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Polarisation et protection des transistors de puissance

SSPAs polarisation & protection

by F1FRV

* 18 Juin 2007: ancienne version, Ajouté quelques précisions qui manquaient à l'appel *

* Novembre 2014:  New revision adapted to LD-MOS transistors (and others) *

* February 2015: 6 meters band low pass filter, by-pass relays & supply supervision *

* July 2015: 30 MHz low pass filter *

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Même si je suis convaincu que rien ne vaut une GS-35b (fiabilité & cout), j'ai fait cette étude pour un ami. Ces circuits peuvent être réalisés par tout radioamateur, qui sait donc tenir un fer à souder ( par le bon côté ), ou, qui a des copains pour l'aider, et qui sait également que le perchlorure de fer, même si il a la couleur du Fernet-Branca, n'est pas un ingrédient de cocktails exotiques pour l'apéritif..

Les systèmes de protection, c'est comme les assurances, ca ne semble cher que avant d'avoir cramé un LDMOS !! .

Un grand merci à Alain F1CJN pour son aide dans l'amélioration de la rapidité des commutations, et la vérification suivant ISO UNM-00-000.

Even if i am convinced that nothing's better than a GS-35b (reliability & cost), i made this study for a friend. Single side PCBs, large pads and traces, for easy realisation by the average amateur who knows that ferric chloride, even if color is same as Fernet-Branca, is not an ingredient for exotic coktails..

Protection systems seemed expansives, like insurances before accident, but, they are less expansives than a burned LDMOS !! .

Special thanks to Alain F1CJN, for his help in switchings speed improvement, and verification according to ISO NSA-00-000.

 

Part 1: Polarisation and RF input trip

Ce circuit permet, en plus de la polarisation (si nécéssaire), de bloquer l'entrée de l'ampli. Il coupe la polarisation (courant de repos) pendant la réception, et, en cas de problèmes: excès de puissance à l'entrée, ou TOS trop élevé en sortie.

Lors du blocage, la puissance du TX est envoyée vers une charge 50 Ohms non inductive, le temps que le PTT soit coupé, et que les relais de by pass de l'ampli commutent (~20 à 100 ms). Des diodes PIN avec long "carrier life time" sont utilisées pour commutations en quelques microsecondes de fréquences aussi basses que 1.8 MHz. Une détection de puissance d'entrée large bande est intégrée à la platine. Quelques diodes PIN de puissance MA4P 4002 sont a vendre.

This board makes polarisation (if needed), and can shut down amplifier input. It removes polarisation (bias) during reception, and, in case of problems: excess of input power, or, too high SWR at output.

When shut down is required, TX output power is driven into a non inductive 50 Ohms dummy load during necessary time for PTT to cut off, and bypass relays changeover (~20 to 100 ms). PIN diodes with long "carrier life time" are used for commutations in a few microseconds, for frequencies down to 1.8 MHz. A wideband input power detector is on board. Some power PIN diodes MA4P 4002 are for sale.

Voir simulations. See simulations.

Part 2: Safety

Cette platine effectue la détection d'excès de puissance d'entrée (destructif pour LD-MOS), et de TOS en sortie d'ampli. Si la puissance d'entrée nécéssaire n'est pas ~constante pour obtenir la puissance de sortie nominale dans ampli large bande avec une mauvaise conception (1.8-50 MHz), le courant d'alimentation peut être utilisé à la place de la puissance d'entrée (capteur "low cost" à effet HALL, voir dans la doc "safety" à télécharger). Les signaux de "trip" sont transmis à la carte logique (chaine de sécurité), et à la carte de polarisation pour blocage rapide de l'entrée. La commutation utilise des amplis opérationels vidéo rapides (>100 MHz), et des MOSFETs, pour commutations en quelques dizaines de nanosecondes (après détection). Voir simulations. En cas de trip, le système peut repartir si vous le souhaitez, automatiquement dès que les valeurs sont redevenues normales (hystérésis). Un reset "hard" est beaucoup plus sur, en utilisant un bouton poussoir de reset (J9), ou en éteignant, puis réallumant l'alimentation de l'amplificateur (voir explications sur schéma).

This board detects excess of input power (destructive for LD-MOS), and amplifier output SWR. If necessary input power to obtain nominal output power in badly designed wide band amp (1.8-50 MHz) is not ~constant, supply current can be used instead of input power (low cost HALL effect sensor, see in doc "safety" to be downloaded). Trip signals are sent to logic board (safety chain), and, to polarisation board for fast trip. Commutations uses fast operational video amplifiers (>100 MHz), and MOSFETs, for commutations in a few tenths of nanoseconds (after detection). See simulations. After trip, system can restart automaticaly as soon as values are OK (hysteresis). A "hard" reset is more safe, in using a push button for reset (J9), or in switching off, then on the amplifier supply (see explanations on schematic diagram).

Part 3: Logic card

Logic board, professionaly made PCB (available HERE), dual side, with plated thru holes, serigraphy and resist varnishes. This board originaly made for triode or tetrode amplifier, is fully applicable for SSPAs.

PTT logic timers are here to avoid “hot switching” and perform controled sequences during transmit-receive operations. This circuit includes also RX preamplifier control, start-up timer ~3 secondes to avoid power supply possible spikes at start-up, and safety chain. All board inlets and outlets by screwed terminal blocks and IDC with flat ribbon cable to front panel.

Part 4: Blower timer

Blower stop timer, professionaly made PCB (available HERE), dual side, with plated thru holes, serigraphy and resist varnishes. This board originaly made for triode or tetrode amplifier, is fully applicable for SSPAs. A special version for other application, with 13.8 V supply instead of 24 V has been made. In case of need, ask for documentation.

Mains 230 V AC voltages are present only on this board. Switched and fused mains outlets for blower, and power supplies. Blower delayed stop, after amplifier switch off ~ 3 minutes, to evacuate accumulated heat in transistor & heatsink. Blower protection fuses for operator safety, as blower is not switched by amplifier on-off switch. All board inlets and outlets by screwed terminal blocks.

Part 5: Front panel

Part 6: Filtres de bandes / Bands filters

Ces filtres passe bas sont concus pour 1200 W (1500 W maxi) de 160 mètres à 10 mètres. Des capas ATC 100B 1000 & 1500 Volts sont utilisées. Des circuits imprimés double face 70 microns avec trous métallisés et sérigraphie sont disponibles. Voir ICI et ICI pour toutes informations. DESOLE, PLUS DE CIRCUITS IMPRIMES DISPONIBLES !.

These low pass filters are made for 1200 W (1500 W max) from 160 meters to 10 meters. ATC 100B capacitors 1000 & 1500 Volts are used. Dual side 70 microns PCBs with metallized thru holes and silkscreen are availables. See HERE and THERE for all information. SORRY, PCBs NO LONGER AVAILABLES !.

D'autres filtres ont été réalisés pour le 6 et le 10 metres. Circuits simple face, faciles à réaliser. Des capas ATC 100B 1500 Volts et des bobinages sans tores sont utilisées. Voir documents ICI et ICI. Des trous supplementaires étaient prévus sur le circuit imprimé pour éventuellement réaliser un filtre passe bande à la place du passe bas. Le passe bande êtant très difficile à ajuster a été abandonné.

Other filters were made for 6 & 10 meters. Single side PCBs, easy to build. ATC 100B 1500 Volts capacitors and toroidless coils are used. See documents HERE and THERE. Extra holes were in PCB for eventual transformation of low pass filter into band pass. Band pass being very difficult to adjust was abandonned.

Part 7 Amplifier by-pass relays

Un by-pass de l'amplificateur est nécéssaire. Ce petit circuit, peu coûteux, est simple à réaliser. Même ci cela ne vaut pas de vrais et coûteux relais coaxiaux. Jusqu'à 50 MHz, le rapport performances/prix est excellent.

An amplifier by-pass is necessary. This small assembly, low cost, is easy to build. Even if expansives true coaxial relays are better, up-to 50 MHz, ratio performances/price is excellent.

Part 8 Power supply supervision

Une supervision de l'alimentation de puissance, même si non indispensable, peut être effectuée à peu de frais (~6 Euros port inclus): Amperemetre avec shunt, et/ou capteur à effet HALL. Des échelles 0-50 ou 0-100 Amperes sont courantes. Des documentations et liens pour achats en Tchongland sont dans le fichier à télécharger.

Power supply supervision, even if not mandatory, can be made made at low cost (~6 Euros including postage): Ammeter with shunt, and/or HALL effect sensor. 0-50 or 0-100 Amps are usual scales. Documents and links for purchases in Tchongland are in the file to be downloaded.

 

For now, That's All Fox !!!!!                   Enjoy !!!!

Des simulations, nomenclatures, et les datasheets des composants sont dans les fichiers à télécharger.

Simulations, bill of materials, and components datasheets are in the files to be downloaded.

Fichiers à télécharger Nomenclature globale / Files to download Global bill of materials

Fichiers à télécharger / Files to download: Polarisation Board

Fichiers à télécharger / Files to download: Safety Board

Fichiers à télécharger / Files to download: Front Panel

Fichiers à télécharger / Files to download: By-pass relays

Fichiers à télécharger / Files to download: 30 MHz filter

Fichiers à télécharger / Files to download: 50 MHz filter

Fichiers à télécharger / Files to download: Logic Card & Blower Tempo

Internal link to SWR & power bridges

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Dominique - f1frv@sfr.fr OR

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