湖南電源⑭追加安全性保証回路の設計

2020/07/27 06:00

延伸線2CH走行電源と湖南2CH電源に追加搭載する安全性保証回路の設計です。　前者は2.2A、後者は2.7A動作の過電流保護を各CH1.3A動作に、かつ保護回路動作をパイロットランプ表示させる設計変更です。

これは後戻りできない、したくない筆者のある意味悪あがきで、設計プロセス開示しますが製作推奨しません、採用は自己責任でお願いします。　省スペース低コスト2CH電源コンセプトを活かす為の『露太本線の七転八倒記』としてご笑覧ください。

１．ラッチ回路
ラッチ（Latch）とは門などの錠の事、鉄道改札の意味もありますね。　ラッチ回路は1ビット、例えばON/OFFを保持する回路で、デジタルゲート利用方式が良く知られてますがここではトランジスタで構成します。

トランジスタ2個で構成される電子スイッチです、拙ブログのレイアウト制御リレードライバーの構成に似てます。　違うのは解説の様にON/OFFが相互依存してる点で、一旦ONすればONしっぱなし、OFFも同じで状態保持機能がある事です。

図ラッチ回路のキモはNPNトランジスタベース、ここに起動パルス入力すればOFF⇒ON、開放または接地すればON⇒OFFします。　電源スイッチONでラッチ回路ONするのは簡単、コンデンサ1個でできます。

電源入力とNPNトランジスタベースをコンデンサ接続するとコンデンサを充電する微分パルスが発生し、これが起動パルスとなってラッチ回路をONし回路基板に電源供給します。　保護回路動作でラッチ回路OFF時は電源スイッチOFF/ONで起動パルスを発生するリセット機能を持ちます、勿論保護回路動作の原因除去してからですが。

２．予備実験と回路設計
回路設計は頭の中でできますが、動作確認しないと部品発注もできないので、手持ち部品でバラック回路を組み実験しました、

手持ち2CHメイン基板を使い手前小型基板に実験回路を組み、設計の基本動作する事を確認しました。　半田ゴテ根元コード近くでパイロットランプが緑点灯してます。　最終使用部品到着を待って再度確認と詳細の詰めが必要です。

予備実験結果を元に設計した安全性保証回路です。　回路基板入口のポリスイッチPS91がこちらに引っ越し、追加部品で構成されてます。　基本ラッチ回路にコンデンサ2個、ポリスイッチ付きトランジスタ2個を追加した回路構成です。

３．部品選定と動作解説
どんな部品選定基準なのか？この部品は何故この値なのか？そしてどう動作するのか？参考に解説します。

①PNPトランジスタ2SB1018
予備実験はHyper-G出力トランジスタ2SA1359使いましたが、絶対最大定格電流3AではACアダプタ3A、ポリスイッチ2.7Aに対して余裕が少なく、高速動作の必要がないので別品種を使います。

決め手は十分な電流容量と電圧ロスが少ない事です。　直流電流増幅率データから十分な電流を低損失で供給するには最低70ｍA、余裕見て100ｍAのベース電流が必要です。　この時4本並列470Ω損失が0.26Wになるので1/2W品を使ってます。

②TR92ベース抵抗R94
100ｍAの2SB1018ベース電流を流す2SC1815直流電流増幅率は100 min、最低1ｍAのベース電流が必要です、R93を5.6kΩにして倍の2ｍAにしてます。

③起動パルス発生C91
TR92ベースGND側抵抗R94 5.6kΩと微分回路を構成するので2.2～4.7μFが適当ですが、手持ちがなく10μFを使います。　OFF/ONのリセット動作応答時間が0.1秒必要ですが実用上問題ないと思います。

④ポリスイッチPS91 2.7Aトリップ品
回路基板から移動しここに設置します、オリジナル設計では回路遮断とパイロットランプ緑⇒赤表示機能を果たしてますが、ラッチ回路が双方機能を肩代わりします。

安全上はACアダプター内蔵過電流保護回路が動作し表示LED消灯で問題ありませんが、通常見える場所には置きません、急な電源OFF状態に戸惑うでしょう。　このポリスイッチ動作でラッチ回路をOFFしパイロットランプ赤表示する目的で残してます。

⑤PS92/PS93とTR93/TR94
オリジナル設計で回路基板GND接続の電源出力マイナス端子は、安全性保証回路の1.3Aポリスイッチ（または0.47Ω金属皮膜抵抗）を介してGND接続します。　PS92/PS93の一方がトリップする（または金属皮膜抵抗両端電圧が0.6Vを超える）とR95/R96によりTR93/TR94 ONしてラッチ回路OFFし、パイロットランプ赤表示状態を保持します。