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四本足に2つの車軸
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6000系っぽいPCケース(木製)を作ろう


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定電流回路と電圧制御回路


先も示した全体の回路図を再掲載
01回路全図
回路図において、前回書いた降圧整流部分のすぐ右側に、ヒューズがどちらかのみ飛んだときすぐに分かるようにパワーランプ(LED一灯)が付けてあります(これまで表示灯にするとさすがにくどいと思った)

ですが、大体飛ぶときは両方一度に飛ぶことが判明してあまり意味はないかもです。ダイオードブリッジが壊れたりしたときは分かりますが・・・・・・

その後はファンのスイッチ、定電流回路(安定回路)と運転灯、電圧制御回路、電圧計(図だとここの順番が逆になっている)とファンの順に繋がっています。

定電流回路は抵抗を挟むだけでも代用できますが(もともとそうするつもりだった)、今回は供給電圧がトランス降圧でコンデンサ平滑の為、負荷によって出力が激しく変わり(20~35V)抵抗だけでは対応できないため定電流回路を組みました。降圧整流部分をケチったつけがこんなところに出てきてしまいました。

ここで役に立つのが定電流回路です!
定電流回路は電圧に関わらず電流を"ほぼ"一定値に保ってくれる優れものです。

今回使用した定電流回路はトランジスタ2石を使った一般的な定電流回路です(下の回路イメージ図)
07定電流回路
左が運転灯「電源」以下「計器灯」の回路になっていて、右はフォトカプラ付の回路図で、「MSG」「HDD」表示灯に組み込んであるものです。マザーボードのコネクタから引き出したLEDをフォトカプラでリレーして表示灯を点灯させます。

このフォトカプラは市販のものを利用してもいのですが、φ5のLEDとφ5のフォトダイオードがちょうど余っていたので自作してみました。

製作のイメージ図
08フォトカプラ
LEDとフォトダイオードを向い合せ、隣り合ったフォトカプラと干渉するといけないので配線用の黒チューブ(熱収縮チューブでもよいかも)を被せました。
すべてφ5mmサイズでそろえると隙間なくぴったりとはまって(LEDの台座だけはみ出す)綺麗に見えます。

作ったもの
フォトカプラ
基板実装後ですが、横長の3つ縦に並んでいるのが自作フォトカプラです

回路イメージ図的にはこの部分です
05フォトカプラ


次にいよいよ電圧制御部分です。

電圧制御には低ドロップタイプでは一般的な3端子レギュレータ、型番LM-1086を使いました。

回路図は仕様書を見て、他のHPをちら見しながら自作しました。
09制御01

※作ってみたいと思っていらっしゃるそこの貴方へ
今回製作した回路の抵抗値やコンデンサ容量、素子の選定は在庫があるものを使い、仕様書を参考にブレッドボード上で試験して選んだものがほとんどで理論計算はあまりしていません。もしかしたらどこかの素子にえんらい負荷がかかっている可能性もあります。(2か月余り使ってみて好調なので大丈夫そうですが)電気工作を専門に扱う詳しいサイトはたくさんあるので、それらを参考にした方が良いかも・・・・・・?

どうしてこんなにややこしくなってしまったのでしょうか?

理由は2つあります。一つは出力増強のためにトランジスタ増幅回路を組み込んだこと、もう一つはスイッチ投入直後に出力不足でファンが回らなくなることを防ぐため、一時的に高い電圧を流せるようADJにコンデンサとトランジスタを挟んだことです。

●一つ目の理由による変更

LM-1086は内部消費の関係から出力電圧と電流が比例関係にあり低電圧出力(3端子レギュレータにかかる負荷が大きい)だと流せる電流も少なくなってしまいます。そのままだとファンが必要とする電流が供給できずファンが回らない現象が起きたため、回路図左上(Vin部分)にトランジスタ2SA1941を入れて電流出力の増幅をすることにしました。

●もう一つの理由による変更

前回にも書きましたが、ファンはモータであり、始動には大きなエネルギーが必要です。今回の回路で出力を一番搾った状態だとファンの回転を維持し続けることは出来ても、始動するにはエネルギーが足りません。

例えば常に低出力で使っているとき、電源を入れるたびに回転ボリュームをいじるのは面倒です。そこで、始動の際だけ高出力が出るようにADJ-GND間に改良をしました。

原理
スイッチを入れた直後、三端子レギュレータのADJに繋がるトランジスタ(2SC1815)のベースに繋がれたコンデンサ(330μF)へ電荷がたまり始める。(↓)
09制御02
電荷がたまるまでは電圧が上がらないため、トランジスタ2SC1815のベースには電流が流れず。よってADJの電流は可変抵抗を通った後抵抗1kΩ側へ流れる。

これにより、電源を入れた直後ADJには必ず1kΩ以上の抵抗がかかり、Voutでは20V前後の高出力が得られる。

330μFのコンデンサに電荷がたまるとトランジスタ2SC1815のベース電圧が上がり、ベースエミッタ間に電流が流れ始める。(↓)
09制御03
ゲートがトリガーすると、電気は抵抗が少ない方へ流れるため、今まで1kΩ抵抗を流れていたADJからの電流はほぼ無抵抗となったトランジスタをコレクタからエミッタへ流れるようになる。これによって1kΩの縛りがなくなるためVoutは可変抵抗が低い出力を指定していた場合は指定した出力値まで下がる。

という仕組みになっています。

回路を組み立てるとこんな感じになります。
DSC08348.jpg
トランジスタと3端子レギュレータ(2SA1941とLM1086)は先に切って(ちぎって?)穴をあけた放熱板にシリコンゴムと(LM1086はブッシュも)を介して取り付けます。これが無いと2SA1941のコレクタとLM1086のVoutがお互い短絡してあぼーんします。

製作した回路は5in.ベイ部分へ挿入して組み付けるため、端材を切って土台を作り、足つきナットで固定します。
DSC08535.jpg
右側回路が今回作成した制御部分。上の放熱フィンにネジ止めされているのがトランジスタと3端子レギュレータ(2SA1941とLM1086)

左側の基板は次回作成するPC電源関係のリレー回路です(フライングw)


今回はこの辺りまで。次はPC電源のスイッチ回路を組み立てます。

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