Danas je nabavljen stabilizirani izvor istosmjernog napona i struje sa mogućnošću reguliranja izlaznog napona u opsegu 0-60 V, te reguliranja maksimalne izlazne struje u opsegu 0-5 A. Stabilnost izlaznog napona je vrlo visoka: od 0,01 do 0,03 %. Uređaj nosi oznaku RACPAC B60-5R i proizvod je tvrtke OLTRONIX iz 1978. godine. Tvrtka Oltronix formirana je 1964. godine u Nizozemskoj i pretežno se bavi proizvodnjom komponenti i uređaja za širok spektar različitih izvora napajanja. Svoje proizvodne pogone imala je u Njemačkoj i Švedskoj.
Prvo ćemo dati opis svih kontrola i indikacija na prednjoj ploči čime ćemo obuhvatiti i sve mogućnosti kontrole ovog reguliranog izvora napajanja:
- LINE ON – mrežna sklopka i kontrolna lampica
- 4A / 8A – mrežni osigurač
- MJERNI INSTRUMENT SA INDIKACIJAMA – ampermetar i voltmetar za mjerenje izlaznog napona i struje. Indikacije CV (constant voltage) i CC (constant current) signaliziraju dostizanje reguliranih ograničenja izlaznog napona i struje. Indikacije 1,5A i 6A, odnosno 6,5V i 60V označavaju trenutni mjerni opseg ampermetra i voltmetra (prebacivanje mjernih opsega je automatsko).
- SENSE EXT / INT – Odabir između interne ili vanjske regulacije izlaznog napona i struje. Interna regulacija izlaznog napona i struje (INT) vrši se preko kontrola na prednjoj ploči. Vanjska regulacija izlaznog napona i struje (EXT) vrši se dodavanjem vanjskih otpornika ili potenciometara (za napon) te shunta (za struju) priključenih na stezaljke SENSE (- SENSE otpornici za regulaciju napona, + SENSE shuntovi za regulaciju struje). Također, vanjska regulacija može se vršiti i upravljačkim naponskim signalima dovedenim na posebnu priključnicu za daljinsku kontrolu na zadnjoj strani uređaja.
- OVER VOLTAGE PROTECTION (OVP) – namještanje najveće željene vrijednosti izlaznog napona (prenaponska zaštita). Ova kontrola se ne smije koristiti ako se uređaj koristi za punjenje baterija ili se spaja na neki drugi izvor napona jer bi došlo do uništenja tiristorskog kruga OVP-a. U takvim slučajevima potenciometar OVP postavlja se u krajnji desni položaj, odnosno na nulu.
- CURRENT LIMIT – namještanje najveće željene vrijednosti izlazne struje (prekostrujna zaštita)
- LOAD – / + / CASE – izlazne priključnice (-, + i uzemljenje)
- SENSE – / + – priključnice za spajanje otpora (stalnih otpornika, promjenjivih otpornika, shuntova) za vanjsko upravljanje izlaznih napona i struja. Osnovno upravljanje izlaznim naponom sa vanjskim otpornikom prikazuje shema na negativnim priključnicama LOAD i SENSE označeno sa PROG 300 Ω-V. Dakle, sklopku SENSE postavimo na EXT, pozitivne priključnice LOAD i SENSE spoje se kratkospojnikom, a između negativnih priključnica LOAD i SENSE postavi se otpornik za regulaciju. Izlazni napon iznosi: U (V) = 3,35 x R (kΩ). To bi za 300 Ω bilo 3,35 x 0,3 = 1 V, dakle kako je i naznačeno 300 Ω po 1 V napona. Za puni napon od 60 V vrijednost otpornika je (300×60=18000) pa bi se vanjskim potenciometrom od 18 kΩ mogao regulirati izlazni napon u punom opsegu.
- VOLTAGE 0-60V – potenciometar za namještanje izlaznog napona sa indikacijom i mogućnošću blokiranja ručice za sprječavanje slučajnog okretanja (najveći izlazni napon je 60V, odnosno ona vrijednost koja je ograničena kontrolom OVER VOLTAGE PROTECTION)
Na zadnjoj strani ističe se priključnica za daljinsku kontrolu i reguliranje izlaznog napona i struje preko vanjskih upravljačkih napona (signala). Na ovoj priključnici paralelno su izvedene sve veze sa kontrolama i priključnicama na prednjoj ploči uređaja tako da se daljinski može upravljati sa svim kontrolama te raspolagati sa svim indikacijama kao i izlaznim naponima uređaja. Također, tu je i priključak 110 V (američki elektrodistribucijski sistem) za spajanje vanjskih ventilatora kada je uređaj montiran u noseći ormar (RACK). Ovaj napon izveden je sa primara mrežnog transformatora.
Dva ili više RACPAC B60-5R mogu se međusobno spajati serijski ili paralelno za dobivanje većih izlaznih struja i napona. Pri tome regulacija na svakom pojedinom uređaju opet može biti interna ili vanjska (SENSE EXT / INT). Također, izlaznom naponu na stezaljkama može se mijenjati polaritet tako da se dodaju kratkospojnici između stezaljki -LOAD i CASE ili +LOAD i CASE. Mi ovdje nećemo dalje ulaziti u razmatranje svih mogućnosti vanjske i daljinske kontrole i regulacije struje i napona jer se time ne dobije ništa više od interne kontrole, a u prosječnoj elektroničkoj radionici rijetko postoji potreba za daljinskim upravljanjem reguliranim izvorom napajanja.
Unutrašnjost RACPAC B60-5R podijeljena je u dva dijela: u većem odjeljku nalaze se mrežne, ispravljačke, filtarske i stabilizatorske komponente, a u manjem odjeljku na tiskanim pločicama su komponente za regulaciju, upravljanje i indikaciju.
Bočne stranice su ujedno aluminijska hladila na koje su montirani tiristori, tranzistori i diode koje se zagrijavaju u radu, Gornja i donja stranica izvedene su od perforiranog aluminijskog lima kako bi se osiguralo hlađenje cijelog uređaja dok je montiran u RACK.
U gornjem odjeljku smješten je mrežni transformator, prigušnica i kondenzatori za filtriranje napona, iznad transformatora je tiristorsko-diodni ispravljač, a lijevo od njega na bočnoj strani montirani su elementi serijskog tranzistorskog stabilizatora i strujni shuntovi.
Primar mrežnog transformatora ima dva namota (svaki sa tri izvoda) čijom kombinacijom se prilagođava spajanje na vrijednost mrežnog napona 110V, 117V, 220V ili 240V. Na sekundarnoj strani pak se nalazi šest namota (od čega su dva sa tri izvoda), no oni su spojeni tako da dobijemo ukupno samo četiri zasebna izvora napona: jedan izvor za regulirani izlazni napon, te tri izvora za napone potrebne za napajanje elektroničkih sklopova uređaja. U svakom slučaju pregaranje ovog snažnog transformatora dovelo bi u pitanje isplativost popravka cijelog uređaja bez obzira su primarni i sekundarni namoti međusobno fizički odvojeni na C-jezgrama.
Dolje se vidi pločica serijskog tranzistorskog stabilizatora i strujni shuntovi.
Ispod aluminijske zaštite na zadnjoj strani (s druge strane gornje tiskane pločice) montirani su tranzistori serijskog stabilizatora, četiri paralelno povezana 2N3442. Lijevo od njih je već opisana priključnica za daljinsko upravljanje uređajem.
Za usporedbu dajemo odnos veličina elektrolitskog kondenzatora 10000µF / 100V iz 1970-tih godina i elektrolitskog kondenzatora 10000µF / 80V kakav se danas može nabaviti na tržištu.
Pogled unutar tiristorsko-diodnog ispravljačkog mosta. Uočava se uništen kondenzator od 1µF u filtarskom dijelu ispravljača (montiran vertikalno u donjem dijelu). Iako će ispravljač vjerojatno raditi i bez tog kondenzatora (ukoliko nije u kratkom spoju) mi ipak nećemo uključivati ovaj uređaj prije nego zamijenimo (ili barem uklonimo) ovaj uništeni kondenzator.
Nakon što smo identificirali sve “energetske” komponente ovog uređaja bilo bi korisno izvesti neku pojednostavljenu blok shemu kako bi se principijelno upoznali sa načinom rada ovog stabiliziranog izvora reguliranog napona i struje.
Tiristorsko diodni ispravljački most sličan je klasičnom Graetzovom spoju samo što su ovdje dvije diode zamijenjene tiristorima. Uloga tiristora je da ne propuštaju uvijek punu poluperiodu ulaznog izmjeničnog napona kao što bi to bio slučaj sa diodama već da je više ili manje “sijeku” ovisno o tome da li su izabrani veći ili manji izlazni naponi i struje. Cilj ovoga je da se već nakon filtriranja (preko prigušnice i kondenzatora) postigne “gruba” regulacija napona, odnosno da se već tu dobije napon blizak izabranom. Takav djelomično reguliran i filtriran napon dovodi se zatim na serijski tranzistorski stabilizator (kakav smo već opisivali u gotovo svim objavama o reguliranim izvorima napajanja) kojim upravlja regulacijska elektronika uređaja i koji vrši konačnu korekciju i stabiliziranje izlaznog napona. Na ovaj način dio stabilizacije na sebe preuzima ispravljač pa se na taj način tranzistorski serijski stabilizator puno manje opterećuje i zagrijava.
Da bi gruba regulacija ispravljačem funkcionirala sklop za upravljanje tiristorima mora generirati okidačke impulse u točno određeno vrijeme i sa točno određenom dužinom trajanja na svakoj poluperiodi ulaznog napona. Vrijeme i trajanje okidačkog impulsa mora dakle biti usklađeno sa frekvencijom ulaznog napona u ispravljač te sa izabranim vrijednostima izlazne struje i napona kako bi se poluperiode ispravno “rezale”. Da bi se to postiglo sklop za upravljanje tiristorima ima generator pilastog napona koji je sinkroniziran sa frekvencijom ulaznog linijskog napona (50 Hz). Ovaj signal dovodi se na okidač tiristora zajedno sa upravljačkim signalom koji je nastao kombinacijom izabranih vrijednosti izlazne struje i napona. Time je određen trenutak u kojem će tiristor biti okinut, no ne i vrijeme koliko će tiristor ostati otvoren nakon okidanja. Za to je potreban još jedan oscilator pravokutnog napona (100 Hz) koji će oscilirati tako dugo dok tiristor treba voditi.
Fina regulacija pomoću tranzistorskog serijskog regulatora funkcionira na principu usporedbe referentnog napona sa izlaznim naponom u naponskim djeliteljima – komparatorima. U krugu naponske regulacije uzima se izlazni napon sa izlaznih stezaljki, a u krugu strujne regulacije uzima se napon na shuntu (pad napona na shuntu proporcionalan je struji kroz njega). Stabilizacija je postignuta kada je napon na izlazu iz komparatora nula. Ukoliko se u jednoj grani naponskog djelitelja poremeti ta ravnoteža (npr. okrenuli smo potenciometar za regulaciju napona) tada će se na izlazu iz komparatora javiti napon greške, koji se pojačava u pojačalima i dovodi na bazu tranzistora u serijskom stabilizatoru kako bi isti ponovno uspostavio ravnotežu izlaznog napona sa referentnim. Referentni izvor napona daje dobro stabiliziran napon za napajanje pojačala kao i stabiliziranu struju za zener diode u komparatorima napona.
Vidimo da osnovni princip rada ovog uređaja možda i nije toliko složen koliko se to može činiti prilikom prvog pogleda u unutrašnjost sklopovlja. Svi sklopovi prikazani na blok shemi izvedeni su tranzistorski, odnosno bez upotrebe integriranih krugova ili kakvih drugih specijalnih komponenti. Osim gore spomenutog mrežnog transformatora specifične izvedbe je i mjerni instrument koji je izveden kao dvostruki voltmetar u zajedničkom kućištu i njega bi vjerojatno bilo teško popraviti ili zamijeniti u slučaju kakvog većeg kvara. Pa pogledajmo pobliže komponente za regulaciju, upravljanje i indikaciju.
Čitav ovaj uređaj izrađen je vrlo kvalitetno i robusno gdje se nije štedilo na dimenzijama kućišta i hladila, a također ni na graničnim vrijednostima ugrađenih komponenti. Time dobivamo vrlo pouzdan i vrlo precizan izvor reguliranog istosmjernog napona u vrlo širokom naponskom opsegu 0-60V i strujom do 5A što je dovoljno za gotovo sve projekte u radionici nekog elektroničara. Danas se izvor napajanja sa deklariranim vrijednostima poput ovog može nabaviti za već nekih stotinjak dolara, no napajanje je temeljna komponenta svakog elektroničara koja zna otkazati baš u presudnom trenutku i stoga ih je uvijek dobro imati nekoliko komada u pričuvi 🙂