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実験用CV/CC直流安定化電源 [エレクトロニクス]

 実験用の直流 CV(定電圧)・CC(定電流) 安定化電源です。出力電圧は 0~15V、出力電流は 0~1.5A の間で設定できます。自作回路の火入れには電流制限のついた電源があるとたいへん重宝しますので、製作しました。

CVCCPowerSupply_FrontView.jpg

 本機の回路図を以下に示します。純アナログのリニアシリーズ電源です。回路の特徴としては、NPNのパワートランジスタ (2SD180) を負側に配し、コレクタから出力をとることで LDO (Low Dropout) 形式としていることです。入出力差1V以下でも問題なく動作します。

CVCCPowerSupply_Circuit.png

 電圧・電流検出、およびエラーアンプには4回路入りオペアンプ LM324 を使っています。LM324 は単電源+5Vで動作させており、+5V電源は三端子レギュレータ TA78L005で作ります。そこからさらに TL431 で2.5Vを作り、電圧・電流設定の基準電圧源としています。
 出力を0Vから可変とするにはエラーアンプの電源の取り方に工夫が必要で、負電源を用意する回路例も多いのですが、本作は単一電源入力で動作します。そのため、トランス~整流回路部分を今風にACアダプタ等に置き換えることも可能です。LM324の出力が470Ωで強めにGNDにプルダウンされていますが、これはLM324がGNDレール近くの電圧を出力する場合にシンク電流が足りず、出力が0Vまで落ちてくれないことの対策です。
 実はこの電源、1980年ごろ (中学生時代ですね) に製作した安定化電源をリストアし、部品を再利用することで作っています。オリジナルの回路は以下のようなもので、教科書通りの定電圧電源回路でした。使用している石が時代を感じさせます。

CVCCPowerSupply_org.png
 出力短絡に備えて一応電流制限回路も入れており、それなりに使えていましたが、最大の不満は出力電圧の下限がツェナーダイオードの電圧で決まり、0Vからの連続可変ではないことでした。電池1本分の 1.5V が出力できないのはやはり不便です。また、1石のエラーアンプではさすがに利得が少なく、ロードレギュレーションもあまりよくありませんでした。会社に入って市販のCV/CC電源の便利さに慣れてしまうと、どうにも我慢ならなくなり、作り直しを決意しました。筐体、電圧計、電流計、電源トランス、ヒートシンク (とおまけのパワートランジスタ) など、大物の部材はほぼそのまま流用することとし、制御回路部分のみを近代化しています。

 定電圧モードで12Vを出力している状態で12Ωの抵抗負荷を着脱し、0→1A、および 1→0A の負荷電流変動を発生させた時のロードレギュレーション波形を以下に示します。応答時間は概ね10us程度で、リニアレギュレータならではの高速・クリーン電源となっています。

CVCCPS_Transient_0to1A.png
CVCCPS_Transient_1to0A.png

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タグ:電子工作
コメント(1) 
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PDC加藤

CV-CCの電源回路を探していてここへたどり着きました。すっきりした簡単な回路で、動作がわかりやすく(Vo/6 とか、1V/A とかの表記もありがたいです)、しかも LDO で 0V まで可変という素晴らしいスマートな回路だと思いました。

メーカー製の電源は2、3台持っていますが、小型の 1A までの CV-CC電源の横に並べて机の上に置くのには大きすぎますので、小型の 18V 3A くらいのを作ろうとしております。

オペアンプのゲインを決める抵抗の値を変え、電流検出用抵抗を 0.1Ω くらいにし、1S1555 とオペアンプのあいだに LED を入れて CC 表示をしようと思っています。
by PDC加藤 (2021-09-18 11:57) 

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