AC-voeding
Wisselstroom met ingebouwde veiligheid.
Voor de verandering eens een voeding die geen gelijkspanning levert, maar een wisselspanning. Als belangrijkste kenmerk heeft deze schakeling een instelbare stroombegrenzing. Overschrijdt de stroom een bepaalde vooraf ingestelde waarde, dan wordt ogenblikkelijk uitgeschakeld. Dat maakt deze schakeling tot een bruikbaar hulpmiddel om nieuw gebouwde of gerepareerde apparaten uit te proberen. Aanbevolen voor iedereen die het moment vreest waarop voor het eerst de steker erin gaat.
Eigenlijk is deze schakeling in eerste instantie ontworpen voor eigen gebruik. Bij het uitproberen van een nieuwe schakeling wil het nogal eens gebeuren dat nog niet alles is zoals het zou moeten zijn. Dat resulteert dan in het in hoog tempo ver- wisselen van defekte zekeringen, waarbij de voorwaarde geldt dat die zekeringen wel in voorraad moeten zijn. Vooral bij de hobbyist thuis zal die voorraad zekeringen echter beperkt zijn, en niets is zo vervelend als niet verder te kunnen omdat zoiets pietluttigs (maar o zo essentieels) als een zekering ontbreekt. En ook uit technisch oogpunt is het niet zo netjes om zekeringen aan de lopende band op te blazen.
Enfin, u voelt al aan waar dat naartoe gaat. Het probleem komt ter sprake en al ras is een ontwerpje gemaakt. Een AC-voeding met instelbare stroombegrenzing. Bij een nieuw of juist gerepareerd apparaat vervangt de AC-voeding tijdelijk de eigen voedingstrafo. Daarbij kan ook voor de eerste proef de spanning lager dan nominaal voor die schakeling benodigd is, ingesteld worden. Indien er iets fout is en de stroom groter wil worden dan wenselijk is, dan wordt automatisch uitgeschakeld. Zonder dat er permanente schade is aangericht kan de hobbyist nu op zijn gemak gaan zoeken waar de fout zit.
Schakeling
Niet revolutionair, maar we zeiden al dat deze schakeling haar bestaansrecht puur uit praktische gronden put. Om te beginnen hebben we gewoon een trafo met een flink aantal aftakkingen (figuur 1). Met S3 kan de uitgangsspanning steeds met stapjes van 3 V verhoogd worden. Natuurlijk is iedereen vrij om een andere trafo met andere spanningen te kiezen. De door de trafo geleverde stroom loopt via bruggelijkrichter BI door R1, daarbij een pulserende gelijkspanning veroorzakend tussen de punten + en -. Deze gelijkspanning, die in lineair verband staat met de grootte van de wisselstroom, dient als stuurspanning voor de stroombegrenzing. Het onderste gedeelte van het schema is die stroombegrenzing. Voor de voeding hiervan moet een aparte nettrafo gebruikt worden. Anders kunnen problemen ontstaan omdat het AC voedingsgebeuren via BI met de beveiligingsschakeling is verbonden.
Figuur 1. Het schema van de wisselspanningsvoeding. Het leeuwedeel (of beter: het welpedeel) van de elektronica is nodig voor de stroombeveiliging.
De beveiligingsschakeling zelf is erg eenvoudig. Na een konventionele stabilisatie met een spanningsregelaar volgt een komparatorschakeling. De komparator vergelijkt de spanning over Rl (een maat voor de grootte van de wisselstr000m) met een met P1 en P2 ingestelde spanning. Pl (instelpot) maakt het mogelijk een preset in te stellen, afhankelijk van de dimensionering van Tr1 en de gewenste stroombegrenzing. In de praktijk komt het erop neer dat met P1 de piekwaarde van de stroom waarop de beveiliging aan zal spreken ingesteld kan worden tussen 2,7 en 5,4 A (Ieff = 1,9 ... 3,8 A), voorzover de trafo dat kan leveren. Met P2, een "gewone" potmeter, is het mogelijk deze maximale waarde met maximaal een faktor 10 te reduceren. De stroombegrenzing kan dus ingesteld worden tussen 0,27... 5,4 A (piekwaarde) ofwel 0,2 ... 3,8 A (effektieve waarde). C3 dient om te voorkomen dat de beveiliging aan zal spreken op korte stoorspanningspulsen die voor trafo, zekering en schakeling geen bedreiging vormen.
Zodra de ingestelde maximale waarde van de stroom wordt bereikt, klapt de komparator om. Via R6 en R7 krijgt thyristor Th1 een gate-puls, waardoor deze ontstoken en het relais bekrachtigd wordt. Het relaiskontakt schakelt de primaire wikkeling van Tr1 af waardoor, uiteraard, de stroom onderbroken wordt. LED D6 zal oplichten ter indikatie dat de beveiliging is aangesproken.
Aangezien een eenmaal in geleiding gebrachte thyristor in geleiding blijft na afloop van de gate-puls, is het enige middel om uit deze toestand te komen een druk op S1 (of de steker uit het stopkontakt). Alvorens dat gedaan wordt is het natuurlijk wijselijk de oorzaak van het aanspreken van de beveiliging op te sporen en op te heffen, danwel om de stroombegrenzing op een wat minder "voorzichtige" waarde in te stellen.
Opbouw
De opbouw van de wisselspanningsvoeding heeft niet zoveel om het lijf. De meeste tijd van de arbeid zal besteed worden aan grofstoffelijk montagewerk: plaatsing van de voedingstrafo's in een kast; vervaardigen van een bedieningspaneel met aansluitbussen, draaischakelaar en indikatie-LED's en afwerken van het geheel. Voor de beveiligingselektronica hebben we evenwel voor uw gemak een printje ontworpen (figuur 2). De komponentenopdruk laat links de in- en uitgang van de hoofdstroom zien, die respektievelijk met de nul van Trl en een van de aan-sluitbussen op het bedieningspaneel aangesloten moeten worden. Overigens kunnen deze punten zonder bezwaar verwisseld worden; we werken hier immers met wisselstroom. Ook zien we aan de linkerkant de kathode-aansluiting van de "in bedrijf" LED (D7). Daarbij zijn we ervan uitgegaan dat de anodezijde op de 3 V aftakking van Trl wordt aangesloten. Als men een trafo gebruikt met een andere aftakspanning moet de stroombegrenzingsweerstand R8 aangepast worden (R8 ≈ U / 0.04). Ook is het raadzaam om als die aftakspanning hoger is dan 3 V een diode in serie met D7 te schakelen, zodat deze LED tegen doorslag beschermd is. Op de aansluitpunten onder D1, D4 en C1 moet de trafo voor de voeding van de beveiligingsschakeling worden aangesloten. Het relaiskontakt (punten X en Y) wordt opgenomen in het primaire circuit van Trl (pas dus op, de netspanning komt ook op de beveiligingsprint). Zorg er wel voor dat de aansluitingen van Tr2 voor dit kontakt zitten. S1, de beveiliging-reset-schakelaar, is een momentschakelaar met verbreekkontakt. IC2 en Th1 hoeven niet extra gekoeld te worden.
Nog een opmerking tot slot: bij dergelijke (experimenteer)voedingsschakelingen kunnen problemen ontstaan met de massa-aansluitingen van aangesloten apparatuur. Het beste is het daarom om, als alles in een metalen kast wordt ingebouwd, wel de netaarde met de kast te verbinden, maar geen verbinding te maken met de nul van het AC-voedingsgedeelte of van de beveiligingsschakeling.
| R1 | 0,22 4/5 W |
| R2 | 100 k |
| R3 | 1k |
| R4 | 10 k |
| R5 | 1M |
| R6 | 47 k |
| R7 | 10 k |
| R8 | 82 Ω |
| R9 | 1k |
| P1 | 100 k, instel |
| P2 | 10 k lin. |
| Cl | 470 µ/25 V |
| C2 | 220 n |
| C3 | 100 n |
| B1 | B40C5000/3300 |
| D1 ... D4 | 1N4001 |
| D5 | 1N4148 |
| D6 | LED rood |
| D7 | LED groen |
| IC1 | 3140 |
| IC2 | 7812 |
| Th1 | TIC 106 |
| Tr1 | nettrafo, 60 VA, sek. 3, 6, 9, 12, 15 en 18 V |
| Tr2 | nettrafo, sek. 15 V/100 mA |
| S1 | momentschakelaar met verbreekkontakt |
| S2 | dubbelpolige netschakelaar |
| S3 | draaischakelaar met een moeder- en zes keuzekontakten, kontaktstroom 5 A |
| F1 | zekering 500 mA zekeringhouder |
| Re1 | printrelais 12 V, bijvoorbeeld Siemens V23027-A0002-A101 |
| EPS-84035 |
Figuur 2. Layout en komponentenopdruk van de beveiligingsschakeling.
Figuur 3. En zo ziet de opgebouwde beveiligingsschakeling er uit: klein en kompakt.
Figuur 4. Op dit oscilloscoopplaatje kunnen we zien hoe de beveiligingsschakeling ingrijpt als de stroom een vooraf ingestelde waarde overschrijdt.