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自製 12V 25A
電源供應器

No.27   1995 Apr.   p66~69,   by 施和夫 / BV4DI, P.O. Box790 Taichung


Fig 00

    業餘無線電的樂趣除了作國內外通訊,還可以 DIY (Do It Yourself) 自製器材組件。筆者以前曾寫過數篇有關天線自製的文章,後因接任 CTARL 促進會中部辦事處執行長一職,實在相當忙碌,很難抽空再投入自製的行列。其實,筆者自製過的天線及器材相當多,但由於欠缺製作過程的照片,若要再寫,便須重新製作再拍照,相當麻煩;在此先介紹其他自製品。

    個人在剛考取業餘無線電信人員執照後,積極物色無線電器材設備,準備大肆採購,但是東算西算,所需費用實在相當昂貴;一次買齊則非花個 6~10 萬不可。因為我從國中起即喜好自組電子器材,大學時又讀相關科系,因此決定,機子外的其他週邊設備都採自製。其實,原本連機子也想自製,不過,製造到一半才發覺一些零件不是很容易取得,因而放棄。第一個製造的便是「25A 電源供應器」。


整流品質因線路而異

    電源供應器幾乎是所有無線電機的必需品,在原理上相當容易自製。一般的無線電機皆使用直流電 DC 12V,而家用電壓是交流 AC 110V,所以需要變壓及整流的電路,才能得到所需的 DC 12V。

    一個電源電路最基本的零件,就是一個變壓器以及整流二極體 (如圖一)。雖然這個「半波整流」電路已經可以稱為直流電路,不過,卻是一個相當粗糙的直流,通常多用在充電電路上。

    再進一步的電路稱為「全波整流」,如圖二。同樣的,這個 DC 電源也好不到那去。為了能使這種直流更像直流,通常我們會於輸出端並聯一個電容器來作穩壓,而且,電容量越大越好。

Fig 01
圖一:最基本的「半波式」二極體整流電路。
Fig 02
圖二:「全波式」整流電路。
Fig 03
圖三:「全波式」整流電路加上減低漣波的電容器。

    記得以前在玩自製音響時,常會使用至 100,000uF 的超大型電容器,擴大機的內部,AMP 功率放大器部份才佔全部體積的一點點,其他便是一個大變壓器及二個又大又圓的電容器;此種電路及出來的電壓波形如圖三。

    由圖三可知還是會有不平的漣波存在,當然這跟我們使用的電容大小有關。電容越大,漣波越小,而漣波正是我們不要的。由於一般音響器材使用的電壓皆大於無線電所使用的 DC 12V,漣波的影響並不大,頂多在喇叭處可聽到一些交流哼聲。但是,這麼簡單的結構應用在無線電發射器時,影響就大了,相信每個收到這種帶有漣波訊號的人,都會異口同聲的說「好重的交流聲」,甚或「只聽到交流聲」。即使將電容加到數萬 uF,哼聲的改善還是有限,讓收聽者相當不悅。


漣波要小,電壓要穩定

Fig 04
圖四:一般教科書上可看到的基本穩壓電路。

    為此,一個穩定的電源供應器,便是無線電工作者的重要裝備之一,如何造出漣波更小的電路,便是一個重要的課題,而此種基本的電路,我們可以從許多教科書上看到,如圖四。

    前三個電路很難突破漣波過高的瓶頸,在於電路上的充放電頻率不是 60Hz 便是 120Hz,因充放速度不夠,改善有限。因此,圖四將電源電路分成三個部份,第一部份便是前面所說的橋式整流電路,在這邊採用較高的電壓,通常在 DC 12V 電路採用輸出大於 20V 的變壓器,也就是整流後大於 28V 的電壓 (20 x 1.414),更精確的說法是大於 27V,因橋式整流器本身會產生 1.2V 的壓降。這個部份就如同一較高位置的水庫,先匯集水量變化較大的上游河川的水流,形成水庫後,再出水庫視下游使用量,節流放出,使下游水流保持穩定。

    第二便是節流的部份,此處採用共基集電路,當成一個開關電路,當電壓偵測電路測得低於設定值時,電晶體導通,使電流通過,一旦回到高電位設定值時便關閉;也就是漣波大小可由設計者決定,因而可達穩定電壓的要求。

    而此漣波的頻率,視使用的電量、設計時控制電路的反應速度、及所接的電容器大小而定;而因漣波可設定到很小值,漣波頻率到底是多少,就不是很重要了。


uA741 +「達靈頓電路」+「過電流保護電路」

    電壓偵測的電路,採用便宜又易買到的 OPA 運算放大器 uA741。這只 IC 反應到 100KHz 還不成問題,反應速度絕對夠。至於漣波大小的調整,只要改變 OPA 的放大比便可以了。我是設計為 8mV;而其他電晶體電路的皆採 ON/OFF 模式,也就是電晶體偏壓給的不是 0V 就是 0.8V 以上,所以也就不用太去計算數值。

Fig 05
圖五:筆者自行設計的穩壓電路。

    而為了提高供電能力及耐高安培數,採用達靈頓電路及多組功率晶體並聯方式,以提高放大倍數及電流量,這是一個標準的穩壓電路。

    一個好的電源供應器除了要有好的穩壓電路外,最好還需要「過電流保護」電路。本電路的另一部份便是「電流偵測」保護電路;經實際試驗,當電流輸出到 23A 時,便開始保護,也就是間歇性的降壓,使電流不會超過 23A。若要改變設計的電流,只要更改圖五中 (A) 的電阻值即可。

    照片所示,乃是依此電路組成可提供 12V/50A 的電源供應器。裝置好後,先以大功率水泥電阻接在電源供應器輸出端試驗 (如圖六,註:原雜誌上並無此圖), 電流值可從 V=IR 公式算出;12V 輸出時,1Ω負載為 12A,0.5Ω為 24A,0.25Ω為 48A,依此可試出是否與設計的一樣。一切完成後,便可接上機子,正式操作。


該用多大的散熱板?

    由於功率晶體是用來當作開關,不是 ON 就是 OFF,所以,以四只 2N3055 供應 25A 電源時,只要一般音響用的 40W 散熱板 2 塊就夠了,其滿載的發熱程度僅是溫溫的,沒超過 50 ℃,比變壓器的溫度還低,加個風扇不過在降低密閉機殼內因變壓器所產生的溫昇。


固定電壓輸出

    最後,再給所有自製者一個建議,本電路也是可以調整電壓。不過,據一般經驗,通常會燒機子的原因是,不小心轉動了電壓控制旋鈕。所以,為了降低這個風險,筆者將電壓調整鈕設計於機殼內,固定調整輸出電壓為 13.8V,便鎖上機殼蓋子,使用了三年,未曾變動。不要為了花俏,加個旋鈕卻害到自己!


參考書目:

  1. Integrated Electronics, by Millman and Halkias
  2. Electronic devices and circuit theory, 2nd edition,by Robert Boylestad, Louis Hashlsky
  3. An Introduction To OperatiOn Amplifiers, by Luces M. Faulkenberry
  4. 穩壓電源電路集,林文得編譯,全華書局 END


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