Proudová elektronická pojistka pro laboratorní zdroj
V této konstrukci je možno zvolit zda budeme odebírat výstupní napětí přímo ze zdroje, kdy na výstupu obdržíme regulované napětí v rozsahu 0V až 30V, ovšem bez proudového omezení, nebo budeme odebírat výstupní napětí přes obvod proudové elektronické pojistky. Tento obvod je velice důležitý, při tak velkých výstupních proudech, jaké dokáže dodat tento laboratorní zdroj (30A). Proudová pojistka se především hodí při napájení oživovaných přístrojů. Pojistka se dá již nastavit na omezovací proud 15mA, což je dostačující, její horní hranice proudového omezení je nastavitelná přibližně na hodnotu 20A (30A). Elektronická pojistka je nesrovnatelně rychlejší, než klasické tavné pojistky, dokáže reagovat maximálně v řádu jednotek ms. Nesmíme ovšem tuto pojistku zneužívat po dlouhou dobu, kdy signalizuje aktivaci proudového omezení, ztráty vyzářené v teplo při aktivaci mohou dosáhnout v extrémním případě několika stovek wattů, což není schopen výkonový prvek T10 (IRFP064N) dlouhodobě zvládnout. Výkonový MOSFET tranzistor IRFP064N má následující parametry: UDS=55V; ID=110A; Ptot=200W; RDS=0,008Ω; TO247AC.
Schéma zapojení elektronické proudové pojistky
Proudovou pojistku je možné nastavit od minimálního výstupního proudu (cca. 15mA) až do maximální povolené proudové hodnoty laboratorního zdroje (30A). Pojistka je napájena napětím +5V, regulaci provádíme 10-ti otáčkovým precizním potenciometrem P5 (10kΩ) 534 firmy Spectrol. Můžeme samozřejmě použít i dvojici klasických potenciometrů, jeden pro jemnou (500Ω) a druhý pro hrubou (5kΩ) regulaci. Potenciometr má na každém výstupu zařazen odporový trimr: P4 (10kΩ/PT10LV), P6 (25kΩ/PT10LV), kterým do-nastavíme minimální a maximální omezení proudu. Proudová pojistka je doplněna o LED diodu Q5 červené barvy, která signalizuje nastupující omezení (aktivaci) proudové pojistky.
Hlavní součástkou pojistky je výkonový MOSFET tranzistor T10 (IRFP064N), tento tranzistor má v sepnutém stavu zanedbatelný odpor (0,008Ω), takže na něm v ideálním případě nevznikají žádné tepelné ztráty. Situace se změní v případě aktivace proudové pojistky, pak se musí vyzářit tranzistorem T10 velké tepelné ztráty (může dosáhnout i stovek wattů), proto musíme umístit tento tranzistor na dostatečně dimenzovaný chladič. Dále doporučuji neprodlužovat zbytečně dobu, po které je aktivní proudová pojistka, zbytečně bychom zatěžovali tranzistor T10.
Napájecí napětí 5V, napájí dělič tvořený dvěma trimry (P4, P6) a 10otáčkovým potenciometrem P5, ze kterého se odebírá napětí UG pro výkonový MOSFET tranzistor T10. V případě zkratu, nebo většího proudu procházejícího výstupními svorkami, než je nastavený potenciometrem, začne téct diodou D10 (1N4007) a rezistorem R28 (10kΩ) proud do báze T8 (BC546B), ten se otvírá a tranzistor T10 (IRFP064N) se přivírá, tím se sníží proud tekoucí do zátěže. Tranzistor T9 spíná červenou LED diodu Q5 při aktivaci proudové pojistky. Proudová pojistka je velice rychlá a proto spolehlivá.
Důležitá je stabilita napájecího napětí +5V, z tohoto napětí je napájen odporový dělič tvořený P4, P5, P6 a tím je také udána stabilita proudového omezení proudové pojistky. Výkonový MOSFET tranzistor IRFP064N je umístěn na společný chladič laboratorního zdroje CHL1 (CHL32C/80 – 0,9K/W), který je navíc doplněn o tři ventilátory KDE1208-PTS3.
Komparační obvod 15V/30V pro laboratorní zdroj
Pro snížení ztrát při regulaci výstupní napětí laboratorního zdroje, bylo potřeba zajistit automatickou volbu vstupního napájecího napětí zdroje. Díky tomuto řešení lze udržet tepelné ztráty vyzářené aktivními prvky v přijatelných mezích, a proto nemusíme příliš zvětšovat velikost a hlavně váhu chladiče polovodičových prvků.
Schéma zapojení komparátoru 15V/30V
Popis funkce obvodu: střídavé napětí dvojitého sekundárního vinutí výkonového toroidního transformátoru, má hodnotu 15V~ / 30V~, dle stavu komparátoru. Při zapnutí zdroje je relé REL2 v klidovém stavu (není ovládací napětí 12V pro relé), po provedení „SOFT“ STARTu se porovná nastavené napětí zdroje s komparačním napětí (Ukomp. = 15V), pokud je nastavené výstupní napětí nižší než komparační, tak se stav relé REL2 nemění a obě sekundární vinutí jsou řazena paralelně, naopak pokud je nastavená úroveň výstupního napětí vyšší, je stav komparátoru překlopen a relé přepne sekundární vinutí do sériového řazení, kdy posléze obdržíme na vstupu usměrňovače střídavé napětí 30V.
Popis zapojení obvodu: jádrem zapojení je integrovaný obvod IO2 (LM741) v pouzdru DIL08. Na vstup + (pin3) IO2 přivádíme komparační napětí z výstupu laboratorního zdroje, hodnota výstupního napětí zdroje určuje okamžik překlopení komparátoru podle referenčního napětí, které je přivedeno na vstup – (pin2) IO2. Hodnota referenčního napětí je nastavena na 15V. IO2 (LM741) je napájen nesymetrickým napětí +18V s obvodu pomocného napájení. Aby nedocházelo k hysterezi obvodu IO2 (LM741) při hraničním komparačním napětí, je zařazena zpětná vazba s odporem R23 (47kΩ). Ovládací napětí je vedeno s výstupu OZ (pin6) IO2 přes odporový dělič R24, R25 (4k7) do báze tranzistoru T7 (BC640). Tento tranzistor spíná relé REL2 (F4052-12), tranzistor je chráněn dvojicí diod D8, D9 (1N4007), stav přepnutí komparátoru je signalizován LED Q4 zelené barvy.
Obvod pomocné napájení pro laboratorní zdroj
Vzhledem k obvodové složitosti celé konstrukce laboratorního zdroje, se určitě nevyhneme různorodému pomocnému napájení jednotlivých obvodů, proto je v konstrukci doplněn obvod pomocného napájení (+5V,+12V,+15V,+18V,-9V,-15V). Obvod je umístěn společně ze síťovou části na společné desce plošných spojů DPS. Celý obvod je napájen z výstupu za filtrem síťové části, aby nebyl ovlivněn obvodem „SOFT“ START a TEMP PROTECT.
Schéma zapojení pomocného napájení
Síťové napětí 230V je přivedeno na transformátor TR2 (ZTR54/18) do DPS, který má za úkol zásobovat řídící a doplňkové obvody. Transformátor má dvě sekundární vinutí (2 x 18V) a je schopen dodat proud až 0,4A do každého vinutí. V každé větvi je umístěn usměrňovací můstek typu B250R (BR2, BR3) doplněný o odrušovací polyesterové kondenzátory C70-C73 a C84-C87 (10nF/MKS2), následuje elektrolytický kondenzátor C74 (C88) 1000μF/35V, který filtruje procházející napětí.
Sekundární vinutí L1 je určeno pro kladná napětí +5V, +12V, +15V, +18V (měřidla napětí a proudu – PMV7157HX, proudová pojistka, řídící jednotka chlazení, „SOFT“ start, komparátor 15V/30V). Tyto napětí jsou získána pomocí stabilizátoru řady 78xx v klasickém doporučeném zapojení. Navíc je každý výstup doplněný o zatěžovací rezistor, který zajistí minimální odběr 20mA z obvodu pro správnou funkci stabilizace.
Sekundární vinutí L2 je určeno k napájení obvodu s požadavkem na záporné napětí. Jedná se opět o klasické doporučené zapojení obvodu řady79xx. Výstupní napětí -15V a -9V je určeno k napájení reference -1,2V pro stabilizátor LM338K a pro napájení řídící jednotky chlazení.
Všechny stabilizátory jsou v pouzdru TO220, které je navíc doplněno o malý chladič D02-BLK pro lepší chlazení integrovaných obvodů. Na výstupu každé napájecí větve je zařazen tantalový kondenzátor s kapacitou 1μF/35V.
Řídící jednotka chlazení laboratorního zdroje
Protože dosti velký výkon laboratorního zdroje již vyžaduje nucené chlazení, je užitečnou součástí zdroje také elektronické řízení otáček ventilátoru podle aktuální teploty chladiče a jeho okolí. Tím se sníží výrazně rušivý šum ventilátoru, kdy je výstupní výkon laboratorního zdroje pouze zlomek maximálního a zdroj produkuje výrazně menší množství tepla. Modul obsahuje teplotní čidlo TS1 (KTY81-120), které se montuje na chladič CHL1 (CHL32C/80) v blízkosti výkonových tranzistorů.
Schéma zapojení řídící jednotky chlazení
To jednak aktivuje tepelnou pojistku obvodu „TEMP PROTECT“ s relé REL1 (F4052-12) při překročení nastavené teploty trimrem P8 (500Ω/PT10LV) a současně slouží pro řízení otáček připojených ventilátorů KDE1208-PTS3. Obvod řídící jednotky chlazení je napájen napětí ±15V a navíc napětím +12V pro napájení ventilátorů FAN1 až FAN3 a relé REL1. Obvod tepelné ochrany používá polovodičové snímače typu KTY81-120 se jmenovitým odporem asi 1kΩ při 25°C. Při ohřevu na +75°C stoupne jejich odpor asi o 40% (tj. na 1,4kΩ). Stejnosměrné napětí na čidle je tvořeno odporovým děličem R41 a TS1. Operační zesilovač je IO3a je zapojen jako sledovač. Z jeho výstupu se odebírá ss napětí pro obvod řízení otáček ventilátoru a současně je toto napětí přivedeno na komparátor tepelné ochrany IO3b. Referenční napětí se nastavuje trimrem P8. Máme tak možnost zvolit si teplotu, při které dojde k aktivaci relé REL1 obvodu TEMP PROTECT. Odpor R43 zajišťuje hysterezi při opětovném připojení. Přes odpor R45 je připojena indikační LED Q8. Obvod pro řízení otáček ventilátoru je tvořen operačním zesilovačem IO3c a IO3d, zapojeným jako invertující zesilovač. Mezi 25°C a 75°C stoupne napětí na vstupu FAN asi o 0,4V, což způsobí na výstupu pokles napětí asi o 4V. Klidové otáčky ventilátoru (při teplotě chladiče 25°C) nastavíme trimrem P9, P10.
Seznam součástek
| Rezistory | |
| R1 | 220Ω/TR9W |
| R2 | 3KΩ/R0207 |
| R3, R5, R6 | 1K2/R0207 |
| R4 | 1Ω/R0414 |
| R7, R30, R33, R76, R80 | 680Ω/R0207 |
| R8 | 22Ω/R0414 |
| R9 | 150Ω/R0207 |
| R10, R11 | 100Ω/TR9W |
| R12, R78 | 470Ω/R0207 |
| R13-22 | 0, 1Ω/TR9W |
| R23 | 47kΩ/R0207 |
| R24, R25 | 4k7/R0207 |
| R26, R77, | 560Ω/R0207 |
| R27, R65, R74 | 220Ω/R0207 |
| R28, R39, R48, R52 | 10kΩ/R0207 |
| R29, R32, R43 | 1MΩ/R0207 |
| R31 | 6k8/R0207 |
| R34 | 100kΩ/R0414 |
| R35, R36, R37, R38 | 10Ω/TR9W |
| R40, R64, R73 | 22kΩ/R0207 |
| R41, R42, R47, R53 | 12kΩ/R0207 |
| R44, R49, R54 | 1k5/R0207 |
| R45 | 8k2/R0207 |
| R46, R51, R56, R57 | 1kΩ/R0207 |
| R50, R55 | 100kΩ/R0207 |
| R58, R59, R60, R61, R67, R68, R69, R70 | 0, 39Ω/R0414 |
| R62, R71 | 2k2/R0414 |
| R63, R72 | 1K8/R0207 |
| R66, R75 | 1kΩ/R0414 |
| R79 | 160Ω/R0207 |
| R81 | 390Ω/R0207 |
| Potenciometry, trimry | |
| P1 | 5kΩ/N/534 |
| P2, P3 | 2k5/PT10LV |
| P4 | 10kΩ/PT10LV |
| P5 | 10kΩ/N/534 |
| P6 | 25kΩ/PT10LV |
| P7 | 500kΩ/PT10LV |
| P8 | 500Ω/PT10LV |
| P9, P10 | 1kΩ/PT10LV |
| P11-P18 | 5kΩ/43P(T18) |
| Kondenzátory | |
| C1 | 10nF/MKS4 |
| C2, C3, C4, C5 | 220nF/MKS4 |
| C6-C15 | 4700µF/50V |
| C16, C18, C49, C62 | 220nF/ker. |
| C17, C20, C21, C52, C54, C56, C65, C67, C69 | 10µF/50V |
| C19 | 1µF/100V |
| C22 | 1µF/50V/TANT |
| C23, C25 | 10µF/35V/TANT |
| C24, C29, C30, C40, C41, C42, C51, C53, C55, C64, C66, C68, C75-C79, C89, C90, C91 | 100nF/ker. |
| C26, C27, C28 | 0, 33µF/35V/TANT |
| C31 | 1nF/ker. |
| C32, C33 | 220nF/CFAC/X2 |
| C34, C35 | 1µF/CFAC/X2 |
| C36, C37 | 2, 7nF/CFAC |
| C38 | 470µF/25V |
| C39 | 47µF/50V |
| C43 | 100µF/50V |
| C44, C45, C46, C47, C57, C58, C59, C60 | 47nF/MKS2 |
| C48a, C48b, C61a, C61b | 4700µF/35V |
| C50, C63, C74, C88 | 1000µF/35V |
| C70, C71, C72, C73, C84, C85, C86, C87 | 10nF/MKS2 |
| C80, C81, C82, C83, C92, C93 | 1µF/35V/TANT |
| Diody, tranzistory | |
| D1, D6, D7 | P1000K |
| D2 | BZX85V033 |
| D3 | LM385Z/1, 2 |
| D4, D5 | 1N5819 |
| D8, D9, D10, D13-16, D22-24, D31-D33 | 1N4007 |
| D11, D12 | BZX85V005.6 |
| D17-D19, D20, D21, D25-D30, D34 | 1N5408 |
| BR1 | KBPC5006F |
| BR2, BR3 | B250R |
| T1 | MJ11016 |
| T2 | BC557C |
| T3 | BD240C |
| T4, T5, T6 | MJ15004 |
| T7, T11 | BC640 |
| T8, T9 | BC546B |
| T10 | IRFP064N |
| T12 | BC558B |
| T13 | BUZ11 |
| T14, T15, T16 | BDX54C |
| T17, T18 | TIP132 |
| Integrované obvody | |
| IO1 | LM338K |
| IO2 | LM741 |
| IO3 | TL084 |
| IO4, IO5 | LM350T |
| IO6 | 7818 |
| IO7 | 7815 |
| IO8 | 7812 |
| IO9 | 7805 |
| IO10 | 7915 |
| IO11 | 7909 |
| LED diody | |
| Q1 | LED L53YD |
| Q2, Q4, Q7-Q12 | LED L53GD |
| Q3, Q5, Q6 | LED L53ID |
| Chladiče | |
| CHL1 | CHL32C/80, AL5060 |
| CHL2, CHL3, CHL4 | V7141 |
| CHL5, CHL6 | CHL20B/80BLK |
| CHL7-12 | D02-BLK |
| Ostatní prvky | |
| CONN1-CONN3 | CKK5/3 |
| CONN4, CONN20 | CKK5/2 |
| CONN5-CONN19 | CZM5/2 |
| REL2, REL3, REL4 | F4052-12 |
| VAR1 | V250LA40 |
| F1 | PP6 T 7, 5A |
| F2, F3 | AL30A |
| F4, F5 | PP5 F 5A |
| L1a, L1b | 1, 8mH/6A RSDH423260 |
| L2, L3 | 150µH/6A/V32A6 |
| L4, L5 | 220µH/3A/T220A3 |
| TR1 | Toroid 1200VA (2x15V/30A; 2x20V/3A) |
| TR2 | ZTR54/18 (14VA)(2x18V/0, 5A) |
| FAN1, FAN2, FAN3 | KDE1208-PTS3 |
| SP1 | CK1051 (4 polohy, 3 póly) |
| DL1-12 | DL5 1D |
| DP1 | DP 10 P |
| DP2, DP3 | DP 02 P |
| DP4, DP5 | V1140 |
| TS1 | KTY81-120 |
| DIL1 | PAT08 DIL PR |
| DIL2 | PAT14 DIL PR |
| VYP1 | SSK1553 RED01 |
Michal Slánský
Michal.Slansky@ seznam.cz
Michal.Slansky@ seznam.cz
Download & Odkazy
- Domovská stránka autora - http://michal.slansky.sweb.cz/
Komentáře
TRAFO
dobry den. chcem sa spytat. dalo by sa pouzit na POMOCNE NAPAJANIE aj transformator so spojenym sekundarnym vinutim?? dakujem