Zdroj 48V 7A.

Pro napájení nového budiče pro EME PA o výkonu 100W s tranzistorem MRF150 jsem potřeboval zdroj 48V a asi 7A. Využil jsem zkušenosti ze stavby předchozího zdroje 48V 10A a provedl určitá vylepšení.

Požadavky byly stejné jako u předchozího zdroje. Potřeboval jsem zdroj, který s rezervou dá dostatečný výkon - tedy cca 300W. Dále jsem požadoval 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. Po zkušenostech se zničením regulačního tranzistoru předchozího zdroje jsem přidal požadavek na nezávislou přepěťovou ochranu.

Protože se mi předchozí stabilizátor s TL431 osvědčil, použil jsem ho znovu. Jako regulační prvek jsem ale použil tranzistor typu MOSFET.

Popis zapojení

Zdrojová část musí dodávat napětí cca 53V při proudu 7A. Já jsem si nechal navinout vhodný toroidní transformátor u firmy Tronic. Transformátor má další vinutí 10V/0,5A a 20V/100mA. Napětí ze silového vinutí transformátoru je usměrněno 30A můstkem a následuje baterie kondenzátorů o celkové kapacitě cca 18G. Výsledné napětí je cca 53V při odebíraném proudu 7A. Transformátor s usměrňovačem a kondenzátory nejsou namalované ve schématu. Předpokládám, že ji každý vyrobí podle svých potřeb a možností. Na rozdíl od dříve popsaného sdroje 48V/10A je elektronika tohoto zdroje na jedné DPS. Chybí na ní pouze silové součástky jako usměrňovač, baterie kondenzátorů, regulační tranzistor T1 a Tyristor T6 a přepěťové pojistky.

Výkonová část tohoto zdroje je podstatně jednodušší. Obsahuje pouze hlavní regulační tranzistor T1 a bočník pro měření proudu. Bočník je složen ze čtyř paralelních výkonových odporů R5 - R8. U tohoto zdroje není nutné použít paralelní kombinaci regulačních tranzistorů, protože je T1 dostatečně dimenzován pro uvažovaný výstupní proud. Tranzisror T1 je spolu s usměrňovacím můstkem umístěn na masivním hladiči který tvoří současně zadní panel zdroje.

Napájecí napětí vykonového tranzistoru je 53V, Počítejme zvlnění cca 2V, úbytek na výkonovém tranzistoru 1V, úbytek na odporech R5 - R8 a propojovacích kabelech cca 1V. 1V ponechme jako rezervu a jsme na výstupních 48V. Díky malému úbytku napětí na regulačním tranzistoru je možné použít rozumně velký chladič s pasivním chlazením.

Běžné šroubovací výstupní svorky jsou umístěny na zadním chladiči. Na proud 7A jsou dostatečně robusní. Na přední panel jsem umístil pomocné zdířky, abych měl napětí 48V bez problémů v případě potřeby kdykoliv přístupné.

Zapojení stabilizátoru je díky použití IO1 - TL431 velmi jednoduché a přesto značně účinné. Stabilizátor se skládá z děliče napětí R3, R4, R12 a IO1. IO1 pracuje v podstatě jako zenerova dioda s proměnným zenerovým napětím. Napětí této zenerovy diody je dáno dělícím poměrem děliče R3 R4 a R12. 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 pomocný tranzistor T2 a tím se mění napětí na G T1. Výstupní napětí zdroje lze snadno spočítat pomocí zjednodušeného vztahu U=(1+(R1/R2))*2,5. Trimr R12 jsem do děliče vložil abych mohl v případě potřeby výstupní napětí zdroje v malém rozsahu měnit a přesně ho nastavit. Doporučuji zde použít víceotáčkový trimr. Zenerovy diody D2 a D3 jsou použity pro snížení napětí na katodě IO1. TL431 totiž nesnese plné napětí kolem 45V proto bylo nutné napětí zmenšit.

Měření napětí je realizováno odpory R13, R110 a měřidlem o citlivosti 100uA. Měření proudu je složitější. Protože jsem se snažil o co nejmenší úbytky, snímám proud na děliči složeném z odporů R5 - R8. Malý úbytek napětí na tomto děliči je zesilován OZ IC1A. Z jeho výstupu je odebíráno napětí pro měření proudu přes R14, R15. Výstupní napětí je rovněř sledováno vstupem komparátoru IC1B, 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 T4. Tento tyristor je zapojený paralelně k stabilizátoru a při jeho sepnutí je úplně uzavřen Tranzistor T1 a tím vypnut výstup zdroje. Obnovit funkci zdroje lze tlačítkem S2. Jelikož jsou ale obvykle v napájeném zařízení kondenzátory s velkou kapacitou je jejich nabíjecím proudem opět překročen maximální proud a pojistka opět vypadne. V takovém případě je nutné zdroj vypnout, počkat až je možné tlačítkem funkci zdroje opět obnovit a potom ho znovu zapnout. LED dioda D7 signalizuje sepnutí proudové pojistky. Kondenzátor C5 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 nastavených asi 7,5A a napětí na T1 by se zvedlo při zkratu až na plných 53V. V tom okamžiku by výkonová ztráta na tranzistoru byla asi 400W, což by vedlo k okamžitému zničení výkonového tranzistoru. 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 D5. Záporné napětí jsem získal usměrněním střídavého napětí z pomocného vinutí hlavního transformátoru diodou D4 a následnou stabilizací diodou D6. Tranzistor T3 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.

Jeden z požadavků na zdroj bylo, že bude obsahovat nezávislou přepěťovou pojistku. Ta má zareagovat v případě poruchy zdroje a zabránit proniknutí vstupního napětí do napájeného zařízení. Toho dosáhneme tím, že v okamžiku kdy se výstupní napětí zvýší přes cca 49,5V zkratujeme výstup zdroje tyristorem T6. Pokud již nefunguje regulační tranzistor dojde při vybití energie pravděpodobně k zmičení tyristoru T6 a jeho zkratování případně může dojít i k dalším škodám. To je ale malá cena za ochránění napájeného zařízení před zničením. Následně dojde k přerušení pojistky na vstupu zdroje a odpojení napájecího napětí. Tyristor T6 je ovládán opět obvodem TL431. Dělič na jeho regulačním vstupu je nastaven tak, aby se obvod otevřel při uvedeném napětí přibližně 49,5V. Tím dojde k otevření tranzistoru T7 a přivedení napětí na G tyristoru T6.

Klišé pro výrobu DPS zdroje v pohledu ze strany součástek vhodné pro výrobu fotocestou. Pokud s výrobou DPS fotocestou nemáte zkušenosti můžete použít popis vyroby, který rovněž najdete na mých stránkách.

Na dalším obrázku je vidět odezva výstupního napětí na impulsní změny odběru z 0 na 7A a zpět na nulový odběr. Na výstup zdroje byla připojena umělá zátěž řízená obdélníkovým signálem z generátoru. Rozlišení osciloskopu je 100mV/dílek. Použitý osciloskop byl BM566.

Mechanická konstrukce

Zdroj je realizován v kovové skříňce aby nedocházelo k pronikání VF do zdroje. Mechanické provedení skříňky nebudu popisovat, každý si ho udělá podle svých potřeb a možností. Zadní masivní chladič funguje zároveň jako zadní panel. Ve vyfrézovaných otvorech jsou na něm umístěny výstupní svorky, napájecí zásuvka 220V a pojistkové pouzdro Remos. Chladič pocházi z jakéhosi starého impulsního zdroje. Na chladiči jsou z vnitřní strany přišroubuvány výkonové prvky T1 a usměrňovací můstek.
Abych při oživování zdroje měl snadný přístup k řídící desce zdroje i ze strany spojů, umístil jsem ji nad transformátor na panty. Tak lze desku snadno i za provozu vyklopit nahoru a tak k ní získat přístup z obou stran.

Provedení zdroje je vidět z fotografií: