簡易可変型安定化電源

最も手っ取り早く、可変型の安定化電源を製作するのであれば、可変型三端子レギュレータ(LM317等)を使用するのが安易、且つ廉価です。

【参考回路】

しかし、実際に使用してみると、次のような問題があり、あまり使い勝手が良くありません。

• 出力電圧の最低が、1.2Vである。つまり、1V、0.5Vなどの設定が出来ない。
• ボリュームで調整するため、0.1V単位で出力電圧を設定するのが難しい。

そこで、今回は、これらの問題を解決した、「簡易可変型安定化電源」を製作してみました。

<仕様>

• 出力電圧範囲￫0V~15Vを、0.1V単位で設定可能。
• 出力電流￫約500mA
• 電圧設定方法￫アップとダウンのプッシュスイッチによる設定。
• リセット機能￫出力電圧を“0V“に強制設定。
• 設定電圧保持機能￫設定値をEEPROMに記録し、再起動での再設定の手間を省く。
• 表示内容￫設定電圧値、出力電圧値、出力電圧バー、D/A設定バー

設定電圧(V1)をスイッチで設定し、定電圧回路の基準電圧(V2)に、D/A変換の出力電圧を使用し、定電圧回路の出力電圧(V3)をA/D変換で取り込み、設定電圧(V1)と出力電圧(V3)が等しくなるように、基準電圧(V2)の値を制御します。

◎定電圧回路(オペアンプ+トランジスタ)

• 定電圧回路の基本形である、出力電圧を抵抗で分圧して、それと基準電圧を比べる方式を採用しました。
  • 分圧部￫2kΩと10kΩで1/6に分圧、つまり基準電圧の6倍が出力電圧になります。
  • 比較部￫オペアンプで比較
• 出力電流を増強するために、トランジスタ(2SD1828)を用いて電流ブーストします。
• 出力短絡保護回路￫トランジスタ(2SC1815)部分

◎D/A変換(MCP4922)

• 定電圧回路の基準電圧に使用する12ビット(4096)D/A変換モジュールです。
• 基準電圧(2495mV)を使用し、0mV~2495mVを出力します。(分解能≒0.6mV)
• 詳細は、以前に実験した、D/A変換モジュール(MCP4922/12ビット精度)を参照してください。

◎A/D変換(PIC内蔵モジュール)

• 出力電圧の測定に使用する10ビット(1024)A/D変換モジュールです。
• 基準電圧(2495mV)を使用し、0mV~2495mVの入力電圧を変換します。(分解能≒2.4mV)

◎基準電圧発生回路(TL431)

• D/A変換およびA/D変換の基準電圧(2495mV)に使用します。

◎内蔵A/D変換モジュールの初期化

• 変換に必要な基準電圧は、外部(TL431)から供給するように設定します。

◎外付D/A変換モジュール(MCP4922)の初期化

• 内蔵のSPIモジュールを使用して制御を行うため、SPIモジュールを初期化します。
• チップセレクトとデータラッチのためのポートを割り当てます。

◎設定電圧のEEPROMからの取得

• EEPROMから設定電圧の値(0V~15000mV)を取得します。
• この範囲以外の値であれば、0Vとします。

◎出力電圧の測定、換算、表示

• A/D変換を50回行いその平均値を求めます。
• 変換用の基準電圧(2495mV)および分圧比率(1/11)より、次式で換算を行い出力電圧を求めます。
  v_out = v_out * 2.4365234375 * 11.0;
• 求めた出力電圧の、100mV未満を四捨五入し、LCDに表示します。

◎リセット処理

• スイッチ(SW_RESET)が押下されると、設定電圧を“0V”にし、D/A変換モジュールの出力を“0“にします。

◎設定電圧の変更

• スイッチ(SW_UP)が押下されると、設定電圧を0.1V上げます。(最大15000mV)
• スイッチ(SW_DOWN)が押下されると、設定電圧を0.1V下げます。(最小0mV)
• 変更された設定電圧はEEPROMに保存されます。

◎ホールド処理

• スイッチ(SW_HOLD)がOFF“1”のとき、出力電圧制御処理を行います。LCDに“*“を表示します。
• スイッチ(SW_HOLD)がON“0”のとき、出力電圧制御処理は行いません。LCDに“-“を表示します。

◎出力電圧制御処理

• 出力電圧が設定値になるようにD/A変換モジュールへの設定値を調整します。
  • 出力電圧が設定値よりも小さい場合、D/A変換モジュールへの設定値を大きくします。
  • 出力電圧が設定値よりも大きい場合、D/A変換モジュールへの設定値を小さくします。

定電圧回路部分は、ユニバーサル基板に実装しました。

左上:設定電圧
左下:出力電圧
中央上:D/A変換の設定値の表示バー(0~4096を40ポイントで表示)
中央下:出力電圧値の表示バー(0~15000mVを40ポイントで表示)
右上:ホールドマーク(“*”は、制御ON【ホールド解除】、“-“は、制御OFF【ホールド状態】)

ホールド状態にして、設定電圧を12Vにします。(出力電圧は変化しません)
ホールド解除状態でも、設定電圧を変更することが可能です。(出力電圧は設定電圧に準じて変化します)

左側:ホールド状態を解除すると、設定電圧=出力電圧となるように制御が働きます。
右側:リセットすると、設定電圧、出力電圧共に、“0V”になります。

0.1V、0.2V、0.3V、15Vと設定電圧を変えてみます。

如何ですか?
ちょっとした実験をする際には、結構、重宝すると思いますよ!{}!

※出力電流を増加させるには、2SC1815のベース・エミッタ間の抵抗(1Ω)を小さくします。
例えば、0.2Ωにすることにより、出力電流を約3Aまで増加させることが出来ます。