PA 10 GHz (uwaga dużo obrazków)

[SQ1GQC]

Opiszę poniżej funkcje zabezpieczeń zaimplementowane w tej płytce oraz sposób ich realizacji. Odnoszą się do schematu zamieszczonego w pierwszym poście. Wyświetlana na forum rozdzielczość schematu została ograniczona by za bardzo nie rozwalać wyświetlania. Ale plik źródłowy ma większą rozdzielczość, wystarczy zapisać ten obraz schematu na lokalny dysk. Struktura zasilacza jest dwuczęściowa. Na układzie U4 typu ADP5070 zaimplementowałem przetwornicę z +12 V na +/- 7 V w topologii SEPIC. Topologia SEPIC pozwala na działanie przetwornicy jako step-up i step-down bez potrzeby przełączania, czyli zapewnia zasilanie układom kontroli i wytwarzania napięcia polaryzującego bramki tranzystorów także przy spadkach napięcia, dając pełną kontrolę w stanach przejściowych. Wprawdzie próg wyłączania precyzyjnego komparatora ENABLE został ustalony na 10,17 V, to wyłączenie odbywa się w sposób kontrolowany. Wyjścia +/-7 V trafiają do niskoszumnych LDO +/-5 V oraz zwykłego LDO +5 V do zasilania układów logicznych (rozdzielone zasilanie analog/cyfra). Zasadniczą częścią zasilacza jest implementacja tzw. Super-LDO Micrela czyli obecnie Microchipa w układzie MIC5158. To jest LDO potrafiący wykorzystać zewnętrzne MOSFET'y i pozwalający robić naprawdę duuuuże zasilacze liniowe. Z doborem MOSFET'ów jest jednak współcześnie coraz większy problem. Wynika to ze zmian procesów wytwórczych u producentów. Współczesne MOSFET'y w ogromnej większości nie nadają się do układów liniowych! W zasadzie tylko IXYS (obenie część Litteffuse) pielęgnuje linię MOSFET'ów przeznaczonych do aplikacji liniowych. Są dość drogie ale w ich kartach katalogowych można jeszcze znaleźć SOA dla DC a nie tylko dla pracy impulsowej. Z ograniczeń SOA wynika zastosowanie dwóch tranzystorów co wygląda na trochę "overkill" ale przeliczyłem przypadek nagłego zwarcia na pełnym obciążeniu, które taka konfiguracja powinna przeżyć. Choć tego nie przetestowałem praktycznie. MIC5158 posiada wbudowaną przetwornicę na pompie ładunkowej podwyższającą napięcie dla bramek MOSFET-ów powyżej napięcia zasilania, co pozwala na zastosowanie jako "zaworów" MOSFET-ów z kanałem N, które mają lepsze parametry niż te z kanałem P. Rezystory R1-R3 dają spadek napięcia dla układu ograniczania prądu. Sygnały spadku napięcia wyjściowego o 8% w stosunku do nominału są przekazywane przez wyjście FLAG. Powoduje to też sygnalizację zwarcia, bo układ ograniczania prądu przy zwarciu ograniczy napiecie. W projekcie wykorzystuje dwojaki sygnał ENABLE dla SUPER-LDO. Ten na wejściu EN wytworzony jest jako diodowy OR trzech sygnałów kontroli: przekroczenia na wejściu napięcia 11,2 V, obecności napięcia ujemnego mniejszego niż -0,5 V na obu wyjściach napięcia polaryzujących bramki tranzystorów. To tylko wstępny sygnał, bo jeszcze nie pojawi się wtedy napięcie na drenach. Ponieważ przy braku sygnału TX odłączane jest napięcie drenów, przełączanie musi być szybkie. Wejście EN nie jest szybkie, bo steruje też startem pompy ładunkowej. Do szybkiego załączania i wyłączania zasilacza zastosowałem sprytne rozwiązanie zaproponowane przez MICREL'a. Mianowicie podanie przez diodę D2 napięcia +5 V na wejście wzmacniacza błędu stabilizatora powoduje, że stabilizatorowi "wydaje się" że ma za duże napięcie na wyjściu i błyskawicznie je zdusza do zera. Działa to z szybkością działania wzmacniacza błędu w stabilizatorze. Na bramce AND U6 jest wypracowywany sygnał załączania napięcia drenów. Jest to logiczny iloczyn braku błędów i sygnału nadawania.

Poza opisaną wcześniej kontrolą napięcia wejściowego i ujemnych napięć polaryzujących bramki kontrolowane są też temperatury. Na każdym z tranzystorów oraz na rezystorze niesymetrii sprzęgacza hybrydowego na wyjściu są miniaturowe termistory. Błąd pojawia się przy przekroczeniu 125 stopni Celsiusza na tranzystorach i 100 stopni na rezystorze. Sygnał błędów temperatury wraz z kontrolą sygnału FLAG z SUPER-LDO w razie wystąpienia zatrzaskiwane są w przerzutniku D blokując cały zasilacz oraz zwierając do masy sygnał zewnętrzny ERROR wyprowadzony przez kondensator przepustowy. Także przez kondensator przepustowy wprowadzony jest sygnał nadawania, poprzez zwarcie do masy. Aby pomiary temperatury i progów napięć były stabilne i dokładne referencją dla komparatorów jest proste źródło napięcia referencyjnego TL431.

Jeszcze słowo o źródle napięcia dla bramek. Wzorzec też jest ze źródła referencyjnego REF198, a wzmacniacze operacyjne AD8397 zapewniają małą rezystancję wewnętrzną takiego źródła, zapobiegając przeciąganiu napięć bramek mogącym wystąpić przy prostym, powszechnie stosowanym układzie z potencjometrem.

Trochę inżynierskiego serca w to włożyłem, praktyka eksplatacyjna pokaże czy było warto.

Dodatkowo jako funkcję tej płytki przewidziałem też zastosowanie jako zasilacz do TRV opartego na modułach NERA. Na schemacie zasadniczym są komentarze co należy zmienić aby ją tam zastosować a dodatkowo trzeba zamontować małą płytkę dodatkową dla której złącza przewidziałem na głównej płytce zawierającą przetwornicę na +15 V dla upconvertera NERA oraz układ do sterowania trzech przekaźników typu Dow-key 401K-410832-2, które kupiłem kiedyś u SP2JYR. Tej jeszcze nie zmontowałem i nie przetestowałem ale zamieszczam schemat i podgląd:

















Zdaję sobie sprawę z tego że istnieją i możliwe są do zastosowania alternatywne podejścia ale to podejście nie wzięło się z sufitu tylko było wynikiem analizy na podstawie zdefiniowanych przez nas, uczestniczących w tym projekcie precyzyjnych kryteriów. To podejście stosuję w projektach i realizacjach za które mi płacą i zastosowałem w projekcie hobbystycznym który jest odwrotnością projektów zawodowych.