|
Een laboratoriumvoeding is de basis van iedere elektronicawerkplaats. De meeste voedingen lijken als twee druppels water op elkaar. Het Engelse bedrijf Lascar Electronics heeft echter met de de PSU130 laboratoriumvoeding een knuppel in het hoenderhok gegooid. |
Een 30 W krachtpatser in 1 dm³
Het belang van een goede laboratoriumvoeding
Elektronische schakelingen worden gevoed met lage gelijkspanningen. De grootte van die voedingsspanning kan nogal variëren. Digitale schakelingen, zoals computers, worden gevoed met spanningen tussen 3,2 Vdc en 5,0 Vdc. Analoge schakelingen, zoals audioversterkers, worden gevoed met spanningen tussen 12 Vdc en 30 Vdc. Met een laboratoriumvoeding kunt u, met één draai aan een knop, de noodzakelijke voedingsspanning voor uw experimenteerschakeling instellen. Maar, wat meer is, eenmaal ingesteld blijft deze spanning constant, wat er ook gebeurt.
De PSU130 past met gemak in uw hand
Niets aan deze voeding is standaard. Klein, mooi en licht, dát zijn de sleutelwoorden die de ontwerpers van Lascar in het achterhoofd hadden. Om dit te realiseren heeft men bij de ontwikkeling van de PSU130 gebruik gemaakt van een alternatieve techniek. Dankzij de toepassing van deze zogenoemde 'switched power technology' (geschakelde voedingstechniek) is Lascar Electronics er in geslaagd een 30 Vdc bij 1 A voeding onder te brengen in een attractieve behuizing met een inhoud van slechts één kubieke decimeter met een gewicht van 520 gram. De PSU130 levert een instelbare gelijkspanning tussen 1,5 Vdc en 30 Vdc bij een maximale piekstroom van 1,2 A.
Dank zij de geschakelde techniek kan het apparaat worden gevoed uit een wisselspanning tussen 100 Vac en 240 Vac. De PSU130 is uiteraard beveiligd tegen kortsluiting, overspanning en overstroom, waardoor beschadiging van de aangesloten schakelingen onmogelijk is. De uitgangsklemmen staan 19 mm uit elkaar en zijn geschikt voor standaard 4 mm banaanstekkers.
 |
| De PSU130 is niet veel groter dan uw hand. (© Lascar Electronics) |
Alles erop en eraan
Ondanks de kleine afmetingen is de PSU130 een professionele en volledig functionele laboratoriumvoeding:
- Standaard aansluiting voor geaard netsnoer op de achterzijde
- Stevige aan/uit netschakelaar op de achterzijde
- Standaard 4 mm bussen op 19 mm afstand
- Uitgangsspanning met 0,1 V resolutie instelbaar
- Groot oranje backlit LCD-display met indicatie van spanning en stroom
- Modern vormgegeven kunststof behuizing
- Volledige UL/CE goedkeuring
- Weegt slechts 520 g
 |
| De afmetingen van de PSU130 in mm. (© Lascar Electronics) |
Symmetrische voeding met twee apparaten
Een nadeel van de PSU130 is dat het apparaatje slechts één uitgangsspanning levert. Voor het voeden van eenvoudige schakelingen met een paar transistoren is dat goed genoeg, maar u werkt natuurlijk vaak met operationele versterkers. Deze onderdelen zijn het gemakkelijkst aan de praat te krijgen met een symmetrische voeding. Dat kan door gebruik te maken van twee stuks PSU130. De positieve klem van de ene voeding wordt verbonden met de negatieve klem van de tweede voeding. Deze twee klemmen vormen dan de massa van de schakeling. U heeft nu twee klemmen over, een positieve en een negatieve. Door beide apparaten op precies dezelfde spanning in te stellen krijgt u uw symmetrische voeding, bijvoorbeeld van ±12 Vdc. Uiteraard kunt u de twee apparaten ook gebruiken om duale unipolaire voedingen te creëren van bijvoorbeeld +5 Vdc en +12 Vdc.
 |
| Symmetrische voeding met twee apparaten. (© Lascar Electronics) |
Samenvatting van de technische specificaties
Tot slot een overzichtelijke tabel van alle specificaties van deze laboratoriumvoeding.
| GROOTHEID | MINIMUM | GEMIDDELD | MAXIMUM | EENHEID |
|---|---|---|---|---|
| Voedingsspanning | 100 | 240 | Vac | |
| Frequentie | 47 | 63 | Hz | |
| Voedingsstroom | 50 | 650 | mA | |
| Lekstroom naar aarde | 0,3 | mA | ||
| Uitgangsspanning | 1,5 | 30,0 | Vdc | |
| Uitgangsstroom | 1,2 | A | ||
| Ingangsstabilisatie | 1 | % | ||
| Ruis en brom | 100 | mVptp | ||
| Bedrijfstemperatuur | +40 | °C | ||
| Opslagtemperatuur | -10 | +60 | °C |
De techniek achter de PSU130 laboratoriumvoeding
Niet de specificaties van de PSU130 zijn uniek, maar zijn kleine afmetingen en laag gewicht. Het raadsel achter deze eigenschappen is, zoals reeds geschreven, een techniek die 'switched power technology' wordt genoemd, 'geschakelde voeding'.
De traditionele lineaire voeding
Een traditionele laboratoriumvoeding werkt met de techniek van de 'lineaire voeding'. Hierbij wordt de netspanning (230 Vac) door middel van een transformator Tr1 omgezet in een wisselspanning van ongeveer 30 Vac. Deze lage wisselspanning wordt gelijkgericht met de diode D1 en omgezet in een gelijkspanning van ongeveer 35 Vdc met de condensator C1. Deze gelijkspanning gaat via de regeltransistor T1 naar de uitgang. Uit de gelijkspanning van 35 Vdc wordt bovendien via de weerstand R1 en de zenerdiode D2 een zeer stabiele referentiespanning Vref afgeleid. Deze gaat naar de instelpotentiometer R2, waarmee u de grootte van de uitgangsspanning Vuit kunt instellen. De uitgangsspanning Vuit wordt namelijk in de comparator COMP1 vergeleken met de door u ingestelde referentiespanning. De comparator COMP1 stuurt de regeltransistor T1 dusdanig, dat de uitgangsspanning van de voeding gelijk wordt aan de door u ingestelde referentiespanning.
 |
| Het basisschema van een lineaire voeding. (© - 2017 Jos Verstraten) |
Dit in wezen zeer eenvoudige principe heeft twee grote nadelen. Het eerste nadeel is dat de transformator Tr1 en de onderdelen D1 en C1 werken op de netfrequentie van 50 Hz. Bij een dergelijke lage frequentie is de transformator groot en zwaar. Wil de condensator C1 zijn werk doen bij deze lage frequentie, dan is ook dit onderdeel groot en zwaar. Het tweede nadeel is dat in de regeltransistor heel wat vermogen verloren gaat. Stel dat u de uitgangsspanning van de voeding instelt op 5 Vdc. Over dit onderdeel staat dan:
35 Vdc - 5 Vdc = 30 Vdc.
Als de voeding een stroom van 1 A aan uw schakeling moet leveren, wordt in de regeltransistor een vermogen van niet minder dan 30 W opgewekt. Vermogen is immers het product van spanning maal stroom. Die 30 W vermogen uit zich onder de vorm van warmte. De regeltransistor T1 moet dus op een forse koelplaat worden gemonteerd, die de warmte moet afvoeren naar de omgevingslucht. Alweer een groot en zwaar onderdeel.
Conclusie: in een lineaire voeding zit noodzakelijkerwijs een aantal onderdelen die groot en zwaar zijn, waardoor het apparaat forse afmetingen krijgt en log wordt.
De schakelende voeding
Bij een schakelende voeding gaat het er heel anders aan toe. De 230 Vac netspanning wordt nu rechtstreeks gelijkgericht met de diode D1 en omgezet in een hoge gelijkspanning met de condensator C1. Die hoge gelijkspanning van ongeveer 320 Vdc wordt aangeboden aan de serieschakeling van de transformator Tr1 en de schakeltransistor T1. Ook nu wordt uit de gelijkspanning via de weerstand R1 en de zenerdiode D2 een zeer stabiele referentiespanning afgeleid. Die gaat naar de instelpotentiometer R2, waarmee u de uitgangsspanning van de voeding kunt instellen. Deze spanning gaat ook hier naar een comparator COMP1, die de door u ingestelde spanning vergelijkt met de uitgangsspanning van de voeding. Het grote verschil met een lineaire voeding is dat de comparator niet rechtstreeks de transistor T1 stuurt, maar via een blok dat 'Pulse Width Modulator' heet. Deze schakeling zorgt ervoor dat de gelijkgerichte netspanning van 320 Vdc als het ware in blokjes wordt gehakt. De frequentie van deze blokjes ligt ergens om en nabij de 200 kHz. Door de breedte van deze blokjes te regelen wordt ervoor gezorgd dat de voeding de door u gewenste uitgangsspanning genereert.
 |
| Het basisschema van een geschakelde voeding. (© - 2017 Jos Verstraten) |
De blokjes uit PWM1 sturen de transistor Tr1. Dit onderdeel is te vergelijken met een schakelaar, die op het ritme van de blokjes de transformator Tr1 verbindt met de spanning van 320 Vdc. Er gaat een blokvormige stroom door de linker wikkeling van de transformator Tr1 vloeien. Het gevolg is dat er in de rechter wikkeling een blokspanning met een frequentie van 200 kHz ontstaat, die wordt gelijkgericht door de diode D3 en omgezet in een mooie gelijkspanning door de condensator C2. Als u de uitgangsspanning hoger instelt, dat zal PWM1 de blokjes breder maken, waardoor de transistor T1 langer gesloten blijft en er via de transformator Tr1 meer spanning aan de uitgang verschijnt. Stelt u de uitgangsspanning lager in, dan worden de blokjes smaller en zal er via Tr1, D3 en C2 een lagere uitgangsspanning ontstaan. Door de breedte van de blokspanning te regelen, kunt u dus ook de uitgangsspanning regelen.
 |
| Het verband tussen de breedte van de spanningsblokjes en de uitgangsspanning. (© - 2017 Jos Verstraten) |
De voordelen van een geschakelde voeding
De transformator Tr1 werkt nu niet op de lage netspanningsfrequentie van 50 Hz, maar op de hoge schakelfrequentie van 200 kHz. Zo'n hoogfrequente transformator kan aanzienlijk kleiner en lichter zijn dan zijn soortgenoot die moet werken op 50 Hz. Ook de condensatoren C1 en C2 kunnen veel kleiner en lichter worden uitgevoerd. Het allergrootste voordeel is echter dat er in de transistor T1 nauwelijks vermogen wordt gedissipeerd. Deze schakelaar is of gesloten of open en in beide condities is het product van spanning maal stroom zo goed als nul. Dat spaart een grote, dure en zware koelplaat uit.
Koop uw multimeter bij AliExpress
