実験用電源ユニット（その２）

　　高効率のスイッチングDC/DCコンバータモジュールを使った
　　汎用の実験用電源です。
　　NiCdバッテリ代用電源も一緒に組み込んでしまいました。

【概要】

実験にこれまで使っていた前ページの「実験用汎用電源」も古くなり、かなり傷んで来たのと
便利な高効率のスイッチング電源モジュールが手に入ったのでこれを利用して
実験用の電源を更新することにしました。
ついでに後ページの「NiCd代用電源ユニット」も中身を一緒に内蔵させてしまいました。
ケースも周波数カウンタなど他の測定器と外観を統一して結構見栄えよく出来ました。


左図は３つの機器を並べて置いているところです。
上から、周波数特性測定器兼低周波信号発信器
８桁周波数カウンタ、本製作の電源です。
これにディジタルマルチメータがあれば、一通りの
実験がデータを元に出来るようになります。

【DC/DCコンバータモジュールの仕様】

今回使ったスイッチング電源モジュールは、新電元工業�叶ｻのもので、秋葉原で
簡単に入手できるものです。
　品名は　「非絶縁型DC/DCコンバータモジュール　　HPH05002M」というシリーズ
です。
ここで使ったものはHPH05002Mで５V２Aのものですが、これとHPH12002Mという
１２V２Aのタイプもあります。
（このHPHシリーズは、メーカでは現在、既に保守廃品種になっています。）

下表がこのDC/DCコンバータモジュールの規格です。

項　　目	規　　格	備　　考
定格入力電圧	３２V
入力電圧範囲	２４〜４０V	かなり幅広いので整流平滑回路 設計はラフに考えられる
効率	75%Typ	効率が良い
動作周波数	35kHz
定格出力電圧	５．０V
出力電圧精度	±５％以内
入力電圧変動	１０ｍVTyp	Vin=24〜40V　Io=定格
負荷変動	90mVTyp	Vin=32V　Io=0〜定格
温度ドリフト係数	±0.7mV／℃	Ta=-10〜80℃
出力電圧可変範囲	約２．５V〜１１V	外付け可変抵抗による
定格電流	２．０A
電流変動範囲	０〜２A
リップル	５０mVp-p	Vin=32V　Io=定格 やや多めである
過電流保護	定格電流以上で電圧垂下	自動復帰

この規格から分かることは、
(1)　入力電圧が高くできるので入力のトランスの選択が楽になる。
　　　また３２V定格はちょうど２４VACを両波整流したときの電圧となります。
(2) 効率が良いので熱設計が楽になる。
　　特にスイッチング方式なので負荷が高いほど高効率になりますから、熱発生
　　が非常に少なくなり、もともとモジュールに組み込まれている放熱板以外の、
　　特別な熱対策は不要です。
(3) 出力電圧が可変できるので実験用にちょうど良い
　　外部に可変抵抗をつけることで出力電圧を可変できますので、便利に使えます。
(4) 十分な安定度を持っている
　　負荷変動、入力変動、温度変動に対し、実験用には十二分の安定度です。
(5) リップルがやや多い
　　５０ｍVのリップル電圧があるのでアナログ回路には不向きです。
　　従ってアナログ用には別に３端子レギュレータによる供給回路を追加しました。

このDC/DCコンバータを下図のように汎用穴明き基板で組み立てました。
配線数も部品数も少ないので、汎用基板で十分でしょう。
この基板にダイオードブリッジや、平滑用コンデンサ、出力用コンデンサも実装して
います。

【仕様】

このDC/DCコンバータモジュールを使って考えた実験用電源の仕様と使い道は
下記のような前提で考えました。

入力電源
　　　ＡＣ１００Ｖ　±１０V　　（最も一般的な値）

出力仕様
　(1) ５V固定　最大２A
　　　ディジタルロジック回路を主な使い道とします。ディジタルカメラ用の電源にも流用
　　　マイコンボードなどの電源にも使えます。

　(2) ２．５V〜１０V（連続可変）　最大２A
　　　汎用の実験用です。
　　　モータ用電源、３端子レギュレータ回路内蔵のディジタル回路、アナログ回路電源
　　　供給用

　(3) １．２Vから１２．５V（ステップ切り替え）　最大０．３A　
　　　汎用の実験用　　アナログ回路、高周波回路用
　　　NiCdバッテリの代用可能
　　　　（出力設定電圧、１．２V、２．５V、５．０V、７．５V、１０V、１２．５V）

【回路構成】

上記仕様を満足する回路構成として下図のような回路としました。
まずハイパワー用の入力電源としては、２４V１Aの電源トランスを使い、最大２４Wですから
効率８０％として２０Wは正味で使えますから、５V２Aで２組はフルパワーで使えますので、
１個のトランスで出力の(1)と(2)をカバーすることにします。
AC２４Vをブリッジ整流、平滑するとおよそDC３２Vとなりますからぴったりの規格になります。

残りのアナログ用の電源には、NiCd代用電源で使った回路をそのまま流用します。
電源トランスには、１６V０．３Aを使いましたので、効率から行けば、０．２A程度が限度ですが
ブリッジ整流平滑回路で、無理すれば最大０．３A程度は出力として取り出せます。

連続可変電圧の出力用に、電源電圧監視が必要なので、ちょっと古くなりますが、アナログ
メータを使いました。これで何となく実験をしている気分になるかと思います。手元にあった
メータが１００μAのメータでしたのでこれに１００ｋΩを直列に挿入して０−１０Vの電圧計と
して使います。１００ｋΩは７５ｋΩの固定抵抗と、５０ｋΩの可変抵抗を直列にして校正が
出来るようにしておきます。
DC/DCコンバータの電圧可変用の可変抵抗にも同じく可変範囲を制限するために１０ｋΩの
固定抵抗と１００ｋΩの可変抵抗を組み合わせています。これでちょうど２．５Vから１０Vの
可変範囲となりました。
出力に並列に接続されている１ｋΩの抵抗は、無負荷の時に、出力コンデンサのチャージを
放電させるためにあります。これが無いと、なかなか放電しないため、メータの動きがスロー
になり電圧設定がやりにくくなってしまいます。

【注意】DC/DCコンバータの可変端子にノイズ取り用のコンデンサを接続すると異常発振
　　　　　するので抵抗だけを接続するようにします。

【実装詳細】

今回のケースには、他の製作例で使ったタカチのプラスチックケースと外観を合わせるため
同じシリーズの中で背の高い「SYH-150」というプラスチックケースを使いました。
ケースの寸法は　１５０W×８５H×１７０D　ですので大型の電源トランスも余裕で実装でき
ます。


ケースの側面には黒い帯びの部分が追加されて
高さが高くなっています。
前面パネルに全ての操作部分を実装しています。




アナログメータによる電圧モニタ
出力端子は端子台とターミナルの２種類
アナログ用電源はスイッチにによる電圧切り替え

内部実装の全体、電源トランスが大きいのでかなりの
部分を占有する。
DC/DCコンバータの基板は立てて実装した。



基板は立てて取り付けるため、L金具を２ヶ所基板に
ねじ固定して振動でがたつかない様にします。



NiCd代用電源で使ったものと同じ基板で、３端子レギュレータ
に放熱器をつけて直接基板に実装します。



アナログメータの取り付けは大きな丸穴に本体を通し、
４本のねじで固定します。
またメータは１００μAの電流計でしたので、直列に約
１００ｋΩを挿入して電圧計とします。
ここに半固定抵抗器を使って校正できるようにします。

電圧切替え用ロータリスイッチと出力On/Oｆｆスイッチ
電源モニタ用発光ダイオードなどの取り付け状態
端子台には貫通型を使い、パネル表面には配線は
出ないようにします。


背面パネルにはヒューズが実装されているだけです。

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