In figuur I hebben we een uitgeklede versie van het senerna getekend 011l de principiële werking duidelijk te rnaken. Centraal in de voeding staat de positieve spanningsrege- laar die rond IC3a. T4, 1"5 en T6 is opge- bouwd. Het is het klassieke systeem. Via een spanningsdeler wordt de uitgangsspanning op de l1lin-ingang van de oparnp gezet. Deze vergelijkt de spanning op de l1lin-ingang met de spanning op de plus-ingang (instel- baar met 1-'6)en regelt zo nodig via driver T4 de eindtransistor(en) bij om de uitgangs- spanning op de juiste waarde te houden.
iet klassiek is de fototransistor van een op- to-coupter die parallel aan de basls/emtt- ter·overgang van T4 is geschakeld. Deze maakt deel uit van de stroom begrenzing. Zo- dra die stroombegrenzing aanspreekt. gaat de fototransistor geleiden. Aan T4 wordt dan zoveel basisstroom onttrokken als nodig is om T5 en T6 niet meer dan de maximaal toe- gelaten stroom te laten leveren. Daartoe meet de stroom begrenzing de stroom met de weerstanden R, in de beide voedingslij·
nen. In de positieve helft van de voeding be- waakt T3 de spanning over de daar ge- plaatste R,. Wordt die spanning groot ge- noeg om T3 te laten geleiden, dan lichten in- dikatie-LED D4 en de opto-coupler-LED op.
Deze laatste laat de foto·transistor geleiden en de stroom wordt begrensd.
De stroom waarbij de stroom begrenzing aanspreekt. is instelbaar door middel van de stroombron die rond T I en T2 is opgebouwd.
De met P2 ingestelde stroom wordt door TI
budget-voeding
voeding voor een laag tarief
Na het grove geweld van vorig jaar (400-\\1- lab-voeding, IQ-A·voeding) werd het weer eens hoog tijd voor een minder extreme voe- ding. Een voeding in het populaire gebied van zo'n 30 V en 2
a
3 A, Aan de naam van dit projekt kunt u al zien dat hierbij vooral de prijs van de voeding goed in de gaten ge- houden is. Nu betekent "budget .. niet direkt goedkoop, kaal van uitvoering of mager qua specifikaties. Het grootste deel van hel uit·gegeven geld bij een voeding gaat toch in de trafo en de elko's zitten, daar kan weinig aan worden veranderd. \\Ie hebben echter ge·
poogd om geen geld uit tegeven aan niet di- rekt noodzakelijke extra's, terwijl verder gestreefd is naar goede specs onder gebruik- making van goedkope komponenten.
Een van de instrumenten die een elektronica- hobbyist in de standaarduitrusting beslist nodig heeft, is een gestabiliseerde voeding.
In de loop der tijd zijn er in Elektuur dan ook al heel wat voedingen gepubliceerd, van super simpel tot super de luxe. Deze voeding
is vooral prijsbewust opgezet. Het is een stevige voeding zonder overbodige toeters
en bellen.
1
ts.re
k---~---_.__{++i O 2,3A0 28V
geleverd aan de troombegrenzing in de po- sitieve helft van de voeding en door T2 aan het negatieve deel. Daarmee kunnen we de transistoren die de stroom bewaken (T3 en T7) alvast een voorspanning geven. Er is dan minder uitgangsstroom nodig om de stroombegrenzing te laten aanspreken. Met P2 kunnen we zo dus de stroombegrenzing van de positieve én de negatieve uitgang ge- lijktijdig regelen. De stroombegrenzing in de negatieve helft van de voeding werkt verder hetzelfde als die in de positieve helft. T7 be- waakt de stroom en geeft het resultaat door via een opto-coupler naar de spanningsrege- laar. Ook die spanningsregelaar is weer het- zelfde opgezet als de regelaar in de positieve helft. In principe althans, want zoals u ziet zijn driver T8 en de opto-coupler niet met massa verbonden maar met + 12 V. Dat was nodig omdat de regelaar voor de negatieve uitgangsspanning als bijzonderheid heeft dat hij wordt gevoed met een positieve voe- dingsspanning. Zo besparen we ons de noodzaak van een positieve én een negatieve hulpvoeding. Het betekent echter wel dat we een uitgangsspanning van O... -28 V moe- ten regelen met een opamp die met in- en uitgangsspanningen werkt tussen 0 en + 12 V. Bij de uitgang van deopanip is dat opgelost door de driver ten opzichte van + 12 V te laten werken. Aan de ingangen hebben we er voor gezorgd dat de spannin- gen (nagenoeg) op nul volt staan. De plus-in- gang (de referentie van de regelaar) is ge- woon aan de massalijn geknoopt. De min-in- gang moet de regelaar via de terugkoppe- ling van de negatieve uitgangsspanning op nul volt zien te houden. Doordat die terug-
t arrc
0 281/
O 2,JA
koppeling is uitgevoerd met twee gelijke weerstanden (R) die tussen de positieve en de negatieve uitgang zijn aangebracht, zal de regelaar zich zo instellen dat de negatieve uitgangsspanning even groot is als de posi- tieve. Op deze wijze kan met één enkele pot- meter (P6)zowel de positieve als de negatie- ve uitgangsspanning worden geregeld (ze hebben dus altijd dezelfde absolute waarde).
Het uiteindelijke resultaat
Behalve het aanbrengen van wat basis- weerstanden en frekwentlekornpensaties zijn er bij het aankleden van figuur look nog wat andere details toegevoegd die alles te maken hebben met de praktische \\Ierking van de voeding. Figuur 2 laat het eindresul- taat van deze kleed partij zien.
Laten we maar bij de netaansluiting begin- nen. De netspanning komt binnen via net- entree 1\4 (met een lngebouwde zekering- houder). Via aan/uit-schakelaar S2 komt ze vervolgens bij trafo Tri terecht. die dan een transformatie naar 2 x 25 V uitvoert. Deze spanning wordt door BI gelijkgericht en door CI en C2 afgevlakt tot ongeveer ±35 V.
Voor de hulpvoeding van + 12 V wordt de on- gestabiliseerde + 35 V eerst 10 V kleiner ge- maakt met zenerdiode DI. De ingangsspan- ning van spanningsregelaar ICI blijft dan binnen zijn specifikaties, zodat deze 7812 er zonder problemen een gestabiliseerde span- ning van 12 V van kan maken.
Bij de stroombegrenzing zien we dat in serie met P2 twee dioden zijn toegevoegd. Deze zorgen er voor dat we niet een deel van het regelbereik van P2 moeten opofferen voor
elektuur 11-91
figuur 1. Voor hel ver- klaren van de principië- le werking is in dit schema alleen hel /100g51 nooazekeujke gelekend.
Onderdelen lijst
Weerstanden:
KI~lx27k
R2,R8.R 12 = 3 x 1 k R3,K 15.K30,R31 = 4 x 2k2 R4.K19 2 x 68 Q/I W R5,R18 = 2 x 330 Q/I W R6,R17 = 2 x 47 Q/I W R7 = 1 x 2k2
K9,R 13,ln2,R24 = 4 x I k8 K 10,R 14,K23,
In7 = 4 x 0,4 7 Q/5 W RII.RI6 = 2 x 3k9 R20 = 1 x 10k K21 = 1 x2k7
K25.ln6,R28 = 3 x 4k 7 H29,R32 = 2 x 270 k P1,1'5 ~ 2 x 100-k-
instel potmeter 1'2= I x 2k2·potll1eter P3,P4 = 2 x 10-k-
lnstetpotmetcr P6 = I x I-k-potmeter
(eventueel IO-slagen)
Kondensatorcll:
CI.C2 = 2x4700~/40V 3,C4 = 2 x 10~/63 V radiaal
C5,C10 ~ 2 x 470 P C6 = I x 2n2
C7,C 11= 2 x 220 ~/63 V radiaal
C8,C9 = 2 x I n
Ilalfgeleidcrs:
Ol == 1x zenerdiodc 10 VII W
02,03 2 x IN4148 04.06 2 x rode 3-"''''-
LED
05,07 ~ I x LlAT85 B I I x B80C5000 I 3300 TI = 1 x BC547B
T2 = I x BC557L1 T3,T8 2xBDI40 T4,T7 = 2xBDI39 1'5.1'6= 2 x TlP2955 1'9,1'I 0 = 2 x TIP3055 1 1 = 1 x 7812 IC2,IC4 = 2 x CNV 17-2 IC3 = I x TLC272 Diversen:
KI,K2 = 2x3-palige printkroonsleen, steek 5mm
K3 = I x 10-polige male boxheader
K4,Fl = 2XClIfO- net-entree met zekeringhouder + zekering 630 mAT K5 = I x 10-polige female
header (kabeldeel) + stukje band kabel 51 = 1 x draaischakelaar,
2 moederkontakten.
4 standen (af 3 moederkontakten.
4 standen, zie tekst)
2
TlP2955 TlPJD55
~
eer 80139 80140,
cKJr- r--K5
~
60140,.
--:;:.V" •
vu-'"
I- .'.'
,;"
:'
"
"
,;
"
"
;:
'I;, .',;
"
'.
"
"
"
;,.' .'.' .'
:: *
:L~
,;eeSt7e
BC557B
I.
c ••
I
E~~'OC5000
BI
+
/3300"''''"'''
I
•
KI
.,..
o
"
~
I'V
~
IClT
;.
"
.;;,
"
:;
.'I· :;I, Sib
*
I
-::0:'
~v·,
I·
IC2,IC4 =CNY17·2
IC3 =TLC272
2SV asv
lA2 3A2 ~.!t!.. 2. I~ PI ~2
,')17 "TlP3055~ 210k
jr--i-:,+\..-I", ::
:fi;'_"~'~
t---; L "...~ - ; ,,. "\
'-~ ;;'
T,'~~
\~~, _.._J",
I
'fm
Lc-,220V"", .----..:::;50Hz~
---;;;'r~l ""r~~ ~
lJJsw l~5W ,
'-- '--
Figuur 2. Om uall net schema in fîguur I een prekusene sc/lakeling Ie maken, moeren we nog wat enderaeten toeuoe·
geil.
het overwinnen van de drempelspanning van de basis /ernitter-diode van TI en 1'2.
De twee eindtrappen van de voeding bestaan in werkelijkheid uit twee parallel geschakel·
de transistoren (T5/T6 en T9/TlO). Strikt ge- nomen zou een transistor van het aanqeqe- ven type voldoende zijn. In het ergste geval (uitgangsspanning minimaal, uitgangs- stroom maximaal) zouden we dan nog net onder de grens van de zogeheten second breakdown van de transistoren blijven. Maar veel speelruimte is er niet en de warmte die de circa 80 verstookte watten veroorzaken, moet ook nog worden afgevoerd, Door toch twee eindtransistoren per kant te gebruiken weten we zeker dat we royaal binnen de specs blijven. bovendien wordt de af te voe- ren warmte over twee transistoren verdeeld, wat weer gunstige gevolgen heeft voor de di- mensionering van de koel platen (bovendien zijn twee transistoren gewoonlijk goedkoper dan een grote koelplaat),
De ernitterweerstanden van de eindtransisto- ren hebben twee taken, Enerzijds zorgen ze er voor dat de stroom netjes wordt verdeeld over de beide parallel geschakelde transisto- ren, Anderzijds fungeren ze tevens als de weerstanden R, uit figuur I, om de door de voeding geleverde stroom te meten. Omdat de stroom begrenzing de totale stroom door
beide eindtransistoren in de gaten moet houden, zijn de emitters via twee optel- weerstanden met de basis van 1'3 resp. T7 verbonden,
Twee onderdelen die we ook nog niet zijn te- gengekomen in figuur I. zijn de dioden 05 en 07, Deze moeten de mln-Inqangen van de twee opamps beschermen tegen negatieve spanningen, zodat er geen ongedefinieerde oparnp-toestanden kunnen optreden en de oparups ook niet stuk kunnen gaan (nu kan er maximaal -0,6 V staan en dat kan prak- tisch elk IC probleemloos verdragen), Onder normale bedrijfsomstandigheden komt het in principe niet voor dat de ingangen neqa- ti f worden, Maar bij het inschakelen van de voeding hebben de opamps even tijd nodig om ord op zaken te stellen, evenals bij plot- selinge grote betastlngsvarlatles. Door een onbalans in de uitgangsspanningen kan er dan een negatieve spanning op de mln-in- gangen ontstaan, Door 05 en 07 heeft dit verder geen nadelige gevolgen.
[en fatsoenlijke voeding kan eigenlijk niet zonder meetinstrument. We hebben hier ge·
kozen voor één meter om de kosten laag te houden, De verschillende spanningen en stromen kunnen zichtbaar worden gemaakt door metSI de meter met de gewenste meet- punten te verbinden, Als u toch meer geld 52 ~ I xdut>belpolige
n t schakciaar met kontroletampje M I = I ~ !OO·~A·
draaispoelmeter of digitale metermodule Tr I t::I I xnett ralo. sex.
2>< 25 V/3,2 A (bi]v.
51016 vanILP) koculchaam 0,6 K/W (bijv. SK90, 100 mm hOOg)voorT5, T6, T9, TIO 4 x isotatlcptaatjc voor T5,
T6, T9 enTIO I kas! 100 x 300 x 180111111 (bijv. I.C970 van
Tele!) lf'rin!EP 910111
(zie pag, 6) I Irontptaatfolle EPS 9101 I 1·1'(zie pag,6)
(print-Iayout in spiegelbeeld afgedrukt)
elektuur 11-91
Figuur 3. Deze niet al te grote print herbergt een toch benooruite stevige voeding.
8
4
POWER
n\\'IÎ/'~
.
'~/
'~"."/,./
..
,o
u-
u+I-~/.
GG ... u
o _ .
o +
o
Figuur 4. Voor de voe- ding is een {ron/plaat
on/worpen die via de EPS als zel{klevende {o- lie verkrijgbaar is.
wilt uitgeven. dan kunnen natuurlijk meer- dere meters worden gemonteerd. Uhebt ook nog de keuze tussen analoog en digitaal.
Maar daarover straks meer.
De bouw
Bijna de hele schakeling is ondergebracht op de print waarvan de layout in figuur 3 staat. U begint het beste met het monteren van de 8 draad bruggen en bewaart T5/T6, T9/TiO en K2 tot het laatst. Voordat de tran- sistoren op hun plaats komen, is het ver- standig als u de kast en de koelplaat ge- boord en wel bij de hand hebt. evenals de af- standsbusjes. boutjes, moertjes en dergelij- ke. Dan kan precies worden uitgemeten hoe groot de Z-bocht in de aansluitpootjes van de transistoren moet worden. Ook kunt u dan beoordelen hoe K2 het beste op de print kan worden gezet. K2 zit namelijk vrij dicht aan de rand van de print en daardoor ook vlak bij de koelplaat. Het is daarom te over-
910111-F
wegen om K2ZO te plaatsen dat de aansluit- draden vanuit de richting C7/CII in de printkroonsteen gestoken kunnen worden.
Op de layout lijkt daarvoor eigenlijk ook geen ruimte te zijn, maar C7 en CII vallen in de praktijk kleiner uit dan getekend.
Voor de bedrading tussen net-entree K4, net- schakelaar 52 en de netwikkeling van de tra- fo raadpleegt u het best de veiligheidspagi- na.
De bedrading tussen K3 en 51 bestaat uit konnektor K5 en een stukje bandkabel. We hebben de konnektoren zo aangesloten dat de aders van de bandkabel in de juiste VOlg- orde met de schakelaarkontakten kunnen worden verbonden. Gebruikt u een digitale meter. dan moet voor 5I een 3-polige scha- kelaar worden genomen. U kunt dan met de derde sektie van de schakelaar de decimale punt en de aanduidingen V en A op het dis- play omschakelen. Bij gebruik van een digi- tale meter is bovendien nog een extra weer-
stand nodig die parallel aan de ingang moet worden geschakeld. Bij meters met een meetbereik van 200 mV moet die weerstand 270 Q zijn. Bovendien moet de digitale me- ler zwevend gevoed worden t.o.v. de rest van de voeding (batterij of aparte netvoeding).
anders zijn stroommetingen hiermee niet mogelijk.
Voor het afregelen van de meter is de hulp nodig van een universeelmeter. Daarmee meten we de uitgangsspanning (p6 instellen op maximale uitgangsspanning) en de uit- gangsstroom van de voeding (positieve resp.
negatieve uitgang kortsluiten met multime- ter in ampère-stand) en regelen vervolgens de meter van de voeding af op dezelfde waar- de. Daarvoor worden de volgende potmeters gebruikt: PI voor de negatieve spanning. P3 voor de negatieve stroom. P4 voor de positie- ve stroom en PS voor de positieve spanning.
Tot slot hebben we nog de frontplaat voor u.
De ruimte die op de frontplaat voor de meter is gereserveerd, heeft zodanige afmetingen dat u er een analoge of een digitale meter kunt plaatsen. Voor de analoge meter is er bovendien een schaaltje getekend op het stuk frontplaat dat anders achter de meter zou verdwijnen. Als u de schaal uitsnijdt, dan kunt u deze over de oorspronkelijke me- terschaal heen plakken.
(910111)
ElekluUf I
[Q]
220V <; [ 50H, [ 0
No.910111 F= 630mA T
elektuur
,,-g,
Dynamlscb meten aan een voeding
Bij een gestabiliseerde voeding gaat het er om dat de uitgangsspanning altijd konstant blijft, onafhankelijk van de geleverde uitgangsstroom, Maar al doen we in de praktijk nog zo ons best, helemaal perfekt wordt het nooit, De belangrijkste grenzen waar we tegen aan lopen, zijn de Inwendi- ge weerstand van de voeding en de snelheid van de spanningsregelaar. Om de effekten daarvan te meten hebben we de volgende marteling bedacht voor de voeding. Met een door een blokgolfgenerator gestuurde vermo- genstransistor wordt een belasting van 16 Q aan en uit geschakeld. De voeding wordt hierbij Ingesteld op 16 V, zodat de uitgangsstroom tussen Oen 1 A heen en weer klappert. In het schemaatje is de meetopstelling te zien, Het skoopplaalje laat de reaktie zien van de voeding op deze tamelijk ruige wisseling van de belasting (het bovenste signaal). Doordat een blok- golf wordt gebruikt voor het omschakelen, gaat dit zo snel dat de regelaar even het spoor bijster raakt. Als de belasting wordt ingeschakeld, zal de spanning eerst sterk dalen. Pas als de regeling de eindtransistoren verder heeft opengestuurd. komt de spanning weer op peil. Bij het uitschakelen gebeurt er iets soortgelijks. De regeling houdt de eindtransistoren iets te lang open, waardoor de spanning flink oploopt. Aan de duur van de pieken (circa .100,..s) valt af te leiden dat de spanningsregeling tot ongeveer 10 kHz zijn werk goed blijft doen (boven 10 kHz kunnen bufferkondensato- ren assistentie verlenen).
"0 •
YOedingl
~
® ~ ...
~;--6û
2.5k~
9l0l11-1J
3-.Ju1-91 15: 19:53
Ponel STATUS Memory
Scv.
PA/,EL .
Reeall Aux1110ry Setups
-X--y -."",,--
'="h" ..
ï _ -f
-;;;Chcr\=-=-,;---f--+--'-+-tL-!-.lif--+-'YI--fL-+""'-1 .6 me 50 mV
Pers 1st.ance Dwn 2
~~~ L_~_L-~_-L_L--J_-L_~~_..J .5"", ,OV
Ret.urn 0i1 00 mV ex:
....r-L
910111-14
Behalve de pieken laat de skoop ook een kleine variatie van de uitgangs- spanning zien op de momenten dat de belasting stabiel is. Deze verande- ring komt voor rekening van de inwendige weerstand van de voeding, In dit geval is de variatie ongeveer 15 mV. Die spanningsval wordt veroor- zaakt door de stroom van 1 A, hetgeen betekent dat de Inwendige weer- stand .15mQ bedraagt.
Deze meting toont aan dat de vrij eenvoudig opgezette budget-voeding heel aardige resultaten geeft.
