0306
Stabilizovaný zdroj 13,8V/25A
18.11.2010

Musím zdůraznit že tato stavba není pro začátečníky. Zacházíme se síťovým napětím a při neopatrné manipulaci nebo práci hrozí nebezpečí života. I když se síťová část tváří mírumilovně, je smrtelně nebezpečná. Hotové zařízení musí vyhovovat všem platným předpisům a normám.
Špičkový odběr z tohoto zdroje je 25A při výstupním napětí 13,8V. Větší schema si můžete stáhnout ve formátu PDF. Po zkouškách nadproudové ochrany jsem ve svém provedení pojistku FU2 zrušil jako zbytečnou. Pokud jí tam necháte, není to na závadu.

USMĚRŇOVAČ

Ve schematu jsou zakresleny dvě diody. Od nich jsem upustil pro nutnost vyrobit k nim ještě odizolované chladiče. Použil jsem můstkový usměrňovač KBPC2506. Ten  má katalogový trvalý proud 25A/600V. Mohl jsem pochopitelně použít můstek na nižší napětí, tenhle byl ale doma.
Pokud použijete jiný typ můstku nebo diody, musíte brát v úvahu nejen proud, ale i závěrné napětí. V kladné půlvlně se totiž sčítá špičkové napětí sinusového průběhu s maximálně možným usměrněným napětím na elektrolytickém kondenzátoru. Ten se bez zátěže nabije také na špičkovou hodnotu usměrněného střídavého napětí. Pokud je Uef  výstupního vinutí transformátoru 18V, potom maximální možné závěrné napětí Udz je:
Udz = 2 x Uef x √2
Udz = 2 x 18 x 1,414
Udz = 51V

Je dobré toto napětí ještě zdvojnásobit s ohledem na možné přechodové jevy.
Můstek má všechny vývody odizolované od pouzdra a tak je možné ho místo na chladič přišroubovat na hliníkovou bočnici skříně která svojí plochou zajistí dobré chlazení. Při montáži nezapomeneme na styčné plochy použít tepelně vodivou pastu.
Součástí usměrňovače je také vstupní elektrolytický kondenzátor C3. Jeho hodnota se správně vypočítává, ale pro orientaci si můžeme pamatovat, že jeho přibližná hodnota je velikost proudu v Ampérech krát 1000µF. Zabudovaný filtrační kondenzátor ve zdroji má hodnotu 33m. Zdůrazňuji, to je 33milifarad a to se rovná 33000µF.

PŘEPĚŤOVÁ OCHRANA

Na jaké napětí vlastně přepěťovou ochranu nastavit? V manuálech je uvedeno napájecí napětí pro:  Nechá se předpokládat, že tato tolerance bude u všech transceiverů s napájecím napětím 13,8V stejná. Horní hranice napětí vychází na 15,87V. Optimální bude nastavit ochranu přibližně na napětí 15,5V. (Je nutné si to ale překontrolovat v manuálu k rádiu.)  Použil jsem zapojení, které jsem již dříve popsal.  V tomto případě vyhovovala sériová kombinace transilu 9V a Zenerovy diody 5V1. Po zkušenostech jsem vypustil i paralelní vyrovnávací odpory k diodě a transilu které jsou v původním článku. Schema zapojení celé ochrany je velice jednoduché a tím i spolehlivé.
Záznam ukazuje rychlost fungování přepěťové ochrany. jeden dílek na vodorovné ose je 40mS. Nastavené napětí je podle digitálního voltmetru 15,45V, osciloskop ukázal Umax 15,78V.

NADPROUDOVÁ OCHRANA

Nějak jsem přišel na chuť tyristorům. Proto jsem ho použil také na proudovou ochranu zdroje. Jak funguje?
Proud protéká směrem šipek. Se vzrůstajícím proudem se zvětšuje i úbytek na odporu R1 a tím i napětí mezi elektrodou G a katodou. Při vzrůstu Igt nad spínací úroveň tyristor sepne, propojí se  body A a B, klesne napětí Ueb tranzistoru a tranzistor se zavře. U tyristorů Tesla se udává spínací proud Igt. Dál je v katalogu velice nepřesný údaj o spínacím napětí (Ugtmax<1,8V). To je nám ale víceméně na prd. Proto si musíme toto napětí změřit. U vzorků které jsem měl k dispozici bylo napětí u tyristorů KT710 Ugt~0,6V a u KT206/600 Ugt~0,85V. 
V našem případě požadujeme maximální proud zdroje 25A. Všechny tři tranzistory mají stejný zesilovací činitel, předpoklad je tedy, že i proudy Ie jednotlivých tranzistorů budou stejné. K tomu přispívají i vyrovnávací odpory R1, R2 a R3. Aby vznikl úbytek 0,85V pro sepnutí tyristoru KT206/600 musí odporem R1 protéct proud 8,5A. Celkový proud zdroje bude omezen proudem 3 x 8,5A = 25.5A. Pokud bychom měli tyristor s menším spouštěcím napětím, připojíme k R1 paralelně trimr s odporem třeba 1k a elektrodu G připojíme na běžec trimru. Tak si pohodlně nastavíme pořadovaný proud. Pro volbu tyristoru jsou dvě kritéria:
  1. dostatečně velké napětí tyristoru
  2. proud tyristoru musí snést proud stabilizátoru při zkratu výstupních svorek.
Jaké jsou výhody této pojistky? Rychlá reakce na zkraty i na zapůsobení přepěťové ochrany, odstranění přechodových odporů na pojistce ve výkonovém obvodu, po vypnutí zdroje a vybití kondenzátoru C3 spustíme zdroj opětovným zapnutím. Pokud bysme chtěli vybití kondenzátoru urychlit, připojíme k němu paralelně vybíjecí odpor. Při oživování nezapojíme tranzistory Q2 a Q3 a  funkci ochrany přezkoušíme třetinovým proudem.
S jedním výkonovým tranzistorem náhodně vybraný tyristor KT206/600 omezil vyšší proud než 9,3A na 3A. Při třech tranzistorech paralelně je to proud 28A. Tyristor KT206/600 pracuje při sepnutí s maximálním povoleným proudem a je nutné ho dobře chladit. Pro zajímavost, tyristor KT710 omezil limitní proud 7A na 2A. Tuto zkoušku můžeme také využít pro ocejchování ampérmetru.
Tady bych rád upozornil na jednu věc. Tranzistory 2N3055 z produkce indické CDIL mají proudový zesilovací činitel HFE okolo 150, tytéž tranzistory vyráběné firmou ST, pouze okolo 60. Není dobré je kombinovat. Kupte raději všechny tranzistory najednou a od stejné firmy. Je potom velká pravděpodobnost, že budou z jednoho "vrhu" a budou mít velice podobné parametry. Použití teplovodné pasty při montáži je samozřejmé.

STABILIZÁTOR

je umístěný na samostatné desce. Integrovaný stabilizátor 7912 nemá nyní pro zvýšení napětí na požadovanou úroveň dělič. Podstatně lepší je zvyšovat napětí použitím diody v jejím propustném směru. Na rozdíl od děliče je toto zapojení jednodušší a dioda má i jistý stabilizační účinek. Pokud budete zkoušet nastavit napětí obvodu 7912, měl by být zatížený. Jinak ho pravděpodobně zničíte (na rozdíl od kladných stabilizátorů). Na názorném schematu vlevo je nakreslené zvýšení napětí pomocí diody. Abychom nezhoršili stabilizační účinek integrovaného obvodu 7912 musí být stabilita napětí na diodě minimálně o řád větší. Znamená to, že proudem Ir musíme diodu dostat na lineární část její křivky. To platí obecně pro použití klasických diod i diod LED. Tolik teorie. Průběhy diod jsou probrány v jiném článku. Já jsem ve stabilizátoru použil pro zvýšení napětí červenou diodu LED. Ta byla i bez odporu R v oblasti Zenerova napětí. Při změně vstupního napětí od 14,74 do 26,5V bylo na výstupu stabilizátoru stále napětí 13,81V. Při skokovém zatížení takto zapojeného stabilizátoru (bez výkonových tranzistorů) proudem z nuly na 1A se napětí na výstupu změnilo o 0,01 V. Při ohřevu stabilizátoru proudem 1A bez chlazení IO z teploty  20°C na 60°C došlo ke snížení napětí na výstupu 0 0,03V. Při dobrém chlazení stabilizátoru masívní hliníkovou profilovanou bočnicí skříně s plochou větší než 350 cm2 se stabilizátor na takovou teplotu nemůže ohřát. Změny napětí tak stále zůstávají v setinách Voltů. Největší úbytky na napětí zřejmě budou vlivem vodičů a pojistek na  přívodu k TRX.

MĚŘENÍ

Není podmínkou a není ve schematu zakresleno. Pro měření proudu se snímá úbytek napětí z vyrovnávacího odporu R2. Pro použité měřidlo je ale úbytek velký a musíme ho upravit. K tomu s výhodou použijeme trimr kterým nastavíme požadovanou maximální výchylku měřidla. Optimální hodnotu odporu a trimru volíme podle použitého měřícího přístroje.
Voltmetr má pomocí Zenerovy diody roztažený rozsah od deseti do patnácti voltů. Znamená to ale pro tento voltmetr nakreslit vlastní stupnici.
S přesností si nemusíme dělat starosti. Tady přístroje používáme jenom jako indikátory.Po čase si jich přestaneme všímat a budeme je vnímat jen periferním viděním. Měřidla ale patří k dobrému vzhledu zařízení, stejně jako poblikávající diody LED. Měřidla ale mají určitou vypovídací hodnotu a jsem schopen je akceptovat. Použil jsem výprodejní měřidla DHR4  200µA/150mV. Když už máme měřidla namontovaná, měla by být také dobře vidět. U měřidel mám vestavěné optické hranoly na osvětlení stupnice. Pokud nemá měřidlo možnost osvětlení, vlepím diody LED přímo do něj. Na osvětlení měřidel používám dvě bílé diody SMD s odporem 360Ω v sérii. Součástky jsou spájené stylem vrabčí hnízdo. Proti VF polím jsou měřidla blokovaná paralelním kondenzátorem 100nF.

 

STAVBA

Schema tohoto zdroje se mezi amatéry šířilo na kusu papíru bez uvedení autora. Až po dokončení stavby jsem náhodou objevil popis tohoto zdroje v [1]. Tam je stavba velice dobře popsaná. Proto je dobré si článek nejdříve přečíst. Při stavbě se snažíme o co nejmenší úbytky na napětí. Toho můžeme dosáhnout dvěma způsoby. Použít silové vodiče s co největším průřezem a použít je nejkratší. Nejlepší je kombinace obou způsobů. Součástky raději předimenzujeme. Zapojení je popsáno po funkčních částech a mechanické provedení záleží na vkusu a možnostech každého z nás.

VÝSLEDEK

Bohužel jsem neměl žádný odpor ani spotřebič kterým bych zdroj zatížil na plný výkon. Ale při zatížení proudem 5,5A nebyla na multimetru pozorovatelná žádná změny ani v řádu setin Voltu. Tak můžu jenom napsat, že vnitřní odpor zdroje je menší než 0,002Ω a tím pádem by při plném zatížení měl být pokles napětí menší než 0,045V. To jsou ale jenom odvozené výsledky. Myslím, že ale nebudou daleko od skutečnosti.


PO TŘECH MĚSÍCÍCH PROVOZU

Po třech měsících provozu: Se zdrojem jsem spokojen. Jenom se hřál chladič výkonových tranzistorů. Jeho teplota při provozu dosahovala 65°C. Žádná tregédie. Řekl bych, že u spousty zařízení normální věc. Mám ale radši o poznání nižší teploty. Ve škole nás kdysi učili Montsingerovo pravidlo. To praví, že zvýšení teploty o 8°C znamená zkrácení životnosti zařízení o 50%. Proto jsem na chladič namontoval deflektor a ventilátor.
 

Literatura
[1] Zdroj 13,8V/25A Ing. Tono Mráz OK3LU nyní OM3LU AMA 91/6-6 CD HAM RADIO 2000