マーティーの工房日誌: CO2レーザーその04（高圧電源解析）

「その04」ですが、ま～だ稼働していません(-_-;)

若かりし頃、今はなきCRT（ブラウン管）のTVの偏向・高圧回路に
10年程だったか携わっていた時期があります。
10～17inchだったので、高圧は、20～25KV、電流は、Max 0.5mA辺りでした。
なので高圧電源にとても興味があり嵌っております。

「その03」では、電源ユニットを取り外してきて、蓋を開けたところでした。
では、中を覗いていきます。

FBT、意外と小さいです。
10inchのTVのFBTでも、これより大きかった気がします。

中央のG、IN、5Vのオスコネクタ、ひどいです。
メスコネクタを外すと、ハウジングがなくピンだけなのです。
一瞬、壊したかと思いましたが、メス側には何もありません。

左側は、フルモールドなのに絶縁の熱伝導シートがついています。
右側は、フィンが接触させてあります。

基盤の中央の２つのトランジスタ外形マークがあり、ビスで

裏側に留められ、アルミのケースの底に密着して
筐体全体がヒートシンクになっています。

拡大
何かビニールの破片が付いています。

基盤を取り外すと
何と！絶縁シートが、よがんど～（傾いている）

左の穴がズレて破れています。
ギリギリセーフで動作していたようです。
ショートしたらPower MOS-FETが即死するところです。

基板の裏側

IRFP450LC
このPDFのDatasheetを見ると
VDS：500V ID:14A@Tc25℃のN-ch Power MOS-FET
思ったより耐圧が低いです。
900Vクラスかと思っていました。

基盤の隅に「WWW.JNMYDY.COM」の文字が
「Jinan Zhenyu Electronics Co., Ltd.」というCO2電源専門の会社です。

サイトを英語モードにして
同じ型の40W電源の所をクリックすると、やや応答が遅いですが、
これと

Specificationがあります。
信頼性試験とかもちゃんと記述されています。

5L0380R、Fairchild製
PDF Datasheetには、
「The Fairchild Power Switch(FPS) consists of a
　high voltage power SenseFET and a current mode PWM IC.」

とあります。

高圧制御の心臓部分のようです。

5H、5M、5Lとあり、この5Lは、FOSC：45～55KHz

5Vの3端子レギュレータ
STMicroelectronics製

手前、12Vの3端子レギュレータ
STMicroelectronics製

TL494CN、純正のTI製だ～
ついこの前、電子冷蔵庫の修理で見かけたやつですね～
メインスイッチングは、AC100V整流後の１次側なので
MOS-FETのドライブ回路は、２次側にする必要があり
その為のスイッチング電源用でしょう。

この４つは、シルクがICですが
S8050／DF331 PNP Transistor
Datasheetは、このPDFです。

ちょっと、これ汚いので
外したついでにキレイにしておきます。

このカシメ治具で

AliExpress.com Product - Crimping Tool Crimping pliers For Dupont XH2.54 KF2510 SM 2.54mm 3.96mm plug Terminals AWG28-22/JRD1-1

どうもカシメ具のタイプが違うな～
どうやら間違って買ってたようですが、何とか無理やりカシメて

忘れない内にこれをポチっておきます^^;
下のSN-01BM: Crimping Range: 0.08-0.5mm2 AWG28-20
US$ 10.64（32% OFF）

AliExpress.com Product - SN-01C SN-01BM Cold-pressed Terminal Wire Cable Crimping Pliers Spring Terminal Crimping Tool for Dupont PH2.0 XH2.54 KF2510 JST

2pinのショートアイテムを作り、

［P＋、G］の2pinコネクタを新調して、ショートアイテムを挿しておきます。
後に改造する時に利用できると思います。
3pinの［G、IN、5V］がピンだけになっている理由がわかりました！
半田付けされた後に、シルクマップと逆であることに気づき
手っ取り早くハウジングだけ引っこ抜いたに違いありません。
なので3pinのは、マップとは逆につけています。
ちょっと斜めに付いていますが、キレイになりました！

破れていた絶縁熱伝導シートは、取り替えて広めの1枚物に替えました。
ここは、１次側と２次側の絶縁も兼ねています。
手持ちの3Mのちょっといいやつにしました。

先の5L0380Rの

「current mode PWM IC」ってのが、とても気になります。

たぶん定電流制御のことだと思うのですが、
探しても、この電源の回路図は見つかりません。

しかも、この5L0380Rは、フルモールドパッケージなのに

放熱板に絶縁熱伝導シートがついていました。

これは、1次側と2次側の絶縁を強化するために入っていたのです。

この辺は、真面目な電源メーカーであることが伺えます。

それにしても組立が適当ですね～

ということで、CO2レーザー組立から、更に脱線しますが

回路図起こしてみようかな～

かれこれ十数年前に娘に作ってあげた写し絵用の投写版（A4）です。
3x年前の仕事の時は、CADなんてなかったので
手書きパターンをアートワークする時にA1サイズのを使っていました。
今では、トレース版と呼ぶようで。

写真では、上下にLEDを10個ずつ並べていて
点灯させて上に紙を置くと透けるので写し絵ができるというものです。
LCDディスプレイの導光板の再利用で、冷陰極管があった所に
LEDを並べているので、かなり均一に光ってくれます。

その投射版の上に基盤を乗せると

裏のパターンがキレイに透けて見えるわけです。

歳のせいでパターンを追っていると目がクラクラしてきます。
長くは集中力できず、２日がかりで回路図を起こしました。
最初の方は、キレイに書いていたけど、段々疲れて汚くなってしまいまた(-_-;)

これが、書き起こした生のままです。

そのままでは見難かったので、中央から切って左右を入れ替えました。
が、清書する気力が残っていません(-_-;)
少しは、見直しましたが、多分に間違いが残っていると思います。
「ZYB07313」が、電源ユニットの品番のようです。

回路図全体

回路図全体の右上、ハーフブリッジのLC共振型です。

FBTの1次コイルと直列のC10は、1μ 400Vでした。
ハーフブリッジだからMOS-FETの耐圧が低くてよかったんですね。
LC共振型なのでスイッチングロスも軽減できます。
ここは、1次回路なのでT3で絶縁された2次側からドライブされています。
TVの高圧回路は、Flyback方式で1次側のTrがOFFの時に
2次側高圧にエネルギーが渡されるので大した電力ではありません。
レギュレーションが悪く、ちょっと電流流すと高圧電圧が下がります。
が、これは、2個のFETで交互に2次側高圧にエネルギーを渡せるので
レギュレーションがよく、レーザー電流による高圧電圧の変化が少ないのです。
もはやFlyback方式ではないのでFBTではないですね～
このタイプの電源の設計経験はないのでよく判りません。
この辺に解説があり、LC直列なのでZero Current Switchingらしいです。

回路図全体の右下、
先の予想は、外れでした(-_-;)
5L0380RとTL431で2次側電源の24Vと5Vを生成しています。
"5L"のスイッチング周波数は、45K～55KHzです。

回路図全体の左半分、ここも2次側、Power MOS-FETのGate Drive、
カレントトランスでFBT 1次コイルの電流をFeed Backしています。
［DL］VRでFBT1次側電流Peakを調整しています。
FBTの1次コイルと直列のC10（1μ 400V）とのLC共振周波数に合うように
TL494 3pinの［PL］VRを合わせるのではないかと思います。
［K＋］［L］は、同一ラインで、LOWにすると、
TL494の4pin：DTCがLOWになり、ドライブパルスが出ます。
［K－］＝GNDでした。
［P＋］が、LOWの時、TL494の1pin：1IN＋が有効な電位になり、
ドライブパルスが出ます。
TESTボタンは、［P＋］、［K＋］＝［Ｌ］を同時にLOWにします。
［IN］電圧は、生きているので、操作パネルのTESTボタンと同じ働きです。
ちょっとR25、R29ラインが書き起こしミスっぽいです。
一番の収穫は、この辺の端子の素性がわかったのでスッキリです。