Zdroj 48V 10A.

Pro napájení mého nového PA 200W s tranzistory MRF150 jsem potřeboval zdroj 48V 10A. Protože se mi nepodařilo sehnat žádné použitelné schéma, musel jsem zdroj navrhnout sám.

Požadavky byly vcelku běžné. Potřeboval jsem zdroj, který s rezervou dá dostatečný výkon - tedy cca 500W. Dále jsem požadoval rychlou nadproudovou pojistku a měření napětí a proudu. Zdroj musí bez problémů vydržet trvalý zkrat na výstupu. Dále jsem požadoval minimální odezvu na skokovou změnu proudu, a minimální zvlnění výstupního napětí.

Nejprve jsem uvažoval o použití nějakého integrovaného stabilizátoru "podloženého" zenerovou diodou a posíleného tranzistory. Bohužel nebyl k dispozici stabilizátor, který by snesl vstupní napětí okolo 60V. V případě použití běžného stabilizátoru by došlo k jeho zničení při zkratu na výstupu. Proto jsem byl nucen navrhnout zdroj s diskrétními součástkami. Nejprve jsem se pokoušel o učebnicový stabilizátor s tranzistory. S jeho vlastnostmi jsem však nebyl spokojen. Proto jsem nakonec použil pro stabilizaci obvod TL431 a s ním jsem dosáhl požadovaných vlastností. Výsledné zapojení je vidět na obrázku:

Zdroj se skládá ze čtyř hlavních bloků:

• Zdrojová část
• Výkonová část
• Stabilisátor
• Měření a pojistka

Zdrojová část

Zdrojová část ve schématu chybí :-). Není na ní nic objevného, a každý ji bude realizovat podle svých možností - hlavně transformátoru, který má k dispozici. Zdrojová část musí dodávat napětí cca 53V při proudu 10A. Já jsem si nechal navinout toroidní transformátor 2x39V/10A 800VA u firmy Tronic. Bohužel jsem v té chvíli ještě neměl vymyšlené ostatní obvody zdroje a nenechal jsem si navinout potřebná pomocná vinutí. Výstup z transformátoru je dvojcestně usměrněn a následuje baterie kondenzátorů o celkové kapacitě cca 50G. Výsledné napětí je cca 53V při odebíraném proudu 10A.

Výkonová část

Skládá se z tranzistorů XT1, XT2, T1, T2 a příslušných obvodů kolem. XT1 a XT2 jsou hlavní regulační tranzistory. Proud protékající těmiro tranzistory je vyrovnáván odpory R4 - R7. Pokud se zvětší proud jedním z tranzistorů, zvětší se i úbytek napětí na příslušných odporech a proud tranzistorem se zase sníží. Ve snaze o co nejnižší ztrátový výkon na výkonových tranzistorech jsem zvolil trochu netypické zapojení. Budící tranzistory T1 a T2 napájím z vyššího napětí. To je získáno zapojením malého pomocného zdroje cca 5V/2A, který je připojen do série s hlavním zdrojem 53V. Tento zdroj je v mém případě realizován transformátorem TR1, usměrňovačem B1 a kondenzátorem C3. Kolektory T1 a T2 jsou tedy napájeny z napětí o cca 5V vyššího než je napětí na kolektorech XT1 a XT2. Tak je dosaženo toho, že je možné počítat s úbytkem na výkonových tranzistorech cca 2 - 3V.

Napájecí napětí vykonových tranzistorů je 53V, Počítejme zvlnění cca 2V, úbytek na výkonových tranzistorech 2V, úbytek na odporech R4 - R9,R14,R19 a propojovacích kabelech cca 1V. 1V ponechme jako rezervu a jsme na výstupních 48V. Díky malému úbytku napětí na výkonových tranzistorech je možné použít rozumně velký chladič s pasivním chlazením.

Výstupní svorky provedené jako M8 mosazný šroub jsou umístěny na zadním chladiči. Na přední panel jsem umístil pomocné zdířky, abych měl napětí 48V bez problémů v případě potřeby kdykoliv přístupné.

Stabilizátor

Zapojení stabilizátoru je díky použití IO1 - TL431 velmi jednoduché a přesto značně účinné. Stabilizátor se skládá z děliče napětí R1 - R3, IO1 a D1. Kondenzátor C1 omezuje případné zákmity. IO1 pracuje v podstatě jako zenerova dioda s proměnným zenerovým napětím. Napětí této zenerovy diody je dáno dělícím poměrem děliče R1 a R2. Obvod TL431 se snaží na svém referenčním vstupu udržovat napětí cca 2,5V tím, že podle zvyšuje potřeby zvyšuje či snižuje napětí na své katodě a tím přivíra nebo otvírá kaskádu tranzistorů ve výkonové části. Výstupní napětí zdroje lze snadno spočítat pomocí zjednodušeného vztahu U=(1+(R1/R2))*2,5. Trimr R3 jsem do děliče vložil abych mohl v případě potřeby výstupní napětí zdroje měnit a přesně ho nastavit. Doporučuji zde použít víceotáčkový trimr. Zenerova dioda D1 je použita pro snížení napětí na katodě IO1. TL431 totiž nesnese plné napětí kolem 45V proto bylo nutné napětí zmenšit.

Měření a pojistka

Měření napětí je realizováno odpory R17, R16 a měřidlem o citlivosti 100uA. Měření proudu je složitější. Protože jsem se snažil o co nejmenší úbytky, snímám proud na děliči složeném z odporů R9, R8, R14 a R19. Malý úbytek napětí na tomto děliči je zesilováno IC1B. Z jeho výstupu je odebíráno napětí pro měření proudu přes R18, R15 a také je sledováno vstupem komparátoru IC1A, kterým je realizována proudová pojistka. Invertující vstup komparátoru je napájen proměnným děličem napětí. Změnou napětí na tomto vstupu se mění nastavení proudu, při kterém pojistka vypne. Pokud napětí na neinverujícím vstupu přesáhne napětí nastavené na invertujícím vstupu na výstupu komparátoru se objeví napětí, které sepne tyristor TY1. Tento tyristor je zapojený paralelně k stabilizátoru a při jeho sepnutí je úplně uzavřen řetězec tranzistorů ve výkonové části a tím vypnut výstup zdroje. Obnovit funkci zdroje lze tlačítkem S2. LED dioda D6 signalizuje sepnutí proudové pojistky. Kondenzátor C2 zpomaluje funkci pojistky. Bez něj nelze ke zdroji připojit zařízení obsahující kondenzátory a pojistka reaguje na každé "škvrknutí" v síti. U menších zdrojů bývá zvykem, že pojistka proud pouze omezuje a nevypne zcela zdroj. To zde není možné. Při zkratu na výstupu by pojistka omezila proud na 10A a napětí na XT1 a XT2 by se zvedlo na napájecích 53V. V tom okamžiku by ztráta na tranzistorech byla 530W, což by vedlo k okamžitému zničení výkonových tranzistorů. Proto je nutné zdroj při zkratu zcela vypnout a nové zapnutí je možné až po odstranění zkratu.

OZ IC1 je napájen napětím +- 12V. Kladné napětí je získáno z hlavního zdroje a je stabilizováno zenerovou diodou D4. Záporné napětí jsem získal usměrněním střídavého napětí z jednoho vihutí hlavního transformátoru diodou D5 a následnou stabilizací diodou D7. Tranzistor T4 slouží k vypnutí (zkratování)) kladné větve pokud zmizí napětí větve záporné. Při vypnutí zdroje totiž okamžitě zmizí napětí záporné větve, zatímco napětí kladné větve zůstává tak dlouho dokud se nevybije hlavní baterie kondenzátorů. To způsobí ujetí výstupního napětí IC1B a zaražení ručičky měřidla o doraz. Použití tranzistoru T4 tento efekt z velké míry odstraní.

Ještě je nutné zmínit se o kondenzátorech C10 a C13-C15. Tyto kondenzátory je potřeba umístit co nejblíže pouzdru OZ. Bez nich je obvod měření proudu při vysílání ovlivňován VF napětím a ukazuje výrazně výstupní menší proud, než zdroj opravdu dává. Zejména C13 doporučuji osadit přímo k nožičkám OZ.

Mechanická konstrukce

Zdroj je realizován ve skříňce o rozměrech 290x220x110mm. Mechanické provedení záleží na transformátoru, který je k dispozici, takže není důležité ho popisovat. Celý zdroj je rozdělen na několika DPS. Na první je usměrňovač s baterií kondenzátorů, druhá tvoří vlastní stabilizátor a je připájena přímo na vývodech T1 a třetí DPS tvoří pojistka s pomocným transformátorem TR1. Pokud někdo budete tento zdroj stavět doporučuji použít transformátor, kde bude pomocné vinutí již k dispozici. Na další DPS je realizován omezovač proudu při zapnutí, který popisuji na jiném místě tohoto Webu. Proto neuvádím rozvržení všech DPS. Opět je velmi závislé na konktrétním mechanickém provedení. Na zadní straně skříňky je mohutný chladič, na kterém jsou tranzistory XT1, XT2 a T1.

Provedení zdroje je vidět z fotografií: