Γραμμικά τροφοδοτικά για ραδιοερασιτεχνικό εξοπλισμό

Τροφοδοτικά, μπαταρίες, φωτοβολταϊκά, ανεμογεννήτριες.
Άβαταρ μέλους
GeorgeVita
Διαχειριστής
Δημοσιεύσεις: 485
Εγγραφή: 04 Σεπ 2013, 21:51
Ονομα: Γιώργος
Επικοινωνία:

Γραμμικά τροφοδοτικά για ραδιοερασιτεχνικό εξοπλισμό

Δημοσίευσηαπό GeorgeVita » 13 Φεβ 2018, 18:54

Συζητώντας για επιλογή συσκευής τροφοδότησης ραδιοερασιτεχνικού εξοπλισμού, κυρίως για εκπομπή/λήψη στα βραχέα, πάντα καταλήγουμε σε Γραμμικό Τροφοδοτικό λόγω του χαμηλού παραγόμενου θορύβου, παραβλέποντας το μεγάλο βάρος/όγκο και τον χαμηλό συντελεστή απόδοσης. Ενα τροφοδοτικό είναι καλή ιδέα και για ιδιοκατασκευή (DIY) με κάποια εξαρτήματα ανακυκλωμένα από παλιά UPS, παλμοτροφοδοτικά ή πλακέτες inverter κίνησης μοτέρ.

Για ένα πομποδέκτη HF ισχύος 100W χρειαζόμαστε ένα τροφοδοτικό 13.8V/22A.

Εικόνα


Ψάχνοντας στην ελληνική αγορά, τα περισσότερα γραμμικά τροφοδοτικά που κυκλοφορούν με διάφορα "ονόματα" σε τιμές λιανικής €150-€170 ακολουθούν την πεπατημένη οδό:

0. Δομικά στοιχεία τροφοδοτικού υψηλής ισχύος
- μετασχηματιστής
- 2x γέφυρες ανόρθωσης
- πυκνωτές εξομάλυνσης συνολικής χωρητικότητας >40000μF
- σταθεροποίηση τάσης με το μA723 (LM723, UA723, CA723, MB3752M)
- προστασία βραχυκυκλώματος με όριο ρεύματος μέσω του σταθεροποιητή
- ενίσχυση ρεύματος από 4xNPN τύπου 2Ν3771 ή παραπλήσιο
- προστασία υπέρτασης με θυρίστορ
- ψύκτρα, περίβλημα, βύσματα, κουμπιά, όργανα, κλπ.

1. Μετασχηματιστής
Η απλούστερη μορφή είναι ένας μετασχηματιστής μορφής EI:

Εικόνα
Πιθανώς να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένας μετασχηματιστής από UPS ή φορτιστή μεγάλων μπαταριών μολύβδου.

Μια καλύτερη αλλά ακριβότερη λύση είναι ένας τοροειδής μετασχηματιστής:

Εικόνα

Για την επιλογή του μετασχηματιστή πρέπει πρώτα να επιλέξουμε ή να υπολογίσουμε τα παρακάτω:

- τάση AC με και χωρίς φορτίο
Δείχνει την ικανότητα σταθεροποίησης του μετασχηματιστή, χρησιμοποιούνται για τον υπολογισμό ελάχιστης και μέγιστης τάσης συνεχούς (DCmin και DCmax) στο κύκλωμα ελέγχου τάσης. Πρέπει να συνυπολογιστούν οι διακυμάνσεις στο δίκτυο τροφοδοσίας AC (+/-5...+/-10%). Η μέγιστη τάση συνεχούς (DCmax) προσδιορίζει το όριο τάσης στους πυκνωτές εξομάλυνσης, την ισχύ των αντιστάσεων και το μέγεθος της ψύκτρας. Η ελάχιστη τάση συνεχούς (DCmin) θα οριστεί από την ικανότητα του κυκλώματος ελέγχου να "διορθώσει" την κυμάτωση (ripple) όπως και από την πτώση τάσης επάνω στα τρανζίστορ ισχύος στο μέγιστο ρεύμα (Vce dropout voltage).

- μέγιστο ρεύμα δευτερεύοντος
Στο ρεύμα δευτερεύοντος του μετασχηματιστή αθροίστε τουλάχιστον το επιθυμητό ρεύμα εξόδου συν την κατανάλωση του κυκλώματος ελέγχου (συνήθως επιπλέον 10-20%) και των ενδεικτικών (λαμπάκια ή LED). Αν πρόκειται για μετασχηματιστή με δυο τυλίγματα στο δευτερεύον, το ρεύμα θα μοιραστεί.

- αριθμός τυλιγμάτων στο δευτερεύον
Ανάλογα με το μετασχηματιστή που θα βρούμε ή θα αγοράσουμε θα έχουμε ένα τυλίγματα δευτερεύοντος που θα οδηγήσει 2x παράλληλα συνδεδεμένες γέφυρες ανόρθωσης, 2x παράλληλα συνδεδεμένα τυλίγματα δευτερεύοντος που θα οδηγήσουν 2x παράλληλες γέφυρες ανόρθωσης ή 2x ανεξάρτητα τυλίγματα δευτερεύοντος που θα οδηγήσουν από μια γέφυρα ανόρθωσης με παραλληλισμένες τις εξόδους συνεχούς.

2. Γέφυρες ανόρθωσης
Επάνω στις διόδους της γέφυρας ανόρθωσης καταναλώνεται αρκετή ισχύς με αποτέλεσμα την υπερθέρμανσή τους και την αλλαγή του σημείου λειτουργίας τους για αυτό είναι δεδομένη η χρήση 2x γεφυρών ανόρθωσης με συνδεσμολογία ανάλογα με τον αριθμό τυλιγμάτων δευτερεύοντος του μετασχηματιστή, δηλαδή πλήρως παραλληλισμένες ή παραλληλισμένες μόνο στην έξοδο συνεχούς. Αναγκαία η καλή ψύξη τους σε μεγάλη ψύκτρα.

Εικόνα



3. Πυκνωτές εξομάλυνσης
Η μεγαλύτερη χωρητικότητα στους πυκνωτές εξομάλυνσης μειώνει την κυμάτωση στην είσοδο του κυκλώματος σταθεροποίησης με αποτέλεσμα να μπορούμε να υπολογίσουμε χαμηλότερη διαφορά τάσης εισόδου-εξόδου (dropout voltage) άρα να μειώσουμε τις απώλειες και το μέγεθος της ψύκτρας. Ο συνηθισμένος κανόνας είναι "2μF/mA" οπότε για 20Α θέλουμε τουλάχιστον 40000μF. Για τη σωστή επιλογή συγκεκριμένου εξαρτήματος πρέπει να γίνουν επιπλέον υπολογισμοί του ρεύματος κυμάτωσης (ripple current) που θα φορτίζονται/εκφορτίζονται οι πυκνωτές σε πλήρες φορτίο, όπως και οι επιπτώσεις γήρανσης από τη χρήση. Σίγουρα δεν πρόκειται να αντιμετωπίσουμε τα προβλήματα που υπάρχουν στα τροφοδοτικά "switching"...


4. Σταθεροποίηση τάσης με το μA723 (LM723, UA723, CA723)

Το I.C. μA723 σχεδιάστηκε από την Fairchild πριν από 50 χρόνια!

Κατασκευάστηκαν πολλά ολοκληρωμένα κυκλώματα σταθεροποίησης αλλά κανένα και ποτέ δεν πρόκειται να φτάσει τις ποσότητες χρήσης του μA723 και των ισοδυνάμων του τα οποία πωλούνται 50 συνεχή χρόνια με τα ίδια τεχνικά χαρακτηριστικά! Από την άλλη πλευρά, το συνομήλικο μA741 (LM741) με την ευρύτερη έννοια του "op-amp" έχει βελτιωθεί σε όλα τα επίπεδα.

Ισοδύναμο κύκλωμα του LM723 (DIP14/SO14)

Εικόνα

Εφαρμογή για σταθεροποίηση >7V και ρεύμα >150mA με εξωτερικό τρανζίστορ NPN:

Εικόνα

H εσωτερική τάση αναφοράς είναι 7.15V typ.
Σταθεροποίηση στα 13.8V: R1=9K1+200Ω (τελική αντίσταση 9K3), R2=10Κ, R3=4K7
Ρυθμιζόμενη σταθεροποίηση από 12 έως 15.6V: R1=6K8+5K τρίμερ (τελική αντίσταση από 6K8 έως 11K8), R2=10K, R3=4K7

5. Προστασία βραχυκυκλώματος με όριο ρεύματος μέσω του σταθεροποιητή
Στο LM723 η προστασία από βραχυκύκλωμα της εξόδου λειτουργεί με την τάση που αναπτύσσεται στην Rsc (βλέπε κύκλωμα παραπάνω) πολώνοντας το εσωτερικό τρανζίστορ που άγει στα 0.65V.
Ισχύει Rsc=0,65/Isc, δηλαδή για όριο ρεύματος 1Α θέλουμε Rsc=0.65Ω και για 2A, Rsc=0.33Ω και για 26Α, Rsc=0.025Ω

Σε πραγματική εφαρμογή, το όριο ρεύματος μπορεί να μετρηθεί έμμεσα, λ.χ. ρεύμα οδήγησης Βάσης κάποιου τρανζίστορ ισχύος, ή άμεσα με τοποθέτηση μικρής τιμής αντίστασης σε σειρά με την έξοδο. Στην τελευταία περίπτωση η ανάδραση για την σταθεροποίηση της τάσης εξόδου (επιστροφή στην αναστρέφουσα είσοδο "INV.", pin 4) θα γίνει στο τελικό σημείο εξόδου.


6. Ενίσχυση ρεύματος από 4xNPN τύπου 2Ν3771 ή παραπλήσιο
Οπως και με τις γέφυρες ανόρθωσης, για να αποφύγουμε τα προβλήματα αλλαγής συμπεριφοράς των ημιαγωγών λόγω αύξησης θερμοκρασίας, χρησιμοποιούμε πολλά τρανζίστορ ισχύος σε παράλληλη λειτουργία μοιράζοντας το ρεύμα που οδηγείται στην έξοδο του τροφοδοτικού. Κάθε τρανζίστορ ακόμη και της ίδιας παρτίδας παραγωγής έχει μικρές ή μεγαλύτερες αποκλίσεις από τις τυπικές καμπύλες λειτουργίας με αποτέλεσμα να μη μπορούμε να κάνουμε απλό παραλληλισμό των ακροδεκτών των τρανζίστορ εξόδου. Η εξισορρόπηση λειτουργίας γίνεται με ανεξάρτητες αντιστάσεις οδήγησης της Βάσης ή με αντιστάσεις σε σειρά με το ρεύμα φορτίου:

Εικόνα




7. Προστασία υπέρτασης με θυρίστορ

Μια απλή αλλά βίαιη λύση για προστασία των τροφοδοτούμενων συσκευών από υπέρταση στην έξοδο είναι η βραχυκύκλωση της εξόδου ("crowbar") με θυρίστορ:

Εικόνα

Μόλις η τάση στην έξοδο του τροφοδοτικού περάσει το όριο Vzener της διόδου Vdz πυροδοτείται το θυρίστορ βραχυκυκλώνοντας την έξοδο με αποτέλεσμα να καεί η ασφάλεια F. Ενα από τα αρνητικά σημεία αυτής της λύσης για τροφοδοτικά μεγάλου ρεύματος είναι η επιπλέον αντίσταση που μπαίνει στο κύκλωμα από την ασφάλεια και την ασφαλειοθήκη που πρέπει να βρίσκεται σε προσιτό σημείο για γρήγορη αλλαγή.

Καλύτερη απόκριση σε σταθερό σημείο επέμβασης θα έχουμε χρησιμοποιώντας το TL490/TL491 με ένα τρανζίστορ (PNP ή NPN):
Εικόνα Εικόνα
όπως εμφανίζονται στα σχετικά datasheets των T.I. (TL490) και ON semiconductor (TL491).


8. Ψύκτρα, περίβλημα, βύσματα, κουμπιά, όργανα, κλπ.


συνεχίζεται...

SeAfasia
Δημοσιεύσεις: 106
Εγγραφή: 27 Ιούλ 2015, 22:13
Ονομα: Κώστας

Re: Γραμμικά τροφοδοτικά για ραδιοερασιτεχνικό εξοπλισμό

Δημοσίευσηαπό SeAfasia » 23 Μάιος 2018, 18:47

ανεβάζω και αυτό:
power-supply-138-v-40-amp-arrl-1-1024.jpg
comment_1

power-supply-138-v-40-amp-arrl-2-1024.jpg
comment_2

power-supply-138-v-40-amp-arrl-3-1024.jpg
comment_3

power-supply-138-v-40-amp-arrl-4-1024.jpg
comment_4

συωεχίζεται.... :D


Επιστροφή σε “Ενέργεια, τροφοδοσία”

Μέλη σε σύνδεση

Μέλη σε αυτήν τη Δ. Συζήτηση: Δεν υπάρχουν εγγεγραμμένα μέλη και 7 επισκέπτες