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マイナス電源の生成

正電圧から負電圧を作ってみました。
いわゆるチャージポンプと言われる回路です。

回路図作成と配線図作成は、KiCADを使用しました。

KiCADは無料で使用できる高機能な設計ツールで、ライブラリーも豊富です。

実は、最初簡単な回路なので、何も考えないで作ったのですが、全く動作しませんでした。

この回路の肝は、C3コンデンサにチャージ後、GNDへ強制放電させる必要があるのにQ2を付けていませんでした。

お恥ずかしい。。。。。。(汗)

さて、配置図と配線図は以下となりました。

そうそう、フットプリントのカソードの向きが間違えているものがあり(実際はダイオードのピン番号の振りが異なる為?)、過電流が流れて焦りましたが、正しいフットプリントにして、ダイオードの向きを正しく取り付けでOKとなりました。2pinのダイオードは要注意かもしれません。

パーソナルCNCで持っていれば、ベタ基板をカットして、後はハンダ付だけとでき、格好も良いのですが、あいにく持っていないので、ユニバーサル基板で作成しました。

あまりキレイではありませんが、予めCADで片面配線図を作成してからだと配線の失敗もなく比較的楽に配線できます。

使用したトランジスターは利得が高いので抵抗R4はもっと大きな値でも良いのですが、極力電圧損を減らしたいので、LMC555の最大値100mAを超えない範囲の抵抗値としました。

しかし、1Wオーバーが必要となり、手持ちでは手頃なのがありませんので、変換基板を利用して、2W抵抗を作成しました。

1/4W 抵抗を8個並列にして(ばらつきにより負荷が偏ることがあるので)ほぼ2Wの抵抗としました。

負荷試験は、改めて実施予定ですが、とりあえず無負荷状態での電源ノイズ(リップル?)を測定してみました。

大体10mV程度、まぁ許容範囲か….(GNDの引き回しをもっと工夫するだけでもっと小さくなるかもしれません。)

LMC555の発振周波数は、100kHz程度を考えていましたが、200kHzオーバーでも波形も綺麗で安定していたので、200kHzとしました。オーディオ帯域から十分離れた周波数とできました。

今回は、手持ちの部品の関係で、希少となりつつあるオーディオ用トランジスタを使用しましたが、R4を小さめの値としているのでIcさえ大きければ適当なコンプリメンタリトランジスタで良いと思います。

 

追加試験:

格安の電子負荷(↓)を入手したので、簡単な負荷テストを実施してみました。

この定電流電子負荷モジュールなかなか便利なので、フローティング電源とすればいろいろと実験できそうなで、そのうち筐体に入れて、便利グッズとして長く使えるようにしたいと思っています。

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16.5V入力の場合、負荷電流値が150mAくらいまでが、現状の回路での限界(充放電が追いつかなくなる)のようですが、80mAを超えるあたりからは、Q1,Q2トランジスタの発熱が大きくなり、放熱板が必要そうです。逆に大きな負荷電流は流せないので、三端子レギュレータの放熱板は削除しても良いかもしれません。

Q1,Q2に放熱板をつけるのであれば、C3、C4の値を、もっと大きな値にすることで負荷電流の対応範囲を広げられるかもしれません。

負荷電流が150mA程度で十分な場合は、負荷が増えるとスイッチングノイズが増えるので、三端子レギュレータの前にローパスフィルタを追加するほうが、C3,C4の容量増加より効果的かもしれません。

作るのが面倒な場合、以下のようなものもあるようです。

いかにも中華製品で1.5Aなどと謳っていますが…..

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