Funktionsbeschreibung - 1 Konstantstromsenke 0-20A 2-24V

2
Funktionsbeschreibung
Die Konstantstromsenke besteht aus den folgenden Modulen
Leiterplatte Regelung
Leiterplatte Lüfterregelung
Leiterplatte Übertemperaturerfassung
Leiterplatte Netzteil
Kühlkörperblock mit den Leistungstransistoren und den zugehörigen
Emitter, und Sensorwiderständen.
Digitalvoltmetermodul
Optional Leiterplatte Rechnerschnittstelle.
Die eigentliche Konstantstromregelung besteht im wesentlichen aus dem
IC U2 der als Spannungs-Stromwandler betrieben wird, und den
Zugehörigen Leistungstransistoren Q1-Q21
Das IC U2 vergleicht die mit dem Potentiometer I-Soll eingestellte Spannung
Mit den an den Emitterwiderstände der Leistungstransistoren abfallende Spannung.
Der Ausgang des IC U2 steuert die Leistungstransistoren so weit durch, bis
Die Spannungsdifferenz zwischen Pin 2 und Pin 3 des IC U2 0Volt geworden ist.
Somit entspricht der Spannungsabfall am Emitterwiderstand exakt der vom Potentiometer
I Soll vorgegebene Spannung. Der Spannungsabfall am Emitterwiderstand ist direkt
Proportional des Emitterstromes.
Das Trimmpotentiometer R5 wird bei einen vorgegebenen Strom von 0 Ampere so eingestellt, das am Pin 6 von IC U2 gerade einen Spannungsanstieg festgestellt wird.
Die Spannung an Pin6 IC U2 sollte dann etwa 1 Volt betragen.
Das IC U5 wird als Spannungsverstärker betrieben und stellt an der Klemme JP6
Eine Spannung von 100mV / Amp zur Verfügung. Der Innenwiderstand beträgt ca.
1 K Ohm. Die genaue Verstärkung wird mit dem Trimmpotentiometer R25 eingestellt.
Das IC U5 liefert auch die Spannung für das Digitalvoltmetermodul an Klemme JP7.
Das IC U1 ist eine hochkonstante Referenzspannungsquelle und liefert die Spannung von 5V für das Potentiometer I soll, welches an den Klemmen JP1 angeschlossen ist.
R2 10Kohm bildet mit dem Poti Isol 1 10Kohm einen Spannungsteiler.Der Spannungsregelbereich des Potis ist somit 0-2,5 Volt. Durch Austausch des Referenzelementes U1 gegen ein 10Volt Referenzelementes , das überbrücken des
Widerstandes R2, sowie das ändern des Widerstandes R4 100Kohm in 21,2Kohm läßt sich die Steuerspannung auch auf in der Messtechnik üblichen 0-10V abändern.
IC U3 und IC U4 werden als Komparator betrieben. IC U3 erhält eine leichte positive
Rückkopplung, welches mit dem Widerstand R9 4,7Mohm erzielt wurde.
IC U3 vergleicht die Eingangsspannung mit der vom Potentiometer U min vorgegebenen
Spannung. Der Ausgang IC U3 Pin 6 wird positiv wenn die am Eingang anliegende
Spannung den Wert des vom Potentiometer U min eingestellte Spannung unterschreitet.
3
IC U4 vergleicht die Eingangsspannung mit einem fest vorgegebenen Wert, welche
durch die Widerstände R18-R20 vorgegeben sind. Wenn die Eingangsspannung den vorgegebenen Wert überschreitet, wird der Ausgang IC U4 Pin 6 ebenfalls positiv.
Die Ausgänge der IC U4 und U5 steuern über die Dioden D1 D2 den Mosfet Q1 welches sich auf der leiterplatte befindet an. Dieser legt den Eingang von IC U2 Pin3 auf Masse,
und schaltet somit den Laststrom auf 0 Ampere.
Die LED U> und LED U< signalisieren diesen Zustand.
Der Schalter Last ist dem Mosfet Q1 parallel geschaltet und dient zur manuellen Abschaltung des Stromes.
Auf dem Kühlkörper sind 20 Transistoren BD249C montiert. Jeder Transistor für sich
hält einen Strom von 25 Ampere und eine Spannung von 100 Volt aus. Die zulässige
Verlustleistung eines jeden Transistors beträgt 125 Watt. Der thermische Widerstand
Zwischen Halbleiterblättchen und der Montagefläche des Transistors beträgt 1,25°/Watt.
Die maximal zulässige Sperrschichttemperatur beträgt 150° Celsius. ( Da ist er kurz
vor dem Exitus ).
Die Transistoren sind mit einen Glimmerplättchen auf dem Kühlkörper isoliert montiert.
Das Glimmerplättchen hat einen thermischen Widerstand von 0,5 °/Watt.
Der gesamte Kühlkörper muss rund 500 Watt an Leistung abführen können.
Jeder Transistor wird also mit einer Leistung von 500W / 20 Transistoren = 25 Watt
belastet. Das Halbleiterelement ist gegenüber dem Kühlkörper also um
25 Watt * ( 1,25°/W +0,5°/W ) = 43,75° also rund 44° wärmer.
Wenn wir eine Sicherheitsreserve von 10 ° Celsius vorgeben , darf der Halbleiter maximal 140 ° warm werden. Also darf der Kühlkörper 140° - 44° sich um 96° erwärmen.
Legen wir eine Umgebungstemperatur von 30 ° zugrunde muss man diese von den 96° abziehen. Also sind es nur noch 66°.
Der Kühlkörper darf demzufolge einen maximalen thermischen Widerstand von
66° / 500 Watt = 0,132 ° / Watt haben. Mit passiver Kühlung ist das nicht mehr realisierbar. Deswegen befinden sich am Kühlkörper drei Lüfter, die für den nötigen
Luftstrom sorgen.
|