Włókna żarzenia lamp elektronowych zazwyczaj są zasilane napięciem przemiennym, pobieranym bezpośrednio z uzwojenia wtórnego transformatora. Dziś w dobie wszechobecnej fotowoltaiki i związanych z nią dużych wahań napięcia sieci 230 Vac, może dochodzić do poważnych problemów z prawidłowym zasilaniem grzałek lamp elektronowych zmniejszając ich wydajność oraz skracając znacznie czas ich „życia”. Ponadto bezpośrednie zasilanie grzejników z transformatora, szczególnie stopni wejściowych wzmacniacza (przedwzmacniacza) często objawia się zwiększonym szumem jak i wyraźnie słyszalnym w zestawach głośnikowych czy słuchawkach tzw. brumem, czyli przydźwiękiem sieciowym 50 Hz.
Po udanej konstrukcji stabilizowanego zasilacza anodowego HV 110 – 350 Vdc występującego również pod postacią KIT’u AVT3296 narodził się pomysł na stworzenie wysokiej klasy zasilacza żarzenia lamp elektronowych. W efekcie czego po pewnym czasie powstał niżej opisany układ o następujących parametrach.
Dane techniczne:
Napięcie wyjściowe: 6,3 V (regulowane 6-7 V)
Prąd wyjściowy: do 5 A (zabezpieczenie regulowane 1-5 A)
Reakcja zabezpieczenia przeciążeniowego: 75 μs (0,000075 s)
Napięcie wejściowe: 9 Vac dla I ≤ 3 A lub 10 Vac dla I > 3 A
Czas narastania napięcia: 35 s do 6,3 V (7 V).
Zabezpieczenie nadnapięciowe: 7,5 V
Tętnienia przy 5 A Uwe = 10 Vac : 250 μVrms (0,00025 Vrms)
Tętnienia przy 3 A Uwe = 9 Vac : 200 μVrms (0,0002 Vrms)
Temperatura radiatora stopnia mocy: max 95°C przy Iobc = 5 A Uwe = 10 Vac Uwy = 6,4 V
Temperatura radiatora stopnia mocy: max 70°C przy Iobc = 3 A Uwe = 9 Vac Uwy = 6,4 V
Temperatura radiatora mostka prostowniczego: max 85°C przy Iobc = 5 A
Temperatura radiatora mostka prostowniczego: max 60°C przy Iobc = 3 A
Współpraca z zasilaczem anodowym HV - AVT3296
Wymiary: 150 x 90 x 45 mm.
Opis układu.
Opisywany zasilacz stabilizowany jest przeznaczony głównie do zasilania włókien żarzenia lamp elektronowych napięciem 6,3 V. Napięcie wyjściowe jest stabilizowane i doskonale odfiltrowane, co owocuje absolutnym brakiem przydźwięku sieciowego w głośnikach oraz innych zakłóceń pochodzących z sieci 230 Vac. Dzięki bardzo skutecznej stabilizacji włókno żarzenia lampy elektronowej pracuje cały czas w komfortowych warunkach co przekłada się bezpośrednio na jej długi czas funkcjonowania.
Aby maksymalnie wydłużyć czas „życia” coraz droższych lamp zasilacz po włączeniu realizuje funkcję powolnego narastania napięcia od 0 do 6,3 V. Krzywa narastania jest tak dobrana aby nie dochodziło do przekroczenia znamionowego prądu włókna żarzenia lampy (lamp). Inne spotykane na rynku zasilacze DC nie posiadają funkcji przeciwudarowej lub funkcja ta jest niepełna co po włączeniu wzmacniacza objawia się często widocznym tzw. „błyskaniem” lamp.
Na poniższym oscylogramie widać start zasilacza gdzie do jego wyjścia został podłączony żarnik lampy EL84. Fioletowa krzywa obrazuje narastanie napięcia a żółta prądu. Proszę zwrócić uwagę, iż jedna działka na osi X = 5s.
Schemat ideowy
Opis układu zasilacza.
Podane na wejście J1 napięcie zmienne z uzwojenia wtórnego transformatora trafia na mostek prostowniczy M1 a następnie na filtr złożony z kondensatorów C1 – C5 o znacznej pojemności. Tak odfiltrowane napięcie podane zostaje za pośrednictwem bezpiecznika F1 na stopień mocy, którego podstawowym elementem czynnym jest tzw. para Sziklaiego złożona z tranzystorów T1 i T2. Takie kaskadowe połączenie tranzystorów NPN i PNP ma tę zaletę, iż para Sziklaiego wykonuje taką samą, podstawową funkcję jak para Darlingtona, z tym wyjątkiem, że wymaga jedynie około 0,7 V, aby mogła się włączyć i podjąć poprawną pracę. Podobnie do standardowej konfiguracji Darlingtona, wzmocnienie prądowe jest równe β2 dla identycznych tranzystorów lub wyraża się przez iloczyn dwóch wzmocnień prądowych dla różnych tranzystorów. Podstawową zaletą zastosowania w naszym układzie pary Sziklaiego jest znaczne ograniczenie wydzielania się mocy (ciepła), którą musimy rozproszyć za pomocą radiatora. Para Sziklaiego jest sterowana przez wzmacniacz operacyjny U1.2. Do jego wejścia nieodwracającego doprowadzone jest napięcie referencyjne uzyskiwane w precyzyjnym źródle napięcia odniesienia D3. Celem jeszcze większej poprawy parametrów zasilacza pomiędzy D3 a wejściem „+” U1.2 zastosowano dodatkowo nieodwracający wtórnik napięciowy U1.1, zwany też czasem buforem. Kondensator C9 wraz z rezystorem R7 odpowiada za kształt krzywej narastania napięcia na wyjściu zasilacza. Element C6 delikatnie osłabia działanie pętli dla przebiegów szybkozmiennych, co zapobiega wzbudzaniu się układu. Dzięki tak zrealizowanemu układowi stabilizacji zasilacz charakteryzuje się doskonałymi parametrami oraz znikomym poziomem tętnień napięcia wyjściowego, które pod maksymalnym ciągłym, dopuszczalnym obciążeniem równym 5 A wynoszą jedynie 250 μVrms (0,00025 Vrms). Co prezentuje poniższy oscylogram.
Potencjometrem P2 ustawiamy maksymalne napięcie wyjściowe, które powinno wynosić 7 V. Natomiast potencjometrem P1 regulujemy już precyzyjnie napięcie wyjściowe zasilacza w zakresie 6 -7 V. Takie rozwiązanie pozwala nam skompensować spadki napięcia występujące na przewodach doprowadzających zasilanie do żarników lamp elektronowych. Dioda D4 pełni funkcję zabezpieczenia nadnapięciowego. Dioda LED zielona D1 informuje o prawidłowej pracy zasilacza.
Układ zabezpieczenia nadprądowego zrealizowano wykorzystując spadek napięcia występujący na równolegle połączonych rezystorach R5 i R6. Po jego wzmocnieniu przez wzmacniacz różnicowy zbudowany w oparciu o U1.3 (1/4 LM324) uzyskujemy na wyjściu U1.3 napięcie będące miarą prądu płynącego przez obciążenie zasilacza. W momencie gdy prąd ten przekroczy wartość krytyczną, ustawioną przez użytkownika za pomocą potencjometru P3, na wyjściu komparatora U1.4 pojawi się stan wysoki, który zostaje „zatrzaśnięty” w bramce U3.1 jednocześnie wyzwalając tranzystor T4, który z kolei zwiera wejście nieodwracające wzmacniacza błędu U1.2 do masy, w wyniku czego następuje natychmiastowe wyłączenie się pary Sziklaiego, tym samym odcinając napięcie na wyjściu zasilacza. Stan ten jest sygnalizowany zaświeceniem się diody LED czerwonej D9 – „Przeciążenie”. Czas reakcji układu zabezpieczenia przeciążeniowego (przeciw-zwarciowego) jest bardzo krótki i wynosi około 75 μs (czyli 0,000075 sekundy), co wyraźnie widać na poniższym oscylogramie.
Po usunięciu zwarcia i naciśnięciu przycisku S1 „Reset” dioda LED czerwona D9 gaśnie a zasilacz podejmuje normalną pracę, realizując oczywiście od nowa swoją podstawową funkcję powolnego narastania napięcia wyjściowego. Gdybyśmy jednak zapomnieli przed zresetowaniem zasilacza usunąć zwarcie a S1 byłby podłączony bezpośrednio pomiędzy wejście bramki U3.2 a masę układu wówczas w niekorzystnych warunkach po dłuższym jego przytrzymaniu mogłoby dojść do przegrzania pary Sziklaiego zanim zdążyłby się przepalić bezpiecznik F1, co w efekcie końcowym doprowadziłoby do awarii zasilacza. Aby zapobiec ww. sytuacji zaprzęgnięto dodatkowo do pracy układ scalony U2 (CD4047), który po naciśnięciu S1 generuje jednakowo krótki impuls resetujący układ przeciążeniowy zasilacza bez znaczenia na czas jego wciśnięcia. Dioda LED żółta D7 wizualizuje działanie generatora. Tak zrealizowane zabezpieczenie przeciążeniowe czyni zasilacz całkowicie odpornym na zwarcie zacisków wyjściowych.
Aby ograniczyć wydzielaną moc w stopniu czynnym zasilacza (para Sziklaiego) i jednocześnie utrzymać wysokie parametry stabilizacji warto zastosować transformator sieciowy o odpowiednich parametrach w stosunku do przewidywanego, maksymalnego poboru prądu z zasilacza. Napięcie uzwojenia wtórnego transformatora powinno wynosić 9 Vac gdy pobór prądu z zasilacza będzie wynosił nie więcej aniżeli 3 A. Oraz 10 Vac gdy prąd ten będzie miał wartość powyżej 3 A. Dla ułatwienia wyboru właściwego transformatora sieciowego poniżej znajduje się przykład oraz tabela w której zamieszczono rzeczywiste wyniki pomiarów układu.
Przykład
Przewidywany pobór prądu z zasilacza będzie wynosił 3,3 A. W zaokrągleniu w górę przyjmujemy 3,5 A. Wybieramy transformator sieciowy - Uzwojenie pierwotne: 230 Vac Uzwojenie wtórne: 10 Vac / 6 A. Np. TTS0060.
Uwagi jeszcze wymaga omówienie złącza J3 „DC Timer HV” oraz J4 „Kontrola”. Podczas normalnej pracy zasilacza przekaźnik K1 jest zadziałany a jego styki K1.2 dostępne właśnie na złączu J4 są zwarte. W przypadku zaniku napięcia 6,3 V przekaźnik puszcza i złącze J4 zostaje rozwarte. Złącze J4 możemy np. wykorzystać do natychmiastowego wyłączenia napięcia anodowego AC w przypadku zaniku zasilania żarzenia. Lub w dowolnym innym celu. Złącze J3 „DC Timer HV” służy do zasilania układu opóźnionego załączania napięcia anodowego występującego w „Anodowy zasilacz stabilizowany AVT3296”.
Jak już wcześniej wspomniano opisywany tutaj zasilacz żarzenia z powodzeniem współpracuje z anodowym zasilaczem HV 110-350 V lamp elektronowych AVT3296, tworząc w ten sposób wysokiej klasy kompletny blok zasilania wszelkich urządzeń zawierających lampy elektronowe. Na powyższym rysunku przedstawiono schemat blokowy połączenia obu modułów.
Emmett
Cool? Ranking DIY
