User manual
2
Ezt a legegyszerűbben úgy érjük el, hogy a két jelet egy műveleti erősítő
egy-egy bemenetére vezetjük: Mindig abban a pillanatban, amikor a
háromszögjel metszi az egyenfeszültségű szintet, megváltoztatja a
műveleti erősítő az állapotát, azaz ide-oda átkapcsol a plusz és a test
között. Ha a háromszögjel a -In mínusz-bemenetre van kapcsolva, a
kimenet az egyenszint túllépése esetében testre kapcsol, míg az
egyenszint alá lépéskor a pluszra vált. Az egyenfeszültség nagysága
szabja meg ez által a plusz/szünet-arányt a műveleti erősítő kimenetén,
és állítja elő az impulzusszélesség-modulációt.
Egy háromszög-feszültség előállítása céljából például egy műveleti
erősítő alapkapcsoláshoz nyúlhatunk vissza. Még egyszerűbben megy a
dolog, ha vesszük az NE555 univerzális időadót, és astabil
multivibrátorként kötjük be. Ekkor a C1 kondenzátor periodikusan töltődik
és sül ki újra, ami a +Uv tápfeszültség 1/3 és 2/3 értéke között zajlik le. Ez
a két, 33%-os, illetve 66%-os küszöbérték az NE555-ben fixen be van
állítva (a két belső komparátor előfeszültsége). Szigorúan véve ez a
töltési-kisütési folyamat nem pontos háromszögjel lineáris felfutással és
lefutással, de a mi céljainkra ez a közelítés teljesen kielégítő. Hiszen mi
csak egy szaggatott egyenfeszültséget akarunk előállítani. A
háromszögjel, illetve az egyenfeszültség összehasonlítását végző
komparátorként a CA3240 egyik fele szolgál, míg ennek az integrált
áramkörnek a másik műveleti erősítőjét áramkorlátozásra használjuk. A
terhelőáram kapcsolását egy rendkívüli tulajdonságokkal rendelkező
teljesítménytranzisztor végzi. Az IRC540 esetében egy úgynevezett HEX-
ről van szó. Ez elvileg egy teljesítmény-MOSFET, mint amilyen a mi
kelendő univerzális típusunk, az RFP 15N05 is, amely azonban az
elő
zővel szemben még további két csatlakozóponttal, a Sense és a Kelvin
nevűvel rendelkezik.
Az egyik közülük (Sense) áramérzékelőként (Sensor) szolgál, amely
vissza-csatolást tesz lehetővé a ténylegesen folyó Drain/Source
(kollektor/forrás) -áramhoz. Ez oly módon történik, hogy a teljes Drain-
áram egy pontosan meghatározott része ezen a csatlakozáson keresztül
folyik le a test irányába. Ennél a típusnál a Source-Sense áramviszony
1430: 1 értékkel van specifikálva.
Ez azt jelenti, hogy a terhelőkörben fekvő, az áram ellenőrzésére szolgáló
soros ellenálláson nem kell a teljes terhelőáramnak átfolynia, hanem csak
annak egy csekély részének az 1‰ nagyságrendjében.
Ennek az előnye kézenfekvő. A 10 A-es tartományban folyó nagy áramok
esetében rendkívül alacsony-ohmos (legfeljebb néhány milliohm)
áramérzékelő ellenállást kellene készíteni ahhoz, hogy a rajta keletkező
veszteséget alacsony értéken tarthassuk, és nem is olyan nagyon
egyszerű feladat egy ilyen kis ellenállást jól definiált értékkel
megvalósítani (ekkora ellenállása van majdnem egy normál forrasztási
helynek!). A Kelvin-csatlakozópontnak semmi köze sincs hőmérséklet-
értékekhez, hanem belül közvetlenül össze van kötve a Source-
csatlakozóval és annak a potenciálját szolgáltatja közvetlenül a külvilág
számára a parazita kivezetési ellenállások megkerülésével. Ezek a
kivezetési ellenállások többek között a lapka ás a külső csatlakozóláb
közötti belső huzalozásból, valamint magából a félvezető anyagból
adódnak, és csak akkor esnek zavarólag latba, ha nagy terhelőáramok
folynak. A “Kelvin” és a “Source” érintkezőlábak külső összekötése
áthidalja ezt a nemkívánatos ellenállást.
A kapcsolási rajzból kiderül, hogy a szabályzórész a teljes
impulzusszélesség-modulációs elektronikával és a 9 V-os rögzített
feszültségű szabályzó (IC2) által történő áramkorlátozással együtt el van
választva a terhelőkörtől. Az IC1 háromszög-generátornál felismerhető a
kissé nagyvonalúan kezelt kapcsolás, amely az R1...R3/P1 előtét-
ellenállások és a D1/D2 kombinációja. A két dióda az R2-vel együtt arról
gondoskodik, hogy a C1 feltöltési, valamint kisütési folyamatai számára
ugyanazok az (ellenállás-) viszonyok uralkodjanak, és ezáltal a két
folyamat ugyanannyi ideig tartson (szimmetrikus háromszögjel). A P1
potencio-méter az alapfrekvencia beállítására szolgál, amely illeszkedik
az alkalmazott motortípushoz, ezen az úton optimális
teljesítményszabályzást kapunk eredményül. A P2 potenciométer a
beállítható előfeszültséget szolgáltatja, amely a mi háromszögjelünkbe
többé vagy kevésbé erő
sen belevág. Itt egy kb. 2,5 V-tól 7,5 V-ig terjedő
tartományt fogunk át, tehát nagyobbat, mint a háromszög amplitúdója,
amely 3 V és 6 V közötti értékű. Az 1. műveleti erősítő (OpAmp1)
kimenetén jön létre a leírt impulzusszélesség modulált (PWM) jel,
amely a T1/T2 komplementer fokozatot vezérli. A két D3/D4 Zener-
diódával együtt ez a fokozat a T3 teljesítménytranzisztor nagyon meredek
oldalú kapcsolását biztosítja.
A segéd-terhelőkörben fekvő R18 áramérzékelő ellenálláson a
terhelőáram 1430-ad része folyik át. Az abból eredő feszültségesést
hasonlítja össze a 2. műveleti erősítő (OpAmp 2) a P3 potenciométerről
érkező előfeszültséggel, amely 0...0,5 V tartományba eshet (a D5 az R
15-ön lévő feszültséget kb. 0,6 V-ra korlátozza, úgyhogy a 2. műveleti
erősítő kimenete a 0...10 A közé eső különböző nagyságú
terhelőáramokat pozitívra kapcsolja. Ennek következményeként a T5 és
T4 vezetni fog, úgyhogy a P2-vel beállított egyenfeszültség-szint pozitív
irányba eltolódik. Az 1. műveleti erősítő kimenetén ez az impulzus/szünet
viszony növekedéséhez vezet, és a T1/T2 meghajtó fokozat invertáló
viselkedése következtében a T3 teljesítménytranzisztoron csökkenni fog a
bekapcsolási időtartam.
Amikor a terhelőkörben elértük a maximális áram értékét, ennek
következtében belép az áramkorlátozás, ami az R17/C8-ből álló RC-tag
révén nem hirtelenül, hanem nagyon lágyan történik. Ez a biztonsági
intézkedés csökkenti tehát közvetlenül a fogyasztó felé történő
teljesítményszállítást.
Amennyire az megvalósítható, a szerelés folyamán mindig lépésről
lépésre haladjunk, és menet közben állandóan ellenőrizzük, hogy az a
kiépítési fokozat, amelyhez elértünk, azt tudja-e, amit kell. Kezdjük ezért a
beültetést az IC2-vel, és a bemenőfeszültségen lévő öt, C7, C8, C10, C11
és C13 kondenzátorral. Ha megvan a 9 V értékű
kimenőfeszültség,
folytassuk tovább az IC1-el és annak a külső kapcsolásával (R1...R3,
D1/D2, C1/C2 és a P1 potenciométer). A potenciométer középső
leágazásán most meg kell jelennie a 3 V és 6 V közé eső háromszög-
feszültségnek, amelynek a frekvenciája a P3 potenciométer elállításakor
megváltozik. Először tegyük félre még a hűtőtesteket és a két T3
teljesítménytranzisztort, továbbá a D7 diódát, és fejezzük be lépésről
lépésre a nyomtatott kártya beültetését. Eközben a szokásos módon úgy
járjunk el, hogy a beültetést a lapos alkatrészekkel kezdjük, majd az egyre
vastagabbakkal folytassuk.
Mivel a gyakorlatban újra és újra jelentkeznek, jó okkal megismételjük
alább a szabvány tudnivalókat a szabvány hibák elkerülése érdekében,
mégha ez az öreg rókák számára esetleg túlzottnak tűnhet is.
Ügyeljünk a diódák helyes polaritására (fekete gyűrű a katód oldalánál),
és arra, hogy a D3 és D4 esetében Zener-diódáról van szó, bár a
megtévesztésig hasonlítanak a mezei 1N4148 típusra! Az IC1 és IC2
kapcsolóáramkörökhöz ajánlható foglalat használata, amelynek a
jelölőhornya az integrált áramkörökhöz hasonlóan balra mutat. Az IC-ket
magukat elővigyázatosságból először mindet beültetjük. A P1 és P3
potenciométer azonos kivitelű, azonban teljesen különböző értékűek, az
áramkorlátozásra szolgáló 1 kOhm-os típus alul helyezkedik el. A kisjelű
tranzisztorokra is vonatkozik az, hogy pontosan figyeljük meg őket: a T1
és a T4 pnp-típus, míg a T2 és T3 esetében npn-típusokról van szó. A
hűtőtestek alatt legfeljebb
csak 14 mm szerelési magasság áll
rendelkezésre! Fürkésző tekintettel vizsgáljuk meg a helyes beültetést, és
a forrasztási oldalon is kutassunk az esetleges forrasztási hibák után
(téves áthidalások két szomszédos forrasztási pont között, vagy a levágott
csatlakozóvezetékek elbújt darabkái).
Majd ezután hozzáláthatunk a hűtőtesteknek a nyomtatott áramköri
kártyához való hozzácsavarozásához. Ehhez vegyünk hűtőtestekként két-
két normál M3x10 méretű hengeresfejű csavart, és csavarjuk be a
hűtőtest keskeny oldalán lévő hosszanti hasítékba, a benne lévő
rovátkolás úgy hat, mint egy „hosszanti menet“. A D7 diódát és a T3
teljesítmény-MOSFET-et ugyanígy csavarozzuk fel, de ugyanakkor a D7
katódlemezét még egy csillámlemezzel és egy szigetelőhüvellyel is el kell
látni. A D7 szabadonfutó dióda az indukciós csúcsok rövidre zárására
szolgál, ilyen csúcsok jönnek létre például induktív terhelések (pl.
egyenáramú motorok) esetében. A dióda a hűtőtesten ül, mivel a T3
vezető állapotában folyó teljes terhelőáramot fel kell vennie a lekapcsolás
pillanatában.
A MOSFET is hűtésre szorul 0,16 Ohm értékű (!) hihetetlenül csekély
bekapcsolt állapotú (On) ellenállása ellenére,
hiszen 10 A értékű terhelőáram esetén Pv = I
2
x R = 10 A x 10 A x 0,16
Ω= 16 W veszteségi teljesítménytől kell megszabadulnia! Ezért feltétlenül
viszonylag kis hőellenállású hűtőtestet kell választanunk, mivel a
teljesítmény-félvezetők különben óhatatlanul hőhalált szenvednek!
Természetesen a végszerelés után is gondoskodnunk kell arról, hogy a
keletkező veszteségi teljesítmény leadható legyen a környezetnek. Az
áramhatárolást is gondosan kell beállítani, hogy ne veszélyeztessük a
MOSFET-et, amely belsőleg számtalan kis tranzisztorcella (kb. 10 000)
párhuzamos kapcsolásából áll, amelyekre a teljes terhelőáram szétoszlik.
Mégha az IRC540 maximálisan 28 A-t visel is el, mégis allergikusan
viselkedik egy rövidzár esetén folyó áramokkal szemben, kereken 3...5
másodperc múlva ugyanis tönkremegy.
Állítsuk ezért úgy be a P3 potenciométert csatlakoztatott fogyasztó
mellett, hogy
10 A maximális áram mellett, amelyre ez a kapcsolás méretezve van, az
áramkorlátozás éppen elkezdjen működni (egy motor például ezután már
nem ad le teljes nyomatékot). A P1 potenciométert állítsuk úgy be, hogy a
csatlakoztatott motornak a legegyenletesebb ütésmentes járása legyen,
amit minden további nélkül hallás után megtehetünk.
Műszaki adatok
Üzemi feszültség 12 .- . 24 V =
Maximális terhelhetőség 10 A
Áramkorlátozás beállítható 0 - 10 A között
Rövididejű rövidzár-állósság 5 mp
Fordulatszám beállíthatósága 0 - 100% között
Méretek 110 x 90 mm
Figyelem! Mielőtt elkezdenénk az
összeszerelést, először
olvassuk nyugodtan végig ezt a szerelési utasítást, (különösen a
hibalehetőségekről és a hibaelhárításról szóló fejezetet), és
természetesen a biztonsági tudnivalókat, és csak azután vegyük
üzembe a szerelőkészletet vagy a készüléket. Utána már tudni
fogjuk, hogy miről van szó, és mire kell ügyelnünk, és már eleve