高効率 ( 70%以上 ) 13.8V 4.5A シリーズ型 安定化電源の製作

シリーズ型電源 ( 別名 ドローパー電源 )は、動作
原理も簡単で ノイズの発生も無く、アマチュア無線
用の電源としては 最適です。
但し、シリーズ型電源の効率は 一般的に低いのが
欠点です、出力電流にも依りますが 平均的効率は
 ・ 汎用シリーズ型電源 : 43〜55%
 ・ スイッチング電源 : 60〜80%と言われています
本機は
4A時 74.6%と非常に高効率となっています

シリーズ型電源の効率低下の 主な要因は
 1) 整流ダイオードのロス
 2) トランジスターの コレクタ〜エミッター間ロス
 3) 過電流保護回路用抵抗ロス


これらを対策・対応・改善すれば 効率が上がります
実験主体での高効率のシリーズ型電源の回路図は
次の通りです

シリーズ型電源の効率低下の対策

 1) 整流ダイオードのロス
   電流が多い程 電圧の低下が大きくなりますが 2.0A 流した時の順方向電圧ドロップの量は
   ・ 汎用ダイオード : 0.95V ( ERD29-02, 200V 2.0A )
   ・ SBD ( ショットキーバリアダイオード) : 0.42V ( ERC81-004, 40V 2.6A )
   又、SBDは並列接続可能で 並列で 2.0A流した時の電圧降下は 0.37Vでした ( 汎用ダイオードは並列接続禁止 )

 2) トランジスターの コレクタ〜エミッター間ロス
   電力型 MOS-FETは Rds-on が非常に少なく ロスが少なく発熱も少ない為 放熱板も小さくて済みます
   今回 使用した MOS-FETは 2SK905 で、50V 45A Rds 0.03Ωで ロスが少ない素子です
   4A 負荷時の この部分の電圧ロスは MOS-FETで 0.17V トランジスタは 1.3V でした
   欠点としては ソース電圧より ゲート電圧を高くする必要があります、従って上記回路図の様に 倍電圧整流の
   方式を取る必要があります

 3) 過電流保護回路用抵抗ロス
   過電流保護回路は 我々には必須です、一般のシリーズ型電源では 主電流回路に小値抵抗を入れ その両端の
   電圧を検出し保護回路を動作させますが、当然その抵抗での損出が発生し効率低下をおこします
   MOS-FET使用の上記回路では 過電流時は MOS-FETの ゲート電圧を上げる動作をします。 その電圧により
   サイリスタの ゲート電圧が上がり サイリスタ ( 03P2M )を ON し、MOS-FET を OFF し 無損出の過電圧保護が
   働きます。 尚、リセットする場合は 電源 OFF/ON で復帰します

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内部構造

背面図