Amateur radio station Czech Republic - my name: František Javůrek, QTH: Brno, LOC: JN89HE, ASL: 205m
Home FRQ :

439.000 - OK0BH
438.925 - OK0BAB
Scheme :

1024x768,
IE, Mozilla
Výroba QSL :

OK1DRQ
Elliprint

Špičkový napájecí zdroj 13.8V 30A

Autor : Franta OK2FJ   (Highlander Brno)




Po kvalitních zdrojích je mezi radioamatéry poptávka, a to zvláště v dnešní době, kdy se na trhu vyskytují i zdroje nevalných kvalit a parametrů, nezřídka i vyvolávajících rušení na KV, jako některé spínané zdroje. Rozhodl jsem se proto pro konstrukci zdroje lineárního, s kvalitním toroidním transformátorem, odrušením, a nadproudovou a přepěťovou ochranou. U drahých součástek a dílů uvedu i nejlevnější zdroj. U konstrukce jsem se nechal inspirovat obvodovým řešením laboratorního zdroje Michala Slánského, které jsem upravil pro potřeby napájení radiostanic.






Parametry zdroje :
  • Kvalitní odrušení sítě
  • Kvalitní toroidní transformátor
  • Pomalý start pro potlačení špiček při zapínání
  • Nadproudová ochrana (max. 30A) i při zkratu na výstupu
  • Dvojitá přepěťová ochrana
  • Automaticky řízené chlazení
  • Kontrolky stavu pojistek
  • Výstup 13.8V
  • Trvalé zatížení 25A, v kratších časových úsecích 30A
  • Velmi malé zvlnění výstupního napětí i při maximálním zatížení

Zdroj se skládá z pěti vzájemně propojených bloků. Prvním je vstupní část s odrušením sítě, zařízením pro pomalý start, a transformátorem. Druhým blokem je část s usměrněním a filtrací hlavního a pomocného napětí. Třetí částí je obvod řízení pomalého startu, čtvrtá je hlavní část zdroje, stabilizace a nadproudová ochrana, a poslední částí je řízení ventilátorů teplotou chladiče. Všechny bloky jsou vzájemně propojené pro jednoduchost svorkami označenými stejnými písmeny. Proudově výkonové části jsou provedeny na deskách s nejsilnější Cu vrstvou, a metodou dělících mezer. Proudové vodiče jsou provedeny lanky o průřezu 2.5mm2. 30A pojistky jsou ploché nožové autopojistky ( ve skleněné verzi se nevyrábí).





Vstupní část

Vstupní část - před transformátorem je vybavena pojistkou se signalizací stavu - pokud je pojistka v pořádku, svítí zelená LED konrolka zapnutí zdroje, pokud dojde k přerušení pojistky, rozsvítí se červená LED, která je napájená před pojistkou, a za normálního stavu přemostěná tranzistorem, jehož báze je napájena za pojistkou. Pokud dojde k přerušení pojistky, tranzistor uzavře, a LED se rozsvítí.

Dále následuje síťová filtrace kondenzátorem, dvojitou toroidní tlumivkou 2x 1,8mH/6A, rezistorem 100k/2W, dvěma tlumivkami 150uH/6A, a kondenzátorem 1uF/500V. Za filtrací je obvod pomalého startu, tvořený čtyřmi odpory 10Ω/10W zapojenými v sérii. Tyto odpory snižují po zapnutí proud do primáru transformátoru, čímž dojde k pomalejšímu náběhu napětí na filtračním kondenzátoru v usměrňovači. Tyto odpory jsou cca 2s po zapnutí zdroje přemostěny kontakty relé, řízeného obvodem řízení pomalého startu (popis později). Za odpory následuje toroidní transformátor 230V/17V 30A, 15V2A. Tento transformátor vyrobí na zakázku za velmi dobrou cenu fy. http://www.jkeltra.cz/, kde jej lze objednat se zadáním všech parametrů přes internet. Cenově i se zalitým středem a stíněním PRI/SEK vyjde na cca 1200,-Kč.




Usměrňovací a filtrační část

Na filtrační části není nic zvláštního, napětí u obou sekundárních vinutí transformátoru jsou usměrněna diodovými bloky, a filtrována kondenzátory. U výkonové části je použit kondenzátor 47000uF/50V, případně více kusů menších kapacit. Tyto kondenzátory MUSÍ BÝT v provedení snap-in (zesílené nýtované vývody), nebo šroubové vývody. Běžné kondenzátory s drátovými vývody mají uvnitř tenké vodiče od elektrod, a nejsou uzpůsobené pro velké nabíjecí a vybíjecí proudy. Diodový blok této části je umístěn na hlavním chladiči a s deskou spojů propojen silnými vodiči. V této výkonové větvi je za filtrací opět relé, které je řízeno také z obvodu řízení pomalého startu, a cca po dobu 2s po zapnutí zdroje je tato část odpojená od dalších obvodů, aby se zamezilo proniknutí případných napěťových špiček způsobených nabíjením kondenzátorů do stabilizačních obvodů.




Obvod řízení pomalého startu

Tento obvod ovládá relé RE1, které se zpožděním přemosťuje odpory pro zpomalení startu před transformátorem, a RE2, které se zpožděním připojuje další obvody ke stabilizaci a filtraci napájení. Jako časovač zde funguje kondenzátor 47uF s tranzistorem BUZ11. Po pomalém nabití kondenzátoru se otevře tranzistor BUZ11, čímž zároveň otevře druhý tranzistor BC558, který zajistí úplné nabití kondenzátoru, aby nedošlo k případnému kmitání relátek. Tento obvod je napájen z druhého vinutí transformátoru 15V2A.




Hlavní obvod - stabilizace výkonové části

Nejsložitější částí je tato výkonová část. Jde o stabilizaci hlavního provozního napětí 13,8V. Na vstupu i výstupu obvodu je opět pojistka, a to 30A nožové autopojistky se signalizací stavu pojistek červenou LED napájenou před pojistkou, přemostěnou tranzistorem, jehož báze je napájena za pojistkou. Za normálního stavu jsou LEDky přemostěny tranzistory, při přerušení pojistky je báze bez napětí, tranzistor uzavře a LED se rozsvítí, což signalizuje přerušeno pojistku.

Jako hlavní stabilizační prvek je běžný monolitický stabilizátor LM338K v celokovovém pouzdře TO3, který je pro velký proud přemostěn běžným bypassem z výkonových tranzistorů (3x MJ15004). Opět nic zvláštního na tomto zapojení. V kolektorech těchto tranzistorů jsou odpory pro stejné rozložení proudů na jednotlivé tranzistory. Kvůli velkým proudům jsou tyto odpory zdvojené, na každém ranzistoru dva odpory 0,1Ω/10W. Toto zapojení však není odolné proti zkratu na výstupu, a proto bylo doplněno o omezovač proudu, tvořený tranzistorem BD240, v jehož bázi je paralelní čtveřice odporů 0,1Ω/10W. Úbytek napětí na těchto odporech určuje hranici omezení proudu, a to na hodnotu 30A. Tranzistor BC557C řídí červenou LED, která signalizuje funkci omezení proudu, když odběr překročí tuto hodnotu. Výstupní napětí nastavíme trimrem v řídící elektrodě stabilizátoru.

Zkratem je však ohrožen i stabilizátor, kdy při zkratu by mohlo dojít k jeho zničení vybitím kondenzátorů přes jeho vnitřní obvody, a proto jsou v obvodu zařazeny dvě diody 1N5819. Dvojice odporů 100Ω/10W za stabilizátorem zajišťuje minimální odběr proudu ze stabilizátoru pro jeho správnou funkci.

Zvláštností je zapojení voltmetru a jeho hodnota. Je zde použit voltmetr s rozsahem 0-5V, v jehož přívodu je do série zapojena zenerova dioda se zenerovým napětím 10V. Ta způsobí, že voltmetr začne reagovat až od napětí 10V, jelikož zdroj má pevné napětí, a hodnoty od 0 do 10V nás nezajímají. Jeho stupnice tedy bude měřit v rozsahu od 10V do 15V, tudíž bude lépe viditelné případné kolísání napětí, než u rozsahu běžného měřidla 0-30V. Pokud seženeme voltmetr 0-5V, stačí na jeho stupnici připsat před čísla jedničky a je hotovo. Také můžene použít ještě jemnější rozsah, a to s měřidlem 0-3V a zenerkou 12V. Měřidlo pak bude měřit v rozsahu 12-15V.

Za tímto měřidlem je ochranná dioda (před pojistkou), proti připojení přepólovaného zdroje (např. akumulátor). V takovém případě bude dioda vést a přepálí pojistku. Na výstupu je pak jako další pojistný prvek transil 1,5KE15 (1,5kW/15V) proti případnému přepětí v případě jakékoliv poruchy elektroniky zdroje.




Chlazení obvodů zdroje

Jako chladič jsem použil chladič CHL 40A o velikosti 216x100x40mm ( www.hadex.cz - položka č. O749, cena 177,-Kč ), kde jej mají bezkonkurenčně nejlevněji (jinde kolem 300,-). Na tomto chladiči jsou umístěny všechny výkonové prvky. Na chladiči jsou ze strany žeber umístěné dva ventilátory 92x92mm s magnetickým levitačním ložiskem (velká životnost, nevadí teplo) KDE1209 PTV1 ( GM electronic, obj.č. 625-096, cena 94,-Kč ).

Ventilátory jsou řízené obvodem řízení chlazení, který jako snímač teploty používá běžnou diodu 1N4007, která je připevněna kovovým úchytem k chladiči. Její přechod mění vlastnosti podle teploty, což vyhodnocuje operační zesilovač LM358, který spíná tranzistor BF639, a ten ovládá ventilátory. Hranici řízení ventilátorů nastavíme trimrem ve vstupu operačního zesilovače. LED signalizuje činnost ventilátorů.



Pozor! Oproti tomuto schematu jsem provedl menší změnu, a to diodu 1N4007 použitou jako čidlo teploty jsem nahradil perličkovým termistorem cca 2k, a zároveň při použití termistoru je třeba odstranit zenerovu diodu. Termistor lze použít prakticky jakýkoliv. Sc termistotem je obvod spolehlivější.


Měřidla napětí a proudu

Na měřidla jsem zakoupil v GES electronic panelový voltmetr 0-15V FB-460/15V, a miliampérmetr 0-1mA FB-460/1mA. Z voltmetru jsem odstranil zevnitř předřadný odpor a na vnější svorky připojil trimr 10k, jímž jsem nastavil tozsah 0-5V. Před trimrem je připojena zenerova dioda 10V, která posune začátek měřidla z nuly na 10V, takže měřidlo měří rozsah 10-15V. Miliampérmetr je připojen paralelně na čveřici dporů 0,1Ω/10W (viz schema hlavní části), které zároveň fungují jako bočník k ampérmetru. K nastavení konečného zobrazovaného rozsahu 0-30A je před měřidlo předřazen trimr 47k, kterým nastavíme správný zobrazovaný proud. Stupnice pro uvedená měřidla jsem zhotovil na PC, vytiskl na samolepící papír a nalepil na původní stupnice. Tyto stupnice si můžete stáhnout zde :




Stupnice je třeba stáhnout a vytisknout v rozlišení 600dpi, ve kterém jsou uloženy, aby byl dodržen správný rozměr pro uvedená měřidla. Pro stažení stupnic klikni pravým tlačítkem na obrázek a vyber "Uložit cíl jako" (pozor, ne "uložit obrázek jako", protože by se uložil pouze malý náhled), nebo po otevření velkého obrazu stupnice vyber "Uložit obrázek jako". Pokud by někdo toužil po jiné barvě stupnic, můžu poslat v jiném barevném provedení.


Čelní panel

Mým požadavkem bylo, aby čelní panel vypadal jako profesionální s kvalitním designem. Rozhodl jsem se pro 3D panel místo rovného plechu. Ten jsem vytvořil tak, že po sestavení skříně a uchycení předního plechového panelu jsem po stranách panel oblepil maskovací lepící páskou tak, aby vznikla ohrádka cca 1,5cm vysoká. Před tím jsem plechový panel otřel hadrem navlhčeným v silikonovém oleji. Do této ohrádky jsem pak vlil namíchanou dvousložkovou odlévací pryskyřici (Na bázi Epoxydu). Po jejím vytvrzení jsem odstranil ohrádku z pásky, a základ panelu byl hotov. V tomto odlitku je pak potřeba vyfrézovat nebo vyřiznout otvory pro měřidla, která jsou v panelu hlouběji, než je jeho povrch. Hrany těchto otvorů jsem pilníkem zkosil ke krycím sklům měřidel. Stejně tak okraje celého panelu. Poté jsem vyfrézoval ve stojanové vrtačce dělící linku, která opticky odděluje část panelu s měřidly a kontrolkami, a spodní část s výstupy a vypínačem. Meze se nekladou. PO hrubé práci je třeba panel přebrousit vodním smirkem ve vodě, aby byl co nejkvalitnější povrch, a poté nastříkat nějakou tmavší metalýzou. Popisy jsem provedl býlími Propisoty, a poté celek přestříkl opatrně čirým lakem jako ochranu potisku. Je třeba stříkat opatrně, asi tři velmi tenké vrstvy, aby se písmena z propisotu mezbortila. Měřidla jsou uchycená v plechovém základu panelu, který po celkové úpravě odlitku a jeho dokončení odmastíme a odlitý a hotový panel k němu přilepíme, či přišroubujeme. Jako nosný prvek tedy slouží plechový panel, ten odlitý je na něm připevněný jako "okrasný" prvek.


Mechanická konstrukce

Jelikož nemám přístup k ohýbačce plechu, skříň jsem vyrobil z Al pechů nařezaných pilkou, a vzájemně sešroubovaných přes Al úhelníky. Desky plošných spojů (celkem 3) jsou ve skříni zasunuté v plastových kolejničkách pro plošné spoje (viz foto), takže manipulace s nimi je velmi jednoduchá. Pojistky jsou zasunuty v pojistkových držácích pro nožové autopojistky, zapájených v horní desce, takže po sejmutí bočního krytu skříně lze jakoukoliv pojistku vytažením vyměnit (která pojistka odešla signalizují kontrolky na hlavním panelu). K připojení k síti je pochopitelně použit třížilový kabel, zapojený dle norem. Čelní panel je přestříkán "petrolejovou" (temně zelená) metalýzou, zbytek matnou černou. V horním i bočních dílech skříně jsou vyvrtány větrací otvory.


Foto ze stavby zdroje



 






Texty a úprava: František Javůrek ©