|
Pokud alespoň občas budujete nějaké ty polovodičové PA, které mají být použity v multibeamingovém provozu, nutně dříve nebo později narazíte na otázku optimalizace rozbočení budicích výkonů, aby všechny (obvykle různé) PA byly vybuzeny správně, tady ani málo, ani hodně. Záležitost je v praxi obvykle ještě komplikovanější z toho důvodu, že elektronkové PE s triodami (GS35b apod) mají (zejména na 70cm) ovlivněnu vstupní impedanci vnitřním zpětným přenosem, což má za následek, že vstupní impedance PA se strmě mění s naladěním anodového obvodu a ten se během závodu teplotně rozlaďuje. Což má pochopitelně za následek nevyvážení buzení jednotlivých PA, tedy přebuzení některého z nich a výsledkem jsou stížnosti ostatních stanic na rušení. Někteří závodníci sice mají hroší kůži a o stížnosti jiných se nezajímají, ale my další se ve smyslu hamspiritu snažíme svá zařízení stále zdokonalovat a podobným trablům se vyhnout. A tak na vstup elektronkových PA montujeme cirkulátory, nebo, a to je řešení, které užíváme v radioklubu OK2KKW, jsme postavili řadu PA, které začínají modulem výkonového odbočovače s následným modulovým budičem vlastního výkonové stupně. To nám umožňuje jednotlivé PA z hlediska buzení spojit jednoduše do série a na konec budicí kaskády zařadit starší PA bez směrové vazby (ovšem rovněž s cirkulátorem na vstupu). Na vstupu budicích modulů, které následují za směrovou vazbou u každého PA je výkon na úrovni do 1W VF, což umožňuje snadné nastavení buzení každého PA jednotlivě a zajistit tak dlouhodobě stabilní vyvážení buzení všech použitých PA. Použité obvody pro odbočení budicího signálu z transceiveru (transvertoru) je možno vidět například tady a tady. Až potud nic zajímavého. Potíž nastane, pokud máte výkonové zesilovací moduly napájené ze zdroje 28 až 32 V a někam do takového PA je třeba (v souladu se závěry, uvedenými výše) zaimplantovat vhodný budič o buzení okolo 0,5W a výkonu 10 až 20W. K tomuto účelu se dobře hodí hybridní zesilovače Mitsubishi, například typy RA45H4047M, nebo RA181213G a podobně. Ovšem tyto polovodičové hybridní zesilovače mají napájení jen 12 až 14V, což je s velkým zdrojem poněkud nekompatibilní (čili nekonibilní, jak říká jeden kamarád, hi). Navíc ale tyto hybridy mají poměrně velké klidové proudy, což by v případě použití klasického analogového stabilizátoru, napájeného například z 28V velkého zdroje vyžadovalo v PA někam umístit poměrně velký chladič a část příkonu pouze měnit v teplo. Proto vznikla myšlenka postavit spínaný výkonový napěťový měnič, který by umožnil napájení podobných malých PA modulů (podobný požadavek může vzniknout například u napájení 3cm PA u paraboly někde na stožáru) a jenž by měl účinnost alespoň 85 %, dal se postavit z běžně dostupných součástek a ve výstupním spektru vysílače negeneroval žádné slyšitelné parazity. Následovalo hledání nějakého vhodného řešení na internetu, což nakonec vyústilo k níže uvedenému řešení. Jádrem konstrukce se stal obvod L4970A, který je jako stvořen pro požadovanou radioamatérskou aplikaci: vstupní napětí je až 48V, výstupní výstupní napětí 5 až 30V, proud až 10A, obvod obsahuje nadproudovou a teplotní ochranu... Bohužel nic není tak jednoduchého, jak výrobce napíše a na internetu najdete poměrně dost diskutujících, kteří mají se zdrojem s tímto obvodem řadu kritických zkušeností. Přesto jsem se do toho pustil. Schema zapojení je zde:
Při analýze potíží, které konstruktéři na internetových chatech uváděli (především nestability, malá účinnost, vyhoření jednotlivých součástek, akustický šum, či "cvrlikání" které vyráběla akumulační tlumivka, jsem se snažil nic nezanedbat a poradil se raději s odborníky na spínané zdroje. Výsledkem těchto konzultací je, že kritickým místem návrhu spínaného zdroje s tímto obvodem jsou především země a potom akumulační tlumivka. Desku spínaného zdroje jsem tedy navrhnul podle zásad VKV techniky tak, aby nikde nebyly zbytečně dlouhé vývody a zemní spoje byly s nízkou impedancí všude kolem dokola použitého aktivního prvku. Pomohla mi v tom i krabička z pocínovaného železného plechu (která m.j. také efektivně stíní rozptylové magnetické toky, jenž zapojení může generovat v blízkých vodičích). Přesto jsem návrh plošného spoje opravoval třikrát... Poslední verze (A29 v.3) zajišťuje stabilní provoz a u několika vzorků, které jsme udělali, se neobjevily žádné problémy. Důležité je ovšem také použít správnou akumulační tlumivku, která musí používat železoprachový toroid, který má na provozním kmitočtu (cca 80kHz) zanedbatelné ztráty a blokovací kondenzátory s nízkým seriovým odporem (low ESR). Obecně bych moc nedoporučoval měnit součástky za jiné a použít ty, které jsou uvedeny níže v rozpisce součástek... Motiv plošného spoje (jednostranný cuprextit FR4 tlouštka 1,5mm) o rozměrech 110 x 35mm (pohled ze strany spojů) je tady:
Plošný spoj je samozřejmě možné objednat tady, jeho cena bude cca 40Kč plus poštovné a jeho označení je OK1VPZ A29 v.3. Pokud se do výroby pustíte sami, snad vám pomůže osazovací schema a tři fotky finálního uspořádání:
Celý zdroj je postaven v krabičce ze železného pocínovaného plechu 0,3mm, o rozměrech 110 x 35 x 40mm se dvěma víčky a je namontován na plochém hliníkovém nosníku o šířce 30mm a tlouštce 3mm, který slouží k odvodu tepla a jako držák k montáži na chladič (například zadní stěna PA). Na vstupu a výstupu zdroje jsou kondenzátorové průchodky, doplněné (pro jistotu) tantalovými blokovacími kondenzátory. Vše je pěkně vidět z obrázku, možná bych jen dodal, že namísto trimru 5k (který jsem neměl) jsem použil trimr 10k a zespodu tišŤáku k němu paralelně dal další 10k pevný odpor. Doporučuji na tomto místě použít víceotáčkový trimr. Při navržené kombinaci odporů v regulační smyčce lze výstupní napětí zdroje nastavit zhruba od 9 do 14V a tomuto limitu také odpovídají blokovací kondenzátory na výstupu měniče (jsou na 16V). Paralelně řazené odpory 39R a 47R jsou na obrázku výše nahrazeny jedním 1W odporem 22R, protože měnič byl postaven na předchozí verzi plošného spoje. Na jednostranné desce plošného spoje je celkem 5 drátových spojek. Sice by je bylo možné nahradit spoji na oboustranné desce, ale doporučuji spíše toto provedení, protože drátové spojky procházejí mezi vývody plošného spoje a je nutno, aby jejich odpor byl co nejnižší, což není možné splnit u tenkých propojek motivu plošného spoje. Cílem je zajistit co nejnižší impedance, aby integrovaný obvod neměl sklony ke kmitání. Integrovaný obvod L4970A je umístěn přímo na chladiči bez izolační podložky, účinnostní dioda měniče má z důvodu polarity slídovou podložku. Na výstupu měniče je přes odpor 1k8 zapojena kontrolní zelená LED. Samostatnou kapitolou je vhodná akumulační indukčnost. V každém případě je nutno použít železoprachový a nikoli feritový toroid. Údaje o použitém toroidu a počtu závitů jsou uvedeny níže. Protože takový toroid je vodivý, je vhodné jej před navinutím dodatečně odizolovat a po navinutí jednotlivé závity zafixovat epoxydovou pryskyřicí. Při zkoušení zdroje dbáme, aby odběr ze zdroje byl alespoň 300mA. Dál už asi není třeba nic popisovat. Rozpiska součástek:
Dosažené výsledky: Pokud správně
osadíte desku plošného spoje, zdroj
funguje prakticky na první zapojení. Před prvním zapnutím zdroje jej ma
výstupu zatížíme cca 5W odporem 33R a regulačním trimrem otočíme doleva.
Zkontrolujeme, zda pouzdro účinnostní diody nemá zkrat na kostru. Při
oživování použijeme 24V zdroj s proudovou pojistkou nastavenou na cca
400mA. Pokud je něco špatně, hledáme nejprve zkraty na desce (špatné
pájení) a opačně pólované kondenzátory. Po oživení nastavíme trimrem
požadované výstupní napětí. Tím je uvedení zdroje do provozu ukončeno. Tím bych celou záležitost konstrukce spínaného měniče napětí považoval za ukončenou. Pokud se do takové konstrukce pustíte, přeji Vám hodně zdaru! 73 de OK1VPZ |
