Skori Weblapja - Rezonáns kapcsolóüzemû tápegység IV.

Rezonáns kapcsolóüzemû tápegység IV.
Rezonáns tápegység
Újabb rezonáns tápegységet építettem (lásd a korábbi cikkeket errõl a témáról), ami persze újabb, szerintem érdekes tapasztalatok szerzésével is járt. A tápegység mellesleg egy kis erõsítõhöz készül(t), méghozzá ehez! A kindulási alap, a korábban készült önrezgõ tápegység volt, gyakorlatilag ugyanazt szerettem volna kicsiben és ferrit-toroid szórótrafóval elkészíteni. Azonban a kicsi ferrit trafó, amit erre a célra megtekercseltem, annyira kicsi nyugalmi áramot vett fel, hogy terheletlen tápegység esetén leállt a rezgés. Mégpedig azért mert a Tr1 visszacsatoló trafó, az 1menetnyi L2 tekecsén átfolyó áramból képezi a kapcsolófeteket meghajtó jelet. Sebaj, kell a trafóba egy kis légrés - és máris lesz némi (induktív) nyugalmi áram, és a probléma meg is van oldva (gondoltam én). Szóval befogtam a ferrit magot satuba és adtam neki a kalapácssal... Szépen el is tört, (sajna nem csak 2 hanem 3 felé) ezt öszeragasztottam, (így a ragasztás miatt máris kialakult egy minimális légrés), és megtekercseltem. A trafó primerének induktivitása le is csökkent kb. 1,3mH-re és a tápegység nem sokkal késõbb vígan rezgett - csak éppen sokkal alacsonyabb frekvencián mint ahogy szerettem volna. Ezért elkezdtem csökkenteni a visszacsatoló trafó szekunder menetszámait (a lentebbi rajzon L1 és L3) hogy a frekvenciát megnöveljem, azonban ez nem járt sikerrel, a frekvencia alig emelkedett, mígnem elértem azt a határt ahol már nem akart mûködni a táp. A további teszteléskor kiderítettem, hogy ezt sajnos a rezonáns kondenzátorok és a viszonylag alacsony primer induktivitás keltette rezonancia okozza. Volt ugyan még néhány ötletem, a probléma megoldására, de végül más irányba indultam el. A lényeg: a tápegység kapott egy újabb (légrés nélküli) trafót, ezután, a tápegységet terhelve, beállítottam a kivánt 70kHz körüli frekvenciát (L1 és L3 módosítgatásával). A terhelést levéve persze leállt a tápegység. Ekkor a Tr2 ferrit-trafón átfüztem egy huzalt (1menet), ez üzem közben 4V körüli feszültséget jelentett, és errõl a "tekercsrõl" meghajtottam a Tr1 visszacsatoló trafóra készült negyedik (L4 - 3menetes) tekercsét, egy ellenálláson keresztül. Magyarul a tápba a soros áram visszacsatolás mellé bekerült egy párhuzamos feszültség visszacsatolás is, ami képes a terhelés nélküli állapotban is a rezgés fenntartására, és ezzel kialakult az alábbi kapcsolás:

R7 ellenállás értékét kísérletileg határoztam meg, úgy hogy megkerestem mennyi az a legnagyobb ellenállás-érték, ami még biztosan elegendõ arra hogy a rezgés fennmaradjon, és ennél kb. 20%-al kisebb értéket választottam. A menetszám arányok úgy vannak megválasztva, hogy a párhuzamos feszültség visszacsatolásból a FET-ek kapujára jutó vezérlõ feszültség ne érhesse el a zenerek nyitófeszültségét, így itt nem folyhat jelentõs nagyságú áram, és R7 sem disszipál számottevõ teljesítményt. Persze a tápot terhelve az áram visszacsatolás miatt a feszültség megnövekszik, és a zenereken is fog áram folyni, de ha mindent jól méreteztünk, akkor R7 ellenálláson ekkor sem folyik jelentõs nagyságú áram (mert az L4 és L5 feszültsége közötti különbség kicsi). Ez a megoldás egyébként hozott magával még egy pozitív dolgot: Terheletlen állapotban a FETek a viszonylag kicsi, és rel. lassan változó vezérlõ jel miatt lassan és nagy holtidõvel fognak átkapcsolni, emiatt a Tr2 tekercsein a feszültség hullámformája lekerekített trapéz szerû lesz, túllövések és egyéb rezgések nélkül, tehát kifejezettem alacsony lesz a zavarkibocsátás. Azonban a táp hatásfoka mégsem romlik le emiatt, ugyanis ha a tápot terhelni kezdjuk, akkor az áram-visszacsatolásnak köszönhetõen a FETek vezérlõjele megnövekszik, és az átkapcsolás is gyorsabbá válik - vagyis a táp alkalmazkodik a terheléshez. Ebbõl adódóan a táp üresjárásban mindössze 1W teljesítményt vesz fel a 230V-os hálózatból, ugyanakkor akár 100W terheléssel is elboldogul hûtõborda nélkül! (Az erõsítõ, amihez ez a tápegység készült közel sem fog 100W-ot felvenni). Oszcilloszkóppal mérve így néz ki a Tr2 trafó szekunder feszültsége:

Látható, hogy a terhelés hatására kissé megemelkedik a frekvencia, és a kimeneti feszültség kb. 1..2V-nyit csökken, azonban ez a gyakorlatban nem jelentett különösebb problémát. Az egyenirányított hálózati feszültség 100Hz-es hullámossága is modulálja némileg a mûködési frekvenciát, ezért némelyik oszcilloszkópon sokkal "rosszabbul nézhet ki" a terhelt állapotban mért hullámforma (elmosódottabb a kép, nehezebben hozható szinkronba), a jelenség akkor még erõsebb ha a szekunder oldali puferkondi(k) nagyobb energiát tárol(nak) mint a primer oldali. Ez egyébként nem jelenti a táp rendellenes mûködését, ettõl még teljesen jól használható (ha egyébként nincs rendellenes melegedés, zavar stb.).
A kapcsolásban R1,R2 (és R3,R4) igényel némi magyarázatot. Azért, hogy a tápegység kis méretû lehessen felületszerelt (SMD) ellenállásokat használtam, és ezek feszültségtûrése csak 200V, ugyan ez elvileg effektív érték, de a biztonság kedvéért inkább 2db soros ellenállást használtam, mert így semmiképpen sem alakulhat ki 200V-nál nagyobb feszültség rajtuk. Ezek az alkatrészek (+ C2 + a Diac) a tápegység indítását szolgálják. A bekapcsolás után a Diac impulzusukat juttat a T2 kapujára, amíg a rezgés meg nem indul. A T2 nyitása után a Tr1 szekunderein olyan irányú feszültség keletkezik(a visszacsatolásoknak köszönhetõen) ami a FETet nyitva tartja, amíg a Tr1 trafó vasmagja nem telítõdik, (vagy a rezonáns terhelés árama meg nem fordul). Ezután a T1 FET fog kinyitni, hasonló idõtartamra, ill. a továbbiakban felváltva nyit-zár a két FET.
A tápegység utánépítése nem egyszerû feladat, a Tr1 trafó tekercseinek menetszámát részben kísérletileg kell meghatározni, valamint R7, ellenállást is. Szükséges hozzá egy digit. multiméteren kívül: induktivitás mérõ, és oszcilloszkóp, és esetleg leválasztó trafó sem árthat. Minden tekercsnél számít a megfelelõ kezdet-vég bekötése (ezt a rajzon jelöltem), ha ezek el vannak cserélve, akkor a táp nem fog megfelelõen mûködni (és könnyû elcserélni). Aki már sikeresen épített hasonlót annk persze nem probléma ez sem, de nem árt felkészülni rá, hogy a sikert nem adja könnyen :).
Tr1 trafó vasmagját egy tönkrement kompakt fénycsõbõl (20W-os) bontottam: ez egy apró gyürüvasmag, erre készítettem el a rajzon szereplõ tekercseket, (a huzal olyan vékony legyen, hogy elférjen a vasmagon) kivéve L2-t, mert az egyszerûen a Tr2 kivezetése átfûzve a vasmagon. A zavarszûrõt és az NTC ellenállást roncs PC tápból bontottam. A Tr2 vasmagját korábban vásároltam - nem tudom mihez készülhetett eredetileg, a tekercseit litze huzalból készítettem. A tápegység többi alkatrésze szerintem viszonylag könnyen és olcsón beszerezhetõ. A tápegységhez persze másmilyen ferrit-trafó is felhasználható - a kívánt kimeneti feszültségnek és áramerõsségnek megfelelõen méretezve. Szerencsés esetben a feszültség visszacsatolás (L4, L5, R7) elhagyható - ha enélkül is fennmarad a rezgés.
Néhány fotó a tápegységrõl:

A tápegység, jelenlegi állapotában eléggé magán viseli a kísérletezgetés, és a módosítások nyomait, szóval kinézhetne jobban is, de egyelõre ez van. A forrasztási nyomokat, folyasztószer maradékot stb. persze még le fogom takarítani róla. Tr1-et és még néhány alaktrészt melegragasztóval rögzítettem, mert egyelõre nem akartam új NYÁKot készíteni, és a hely ahol üzemelnie kell majd szintén eléggé ki lesz centizve... Késõbb, ha a kjészülõ erõsítõ problémamentesen tuid mûködni errõl a tápról, esetleg tervezek egy új NYÁKot hozzá. Az öngyujtó természetesen csak a méreterány kedvéért van a fotókon.

Idõnként elõfordul, hogy már úgy gondolom kész van valami (egy áramkör, vagy egy cikk), amikor kiderül, hogy mégsem, mert belefutok valami problémába. A fenti tápegység már jó ideje zökkenõmentesen teszi a dolgát abban az erõsítõben amihez készült - legalábbis azt hittem. Ugyanis - haladni kell a korral :) vettem egy kicsi 7"-os tablet gépet, "játszani", netrádiózni, és mert mostanában nagyon leesett az áruk. Szóval, ismerkedtem az Android 4.0 operációs rendszerrel, megszoktam az érintõképernyõt is, majd gondoltam egyet, és a Winamp androidos verziójával kerestem egy internet-rádiót, és a kimenetet rádugtam az erõsítõre. Szólt is, ahogy kell, csakhogy az érintõképernyõ ideiglenesen "megbolondult", egészen addig amíg ki nem húztam a tabletbõl az erõsítõbe vezetõ kábel végén levõ Jack dugót. Affene... Szóval az erõsítõ nem érzékeny a zavarokra, viszont a tablet amit vettem igen! Ezek után nekiáltam további zavarszûrõ tekercsek bekötésével kísérletezni, sõt még egy leválasztó trafót is bekötöttem - igazi eredmény nélkül. Ekkor kezdtem sejteni, hogy más lesz a megoldás, hiába alkalmaztam kettõs-szigetelést mint érintésvédelmi megoldást a tápegységben (illetve az erõsítõben - mint komplett készülék) mégsem lehet kihagyni az úgynevezett Y kondenzátorokat. Ide persze kívánkozik egy kis kitérõ, hogy mi is az az Y (és X) kondenzátor, de elõtte ideírom: Igen! Ez volt a megoldás, az Y kondik beépítése óta az érintõképenyõ nem zavarodik meg.

Tehát mi is az az X kondenzátor, és mi az az Y kondenzátor?

Ezek a hálózati zavarszûrõ részei szoktak lenni. Az X kondenzátor többnyire a fázis-nulla vezetõ közé van bekötve, speciális jellemzõje, hogy tartósan képes elviselni a hálózati váltakozó-feszültséget, olyan anyagból van, hogy hiba esetén se okozzon tüzet, és ha esetleg mégis meghibásodik, akkor sem zárlatba - hanem inkább szakadásba megy át. Az Y kondenzátor hasonló, azonban a (PE) védõvezetõ, és a fázis, illetve a védõvezetõ, és a nulla közé kötik be, hasonló az X kondenzátorhoz, de annyiban "tud többet", hogy bizotnsági okokból sokkal nagyobb az átütési szilárdsága (hiszen ha pl. zárlatba menne akkor elvileg akár áramütést is okozhatna a készülékházzal való kapcsolata miatt - persze a védõvezetõ miatt akkor sem). Az X kondenzátorok többnyire 47nF....2uF közötti érték tartományból kerülnek ki, és általábam fóliakondenzátorok. Az Y kondenzátorok a leggyakrabban 100pF...10nF közötti kapacitásúak, és többnyire (de nem mindíg) kerámia dielektrikumúak. Az, hogy egy adott kondenzátor ilyen feladatra, illetve áramköri pozicióba, alkalmas-e a kapacitás, feszültség adatok mellett rá szokta írni a gyártó a kondenzátorra

Visszatérve az erõsítõre, illetve annak tápegységére, az a probléma, hogy ha kettõsszigetelést alkalmazok, akkor ugye nincs védõvezetõ, amihez az Y kondikat lehetne kötni. Más (gyári) tápokban ilyenkor a kimeneti oldal negatív pontjához szokták ezt kapcsolni, lényegéban én is ezt tettem, de egy harmadik Y kondenzátoron keresztül, hogy még biztosabblegyen a szigetelés a hálózati oldal és a szekunder oldal között. Íme az így kiegészített tápegység kapcsolási rajza:

A rajzon szerepel ugyan a PE vezetõ csatlakozási pontja, és adott esetben be is köthetõ, de kettõs szigetelés esetén nem kell (és nincs is hová) bekötni. Nos, ezzel a (szerintem apró) módosítással, a tápegység alkalmassá vált a kissé zavarérzékenyebb berendezésekkel való együttmûködésre, és továbbra is kíválóan teszi a dolgát - azaz ellátja tápfeszültséggel EZT a kis erõsítõt. Utánépítéskor ügyelni kell a megfelelõ alkatrészek használatára, különös tekintettel az érintésvédelemre, és az alkalmazott Y kondenzátorokra.

Skori@2012okt