Kapcsolóüzemû transzverter 12V-ról szimmetrikus 27V-ra autóerõsítõhöz
Ezen rajz eddigi megtekintői: 3441 fő
(2008.08.27 -óta)


Értékelje ezen rajzot 5 -ös skálán:



A rajz feltöltője:hermit
A feltöltő e-mail címe:hermit@t-email.hu
A feltöltés ideje:2015.01.09 - 07:17:34

Ahogy ígértem a D-osztályú erősítő kapcsolásom részletezésénél, közzéteszem a hozzá tervezett 12V-ból 2x27V szimmetrikus feszültséget előállító kapcsolóüzemű transzverterem kapcsolását is, melyet szintén 2004 táján terveztem.

Általános leírás:
A forrásfeszültség 12V, amit pl. az autó akkumulátora állít elő. Arról nem végeztem kísérleteket, hogy milyen hirtelen áramindulást kell garantálnia az akksinak hogy ennek az áramkörnek az oszcillátora biztonsággal ketyegni kezdjen, de valószínűleg ez nem korlátozó tényező. Egy használható állapotú autó-akkumulátorral mindenesetre működnie kell, ha meg valami gyengébb akksi akad, és mégsem menne, arra lehet pufferkondit kötni, ami segíti leadni az áramlökéseket.
A kimeneti +27V feszültség szabályozott, azaz a terhelés függvényében nem nagyon szabad esnie a kb. 80..100W leadható teljesítményig...
Túláram-védelmet konkrétan nem iktattam be, csak a 10A olvadóbiztosítékot, szóval nem ajánlatos a kimeneteket rövidre zárni, mert a trafó és kapcsolótranzisztorok lehet hamarabb tönkremennek, mint hogy kiolvadna a bizti. Érdemes gyorsan olvadó biztosítékot használni, ami csökkenti a károsodás esélyét ilyen esetekben... (Vagy tervezni túláram-védelmet a szabályzórészhez.)
A -27V negatív kimenet közvetlenül nem szabályzott (nem 'figyelt'/'visszacsatolt'), tehát az áramkör feltételezi, hogy kb. ugyanazt a terhelést kapja a negatív táp-kimenet, mint a pozitív pólus. (Ez erősítőnél adott viselkedésforma, mivel szimmetrikusan terhel...)

Az áramkör működése, tippek a megépítéshez:
Ahhoz, hogy a bemeneti 12V-ból 2...3-szor akkora kimeneti feszültséget állítsunk elő kis méretek mellett, nagyfrekvenciás ferritmagos transzformátort használunk, melyet kapcsolóüzemben hajtunk meg (C6-tól függő) több 10kHz frekvenciával. Én egy kimustrált rossz AT/ATX PC-tápegységből szedtem ki a trafót, mert az több 100 Watt teljesítményre van alkalmazva, ezért autóerősítő-tápunkba tökéletesen megfelel a ferritmagja, csak a tekercselés kíván némi revíziót. Lebontottam a létező tekercselést, ami ki tudja, hány menet, és amúgy is hálózati feszültségre, arányában kisebb áramfelvételre méretezték. Nekünk itt a 12V feszültségen pl. 100W effektív teljesítményhez kb. 8A áramnak kell átfolyni a tekercselésen, szóval én kb. 1.5mm átmérőjű szigetelt rézvezetéket használtam, ami bőven elégnek bizonyult átlagos terhelésen (vegyük figyelembe a skin-hatást is), de az áramkör nem volt maximálisan letesztelve és bemérve műterheléssel, semmit nem garantálok ezen értékekre. (Látható a panel forrasztási oldaláról készült fotókon, hogy a nagy áramnak kitett vezetősávok is vastag cinréteggel lettek bevonva.) Először kétszer 15 menetet tekercseltem, közöttük középleágazással, ez lett a szekunder-tekercs, a köré pedig, az erősebb mágneses csatolás végett, a primert 2-szer 5 menetesre tekertem, szintén középleágazással ellátva.
A középső leágazás azért kell szekunderoldalon, mert szimmetrikus kimenetet akarunk, primeroldalon pedig azért, mert ellenütemben (push-pull) akarjuk meghajtani a trafót. Hogy miért? Mert ez közelebb áll a hagyományos 50Hz-es trafó működéséhez, ezzel elkerülhető a ferritmag mágneses telítődése, ami az áram hirtelen megindulásához vezetne, mert a trafó primere tekercs helyett kvázi rövidzárként viselkedne. A trafó ellenütemben vezérlésével a ferritmag hiszterézis-görbéjét is jobban bejárjuk, mert minden ütenben ellentétes irányban (le)mágnesezzük, és ellensúlyozzuk a görbén való eltolódást is. Nagyteljesítményű tápokban (pl. PC), konverterekben szinte mindig ilyen oda-vissza mágnesezéssel gerjesztik a szekunderáramot, mert, noha kicsit több kapcsolótranzisztort/elektronikát igényel, kisebb magméretű trafó elég... Na de ennyit a trafóról.
Van egy (szintén számítógép-tápból szedett) zavarszűrő tekercs a primer tekercs középső leágazása ('bemenete') és a 12V bemenet között, mely C2 (és C1) kondenzátorral LC-szűrőt alkot, védi az áramkört az autóakkumulátor hirtelen feszültséglökéseitől/ingadozásaitól, csak úgy ahogy visszafelé is védi az akkumulátor kapcsait (és a rá kapcsolódó eszközöket) a trafó által előállított nagyfrekvenciás zavaroktól, illetve C2 rendes pufferkondenzátorként is funkcionál.
(A bemeneti opcionális D1 dióda a túl okos felhasználók által felcserélt polaritás ellen véd, és kiégeti a biztosítékot a + és - sarkak felcserélése esetén, azesetben persze lehet tönkre is megy, de legalább a drágább áramkört megóvja a bajtól.)
Az R1 10 Ohmos ellenállás szerepe szintén zavarszűrés növelése a trafó és az akksi irányából a szabályozó-áramkör számára, melyet a C3 pufferkondenzátorral RC-szűrőt alkotva lát el.
A trafó primer- és szekunderoldali földje össze van kötve. (Eleinte ezt nem gondoltam fontosnak, és csak egy 100Ohm/1W ellenállással kötöttem őket össze a trafó két oldalának hasonló potenciálon tartásához, az esetleges elektrosztatikus átütések elkerülésére. De mint látható a fotókon, az ellenállást végül átkötöttem, hogy a kapcsolásban mindenhol egyezzen a földpotenciál. Ez hasznos, mert pl. autóerősítőnél lehet az akkumulátor negatív sarkára/vázra kötni a hangszóró negatív kivezetését, ha a helyzet úgy kívánja. Bár ez nem biztos, hogy jó ötlet, jobb a dedikált kábel e-célra...)

A primer-tekercseket két BUZ11 teljesítmény-kapcsoló N-csatornás FET kapcsolja felváltva, mindegyik annyi időre, hogy átmenetileg annyi (mágneses) energiát pumpáljon a trafóba, és onnan tovább a szekunderkörbe, amit a szekunderköri terhelés megkíván. (A szekunderkör nem igényel komolyabb kitérőt, szimpla nyagyfrekvenciás Graetz-híd és pufferkondenzátorok. A diódákat védhetjük az induktivitásokból keletkező feszültséglökések ellen a rajzon és fotón látott 10nF-os kondikkal, a nagy pufferkondik/vezetősávok szórt induktivitását is ellensúlyozhatjuk velük párhuzamosan kötött kisebb szórt induktivitású 100nF körüli kondikkal, a kimenethez minél közelebb elhelyezve.)

A FET-eket a már a D-osztályú erősítőnél is bevált szimpla BC182-BC212 tranzisztor-páros hajtja meg. Minimum 150MHz a frekvencia-átvitelük, ami tökéletesen elég a 30..50kHz kapcsolójel felharmonikusainak átvitelére is, azaz szép szögletes négyszögjel előállítására. A tranzisztoroknak minél gyorsabban fel kell tölteniük és kisütniük a FET-ek 'gate' és 'source' vezérlőelektródái közti 1500pF 'szórt' kapacitásokat, de úgy tűnik erre a célra alkalmasak...
A gyors átkapcsolás miatt a FET-ek tehát alig melegszenek, hasonlóan viselkednek a mechanikus kapcsolókhoz, vagy az áram, vagy a feszültség nő meg rajtuk, de a kettő együtt ideális esetben sosem. Persze a valóságban a FET-ek nem végtelen gyors átkapcsolása (pár száz nanoszekundum) közben keletkezik minimális hőfok (frekvencia növelésével arányos dinamikus veszteségi teljesítmény), ezért kis hűtőbordával vannak ellátva a fotókon látható módon, attól elszigetelve, vagy mindkét FET külön bordán, mert a drain elektródájuk ki van vezetve a hűtőzászlójukon.
(A FET teljes nyitásakor csak 0.03 Ohmot képvisel, ez elég csekély mértékben járul hozzá az összmelegedéshez 10A átfolyó áram esetén is csak 0.3 Watt (statikus összetevő)...)
A FET-eken lévő feszültséglökések csillapítására (amik tekercs/transzfotmátor kapcsolgatásánál általában jellemzők) C7 és C8 22nF-os kondenzátorokat alkalmazzuk. Mivel műszerezettségem nem volt túlságosan kielégítő, mikor ezt a kapacitás-értéket választottam, elképzelhető, hogy tovább finomíthatók oszcilloszkóp segítségével. Mindenesetre gyakorlatban jól beváltak.

Az áramkör magja itt is az impulzusgenerátor és a szabályozó egység, mely feladatokat az LM339-ban található 4 komparátor végzi így-meg-úgy.
A chipben a 3. komparátor a D-osztályú erősítőnél már látott háromszögjel-generátor, amely 6V egyenfeszültségre ültetett 2..3V amplitúdójú (4..6V csúcstól-csúcsig) háromszög-jelet állít elő. Ennek linearitása itt nem számít különösebben, hiszen szabályozott rendszerről van szó, mely korrigálja a kisebb tökéletlenségeket.
A szabályzást a 4. komparátor végzi, melyet műveleti erősítővé alakítunk a kimenetéről a negatív összehasonlító bemenetére kötött 1MegaOhm-os ellenállással (negatív visszacsatolással), hogy ne csak kapcsolni, hanem köztes értékeket felvenni is képes legyen finomabb szabályozás érdekében. Más szóval hibajel-erősítővé varázsoltuk a 4. komparátort. A pozitív bemenetére az R2-C4-D2 zener-diódás 6.2V-os 'referenciafeszültséget' kapcsoljuk, mely viszonylag állandó, nem függ a szekunderköri kimeneti terheléstől és az akkumulátor feszültségesésétől sem számottevően.
A hibajel-erősítőnk negatív bemenetére pedig (negatív visszacsatolásban) visszavezetjük a szöveg elején már említett +U kimeneti feszültséget egy R8-R9 ellenállásokból álló feszültségosztón keresztül. A hibajel erősítő tehát ennek megfelelően 'összehasonlítja' a referenca-feszültséget és a visszaosztott kimeneti feszültséget, és akkora hibajelet ad a kimenetén felerősítve, ellentétes irányban hatva, amekkora a kettő különbsége, ezzel késztetvén a következő fokozatokat a FET-ek rövidebb/hosszabb időtartamokra való kinyitására, a hiba ellensúlyozására. (C5 integráló szerepet tölt be, lomhábbá teszi a kimeneti feszültség változásának követését, hogy minden apró kis lökésre ne rángassa a szabályzó a beavatkozószerveket, azok ellensúlyozása legyen csak a kimeneti 3300 mikroFarad pufferek dolga.)
A FET-ek hosszabb/rövidebb ideig való nyitása az impulzusszélesség-modulációval (PWM) érhető el, amit az 1. és 2. komparátorok végeznek: A T1 tranzisztor kimenetein megjelenő (egyik invertált, másik nem) felerősített hibajelekkel hasonlítják össze az állandó háromszög-jelet, aminek eredménye, hogy a hibajellel arányos, megfelelő fázisú impilzusszélességű/kitöltésű négyszögjelet (kapcsolójelet) produkálnak, amit már csak rá kell vezetni a megfelelő FET-meghajtótranzisztorokra.
Az impulzusszélesség-moduláció mechanizmusát tovább nem részletezném, a kapcsolás mellé rajzoltam pár jelalakot, ami többet mond száz szónál.
(A két BUZ11 sosem kapcsolhat be egyszerre, mert akkor egymás ellen dolgoznának a trafó ellentétes irányú tekercseit hajtva. A szabályzó áramkör viselkedése ezt meggátolja, mert az impulzusszélesség nem érheti el a maximumot a FET-ek drain-jein a T1 tranziszoron keletkező minimális középponti feszültségesés (hézag) miatt. T1 kapcsain a jelek nem érik el teljesen alulról/felülről a 6V-ot háromszögjel legszélesebb részét, azaz a közepét. Ez végülis egyféle rövid idejű túláram-védelem, de nem volt 'szerencsém' kipróbálni, hogy gyakorlatban működik-e...)

(Sajnos az eredeti fotomaszkot / tervfüzetet a beültetési rajzzal ehhez a kapcsoláshoz sem találtam meg eddig, a régi PCB fájlok megnyitásával is gond van, de átvilágítottam és lefotóztam ezt és a D-osztályú erősítő paneljeit, ami egész tűrhető képet ad a NYÁK-ról újratervezéshez, ötleteléshez...)

Ha valaki megépítésre vállalkozik, sok sikert előre is. Kérdés esetén hermit@t-email.hu az elérhetőségem.

Horváth Mihály (Hermit)
2015 Debrecen


Fizetett hírdetések!(részletekért írj üzenetet)





Amennyiben az oldal elnyerte tetszésed, kérlek ADAKOZZ a fennmaradás érdekében a PayPal rendszerén keresztül egy tetszőleges összeggel! Köszönjük!




Mellékelt dokumentumok:

Kapcsrajz

Panel

Megépítve


Megépítve 2

Az oldalon szereplő áramkör megépítése során bekövetkezett bármiféle balesetért az oldal szerkesztője, és a feltöltők semmiféle felelőséget nem vállalnak!

HOZZÁSZÓLÁSOK:


   Még nincs hozzászólás

Hozzászólás rögzítéséhez be kell jelentkezned! Amennyiben nem vagy regisztrált felhasználó, regisztráld magad a főoldalon!



 
 
 
 

Amennyiben az oldal elnyerte tetszésed, kérlek ADAKOZZ a fennmaradás érdekében a PayPal rendszerén keresztül egy tetszőleges összeggel! Köszönjük!

Készítette: Légrádi Zoltán
Minden jog fenntartva 2008 ©