Mosfet PA 750Watt nach DK6AE
Ich möchte Euch meine neue Mosfet-PA vorstellen. Diese PA wurde im Funkamateur 2004/Heft 11,12 von Horst DK6AE vorgestellt und hat mich schon immer interessiert. Nun habe ich damit begonnen die PA aufzubauen und sie ist endlich fertig und spielt genau so wie ich mir es vorgestellt habe. Ich möchte die Gelegenheit nutzen und mich bei Horst DK6AE recht herzlich für diese Entwicklungsarbeit bedanken.
Anders als bei der Arno-PA werden 4 Module mit je 250 Watt Ausgangsleistung verwendet. Der technische Aufwand ist bei dieser Variante etwas höher. Von Vorteil ist das Testen der einzelnen Module, deren Eigangs- und Ausgangsimpedanz fast genau 50 Ohm beträgt. Die Module habe ich genau so wie DK6AE nachgebaut und getestet. Durch die Parallelkompensation der einzelnen Mosfets mit L/R Kombination wird ein ziemlich linearer Frequenzgang über den Kurzwellenbereich erreicht. Noch wichtiger ist die reale Eingangsimpedanz von 50Ohm über den gesamten Bereich. Diese Tatsache ermöglicht das direkte Parallelschalten zweier Module und dadurch die Verwendung eines ganz einfachen Splitters mit nur 2 Ringkernen.
Der Combiner musste aber, wie in der Motorola-Applikation AN749 beschrieben, aufgebaut werden. Ich habe dafür Ringkerne RK4 vom DARC-Verlag verwendet. Die ersten Messungen mit dem NWT haben gezeigt, daß die Ringkerne gut über den gesamten Kurzwellenbereich geignet sind. Alle Wicklungen auf den Kernen habe ich mit RG58 ausgeführt. Für die Kableimpedanz von 25 Ohm, die bei 2 Ringkernen benötigt wird, habe ich 2 RG58-Kabel parallel benutzt. Im Combiner ist der SWR-Messkopf mit untergebracht.
Das Netztteil wollte ich wieder ohne Transformator haben. Da habe ich auf die geniale Idee von Arno DL9AH zurück gegriffen. Das original Simpelschaltnetzteil von Arno liefert etwa 100V. Das ist genau richtig für diese PA. Ich habe aber die Schaltung etwas modifiziert, da Leistungstransistoren schlecht zu bekommen sind. Meine Idee war anstelle der Transistoren Power-Mosfets einzusetzen. Ich habe mich für Mosfets FS14SM-18A entschieden (900V / 14A). Das Schaltbild kann weiter unten angesehen werden. Achtung !!! Ich muss ausdrücklich darauf hinweisen, daß so ein Netzteil nur mit den entsprechenden Kenntnissen aufgebaut werden darf, sonst ist das Leben in Gefahr. Die PA kann nur eingeschaltet werden wenn der Netzstecker in einer bestimmten Position eingesteckt wurde (die grüne LED leuchtet). Das wird von einer Schutzschaltung kontrolliert. Steckt der Netzstecker verkehrt herum in der Steckdose ist es nicht möglich die PA zu starten (die grüne LED ist erloschen).
Es werden immer 2 Module zu einem Leistungswürfel zusammengebaut. Ein Leistungswürfel hat einen Lüfter, der entsprechend der Kühlkörpertemperatur schnell oder langsam läuft. Diese Steuerung übernimmt bei mir eine kleine Baugruppe mit einen PIC. Meine Lüftersteuerung kann bis zu 5 Temperaturmesspunkte erfassen und verarbeiten. Entspechend der Temperaturzustände wird der Lüfter mit eine Puls-Weiten-Modulation in der Umdrehungszahl geregelt. Von ganz langsam bis voll in 6 Abstufungen.
Die gesamte Steuerung der PA regelt eine zentrale Baugruppe, die ebenfals mit einem PIC arbeitet. Für die Anzeige aller Informationen habe ich eine LCD-Anzeige mit 4 Zeilen vorgesehen. Diese Zentraleinheit erhält auch die Temperaturinformationen der beiden Lüftersteuerungen über die RS232.
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Folgende Aufgaben werden über die Zentralbaugruppe erledigt
- Einschalten des Simpelschaltnetzteiles. Im Netzteil befinden sich 3 Elkogruppen von je 8000uF. Diese Elkos können nicht schlagartig geladen werden. Da würde sofort die Netzsicherung der Hausinstallation auslösen. Deshalb wird beim Start ein Widerstand 100 Ohm am Netzteileingang eingeschleift. Nach etwa 15 Sekunden wird dieser Widerstand überbrückt und die PA ist bereit.
- LCD-Anzeige des Drainstromes der gesamten PA
- LCD-Anzeige der Drainspannung/Betriebsspannung
- LCD-Anzeige der Vorlaufleistung
- LCD-Anzeige der Rückaufleistung
- LCD-Anzeige der maximalen Temperatur. Im Wechsel wird die maximale Temperatur des Leistungswürfels 1 und 2 angezeigt. Überschreitet die Temperatur 75 Grad wird die PA gesperrt. Das HW-Flip-Flop wird umgeschaltet.
- LCD-Anzeige des SWR.
- In der untersten Zeile wird fast ohen Verzögerung ein Balken für das SWR angezeigt. Dieser Balken ermöglicht die genaue Abstimmung auf SWR-Minimum, z.B.: mit einem Antennentuner.
- Auf der Baugruppe befindet sich ein HW-Flip-Flop, das ich mit Einzelgatern realisiert habe. Ist das HW-Flip-Flop in Ruhestellung liegen +12Volt für Ugate und für die Relais der S/E-Umschaltung an. Wird das FF in den anderen stabilen Zustand geschaltet liegen -12Volt an. Das FF kann nur vom Mikrokontroller zurück gesetzt werden. Liegen -12Volt an fallen die Relais sofort ab. Im Fehlerfall werden also an die Gates der Mosfets fast ohne Verzögerung -12V angelegt und gesperrt. Anschließend fallen noch die S/E Relais ab. Beides stopt die Ansteuerung der PA. Mit diesem FF wird viel schneller auf Fehler reagiert, die zu einer Zerstörung der PA führen könnten. Diese 2 Überwachungspunkte folgen jetzt.
- Überwachung der Rücklaufleistung. Die Ansprechschwelle kann mit einem Einstellregler eingestellt werden. Zur Zeit ist die Schwelle auf 30 Watt eingestellt. Werden 30 Watt überschritten schaltet das FF um. Die PA ist gesperrt.
- Überwachung des Drainstromes. Die Ansprechschwelle kann mit einem Einstellregler eingestellt werden. Zur Zeit ist die Schwelle auf 25 Amper eingestellt. Werden 25 Amper überschritten schaltet das FF um. Die PA ist gesperrt.
In diesem Abschnitt sind Bilder der PA zu sehen.
Die verschiedenen Baugruppen.
Der Combiner; Der Splitter; Die S/E Umschaltung
Lüftersteuerung und Temperaturmessung der Sendemodule und des Combiners