電圧は次のとおりです: UL7=0.9×7=6.3V、UL110=110/21/2=78V、UL12=16×0.{ {43}}.4V。
1. 電流計算と容量決定の第 2 例
二次電流は負荷電流の大きさと整流回路に応じて決定してください。 図 1 では、三相ブリッジ整流回路が使用されており、3 つの二次電流の実効値は、式 I2=(2/3)//Id を使用して取得されます: 3.26 A、6.5A、1.63A 、3つの二次電圧と電流が得られます。 変圧器の一次電力と二次電力がほぼ等しいという原理に従って、一次電流I1=1.45Aが得られ、変圧器の容量はS=953VAであり、変圧器モデルは1.5kVAに応じて選択されます。
1. 二次巻線の接続形態の決定
三相変圧器の巻線は、必要に応じてスター型またはデルタ型に接続できます。 三相整流回路は一般に大電力整流（つまり、負荷電力が 4kW 以上）に使用され、変圧器は通常、Y/Δ と Δ/Y の 2 つのタイプに接続されます。 Δ/Y 接続により、電源線電流を 2 段階にすることができ、正弦波に近くなり、高調波の影響が少なく、制御可能な整流回路がより多く使用されます。 Y/Δ 接続は単相 AC 電力を提供し、二次巻線電流を低減できます。一般に、高出力ダイオード整流回路で使用されます。 小電力三相変圧器の場合、Y/Y タイプに接続されることがありますが、この接続方法では電力網に高調波が発生します。 しかし結局のところ、その力は小さく、影響も小さい。 つまり、選択する際には、電力網への影響を考慮するだけでなく、巻線電流を最小限に抑え、巻線の絶縁レベルを下げることも考慮する必要があります。 図 1 では、7V と 12V の電流が比較的小さく、電圧が低く、スター接続方式が選択されています。 110Vの電流は大きく、電圧は高すぎず、Δ型接続方法が選択されるため、巻線内の電流を大幅に削減し、巻線の直径を小さくし、巻線の長さを延長できます。 耐用年数; 一次巻線の線間電圧は高く（380V）、変圧器容量は2kWしかなく、一次電流は1.45Aなので、スター結線方式により巻線の電圧を下げることができ、巻線の絶縁を低くすることができます。
整流回路設計
三相整流回路は、通常、三相半波整流回路と三相ブリッジ整流回路とを備えている。 三相ブリッジ整流回路は、出力平均電圧が高く、電圧リップルが小さく、品質係数が高いため、よく使用されます。 ブリッジ アームのダイオード タイプの選択は、主にその定格電圧と定格電流によって決まり、定格電流と電圧は平均負荷電流と電圧によって決まります。 計算式は次のとおりです: ID=(1/3)1/2・Id、ID( AV)=ID / 1.57、UDn=(1 ~ 2) 2 1/2・U2、モデル整流器の値は、ID (AV) と UDn を含むダイオードのマニュアルを確認することで判断できます。
フィルタリングおよび電圧安定化回路の設計
1)、フィルタ回路とデバイスの選択
整流フィルタ回路は通常、コンデンサ、インダクタ、RCなどのフィルタ回路を備えています。 インダクティブフィルタは、インダクタンスを利用して脈動電流に対して逆起電力を発生させ、電流変化を妨げることで実現されます。 インダクタンスが大きいほどフィルタ効果は高くなります。 一般に、負荷電流が大きく、フィルタリング要件が高くない分野で使用されます。 RCフィルター回路は、抵抗とコンデンサを接続して使用するフィルター回路です。 抵抗は DC 電圧の一部を低下させるため、DC 出力電圧が低下するため、小電流回路にのみ適しています。 コンデンサフィルタはコンデンサの充放電効果を利用して整流出力電圧を安定させるもので、電圧振幅が大きくなりフィルタ効果が良く、各種整流回路に適しています。 フィルタコンデンサの選定は主に種類、容量、耐電圧値の決定となります。 一般的に使用される整流フィルタ コンデンサには、アルミニウム電解コンデンサ、タンタル電解コンデンサ、ポリエステル コンデンサ、および積層コンデンサなどがあります。 アルミ電解コンデンサは、漏れ電流が大きく、耐電圧が低く、動作温度（プラス70度まで）が低いですが、容量が大きいため、コンデンサの寿命が長くなります。 タンタル電解コンデンサは、漏れ電流が小さく、アルミ電解コンデンサよりも耐電圧と動作温度が高く、一般に要求の高い場所に使用されます。 ポリエステルコンデンサは、絶縁抵抗が大きく、損失が低く、動作温度が低く（プラス55度まで）、容量が小さいが、耐電圧が高い。 積層コンデンサは小型化と高耐圧化が可能です。 性能や熱性能は比較的安定していますが、容量は小さいです。 一般に、整流された出力電流が大きい場合、電圧をフィルタリングして安定させるために電解コンデンサを使用する必要があります。 出力電流が小さい場合は、フィルタリングに通常のコンデンサまたは電解コンデンサを使用できます。 DC 出力電圧にリップル係数の要件がある場合、または高周波ノイズを防ぐために、電解コンデンサを使用します。小容量の無極性コンデンサと並列に使用することをお勧めします。小容量のコンデンサは高次高調波を除去できます。脈動する直流では、電解コンデンサが大きな値の低周波成分をフィルタリングすることができ、電圧安定化範囲が広く、効果が良好です。 整流・フィルタ回路にはコンデンサの容量や耐圧をあまり必要としません。 一般にコンデンサの容量は出力電流に応じて見積もられます。 出力電流が大きければ容量も大きくなりますが、出力電流が大きければ容量も大きくなります。 電流が小さいと容量も小さくなります。 ただし、容量が大きすぎると出力電圧値が低下し、小さすぎると電圧リップルが大きく不安定になります。 容量を決定するには、表 1 を参照してください。 耐電圧値は一般に接続回路の使用電圧の1.5～2倍です。
2)、電圧調整回路とデバイスの選択
電圧安定化回路にはディスクリート部品電圧安定化回路と集積化電圧安定化回路の2種類があり、集積化電圧安定化回路は主に低電圧、小電流の整流回路に使用されます。 。 選択する場合は、まずシリーズ、プラス電源かマイナス電源か、調整可能か固定かを決定し、次にその定格電圧と定格電流に従って特定のモデルを選択する必要があります。 同時に、電圧安定化装置が整流回路に接続されている場合、入力端子での短絡を防ぐために I/O 端子にダイオードを接続する、入力端子と入力端子の間に小さなコンデンサを接続するなど、いくつかの保護部品が必要になります。グランド、入力電圧振幅などを制限することができます。
DC 電源の設計は理論的には比較的単純ですが、特定の工学設計ではさらなる分析、研究、実践、要約が必要です。
