Сборка КВ усилителя мощности - Часть 1

Я решил попробовать собрать КВ усилитель мощности самостоятельно. Это кажется интересным проектом, в котором мне придётся изучить много нового. Также похоже, что потратив около $1000, я получу LDMOS усилитель мощностью 1000 ватт. Это дешевле, чем покупка подержанного, который стоит $2000+. Я даже не рассматриваю покупку нового, потому что они слишком дорогие.

Плата усилителя мощности

Поскольку я не инженер-электронщик, я решил не собирать плату усилителя с нуля, а купить уже собранную. Есть различные варианты.

  1. Китайские платы с eBay. Я много читал о них и смотрел видео на YouTube. Сложно сделать вывод. Некоторые говорят, что качество нормальное, некоторые говорят, что ферриты перегреваются и есть различные проблемы с качеством. Я не настолько продвинут, чтобы принять решение по этому поводу.
  2. vk-amps.com - хороший вариант, но дороговат.
  3. w6pql.com - хорошо известный ресурс, но тоже дорогой.
  4. dxworld-e.com - находится в Греции и хорошо известен. Я видел, как многие люди используют их платы.

В какой-то момент во время моего исследования я узнал, что AK6AB собрал усилитель. Он любезно поделился своим PDF с большим количеством хорошо организованной информации. Он тестировал китайскую плату и в итоге избавился от неё и купил плату от DXWorld-e.

DXWorld-e кажется хорошим вариантом, потому что у них можно купить всё - плату усилителя, плату задержки, плату ФНЧ, плату защиты и т.д. После некоторого чтения и исследования я решил остановиться на DXWorld-e. Я сделал заказ.

DXWorld-e Order DXWorld-e Order

Как видите, я заказал девять плат от DXWorld-e:

  1. LDMOS 1.2KW HF/6m LINEAR AMPLIFIER BOARD 1.8-55MHz V3.0
  2. HF/6M LPF FILTERS 160-6m 1800W 5 POLE
  3. PROTECTION BOARD 1500W
  4. RX/TX & ANTENNA SWITCH 2000W
  5. SWR PWR TANDEM MATCH 1.5-54MHz 2500W
  6. LCD PWR SWR METER 1200W
  7. RF DELAY BOARD
  8. LED PANEL PCB BOARD
  9. STEP DOWN VOLTAGE REGULATOR 12V / 2A

Это стоило $712!

Транзистор

После того, как я определился с выбором платы, я начал искать транзисторы. Цена транзистора на легитимных американских сайтах, таких как Mouser и DigiKey, составляет около $300. Поскольку моё исследование показало, что вероятность сжечь мой первый транзистор довольно высока, я решил остановиться на китайском транзисторе с eBay. Я купил MRFX1K80H за $75.43.

MRFX1K80H from eBay

Блок питания

Это был простой выбор. Многие радиолюбители в Европе используют блоки питания Eltek Flatpack2. Они известны тем, что хорошо работают и не создают шума. Их также относительно просто программировать через CAN управление для конкретного напряжения. Я купил один на eBay. Я собрал все материалы, которые использовал, в посте о материалах и инструментах.

Eltek Flatpack2 Power Supply Eltek Flatpack2 Power Supply Eltek Flatpack2 Power Supply

CAN связь

Для CAN связи я купил Arduino Nano и модуль шины CAN MCP2515.

Но была проблема - мне нужна была какая-то плата, которую я могу подключить сзади блока питания. Сначала я сам заколхозил плату на коленке.

Ugly Eltek board

Вот код Arduino:

#include <SPI.h>
#include "mcp_can.h"
#include <mcp_can_dfs.h>

// https://www.thebackshed.com/forum/ViewTopic_mobile.php?TID=12035&P=4

// This is for logging into your flatpack. Must use your serial number.
// My power supply serial is 124371158440.
unsigned char login[8] = { 0x2, 0x43, 0x71, 0x15, 0x84, 0x40, 0x00, 0x00 };

const int SPI_CS_PIN = 10;
MCP_CAN CAN(SPI_CS_PIN);  // Set CS pin

// 48V:
// unsigned char setdefaultvolt[5] = { 0x29, 0x15, 0x00, 0xC0, 0x12 };
// 50V:
unsigned char setdefaultvolt[5] = { 0x29, 0x15, 0x00, 0x88, 0x13 };
// 53V:
// unsigned char setdefaultvolt[5] = { 0x29, 0x15, 0x00, 0xB4, 0x14 };

void setup() {
  Serial.begin(115200);
  pinMode(3, INPUT);
  pinMode(12, INPUT);
START_INIT:
  if (CAN_OK == CAN.begin(MCP_ANY, CAN_125KBPS, MCP_8MHZ)) {
    Serial.println("CAN BUS Shield init ok!");
  } else {
    Serial.println("CAN BUS Shield init fail");
    Serial.println("Init CAN BUS Shield again");
    delay(1000);
    goto START_INIT;
  }

  CAN.setMode(0);
  delay(200);
  CAN.sendMsgBuf(0x05004804, 1, 8, login);  // id = 1 so XX = 04
  delay(200);
  CAN.sendMsgBuf(0x05019C04, 1, 5, setdefaultvolt);
}

void loop() {}

Я не очень знаю, как красиво нарисовать схемы для Arduino и модуля MCP2515, так что вот несколько фоток, которые, надеюсь, помогут кому-то разобраться.

Arduino MCP2515 Setup Arduino MCP2515 Setup Arduino MCP2515 Setup

Для меня очень важной частью было подключить землю шины CAN блока питания к GND Arduino. Это заставило всё работать и я смог запрограммировать напряжение в блок питания.

Плата блока питания

Я хотел, чтобы плата выглядела красиво. Поскольку эта плата была маленькой, я решил попробовать заказать плату в Китае. Я разработал её с помощью easyeda.com и заказал на jlcpcb. У них была какая-то акция, так что с доставкой это стоило мне $11.33. Когда плата изготавливается на jlcpcb, они по умолчанию отправляют вам 5 плат. Компоненты для платы были заказаны на lcsc.com и стоили $16.91. Это было довольно дорого, но было интересно пройти через процесс и получить свою первую печатную плату. После пайки компонентов плата выглядит так:

Eltek Flatpack2 PCB Eltek Flatpack2 PCB Eltek Flatpack2 PCB

Вы можете скачать файлы Gerber для платы здесь: Gerber_Flatpack2-Power-Board.zip

Радиатор

ChatGPT был очень полезен для расчёта размера радиатора, которого будет достаточно. Мне потребовалось время, чтобы найти что-то. Они довольно дорогие. Я проверил eBay, AliExpress, Facebook Marketplace. И после долгих поисков я в итоге купил алюминиевый радиатор размером 14" x 9" x 3" за $80.81. Я думаю, это очень хорошая цена для радиатора весом 8 кг.

Aluminum Heatsink Aluminum Heatsink

Медный теплораспределитель

Медь - дорогой металл. Когда я начал искать пластину для платы усилителя, которая будет работать как теплораспределитель, цены были около $100. Я просматривал eBay, AliExpress, Facebook Marketplace и в итоге нашёл на eBay пластину хорошего размера всего за $40.25. Размеры были 12 мм × 203 мм × 152 мм, поверхность немного грубая. Но цена была нормальная, так что я взял. Планировал отполировать влажной наждачкой на какой-то плоской поверхности.

Сначала хотел полировать на плитке из Home Depot. Пошёл, проверил плитки в Home Depot и Floor and Decor, но идеально плоской не нашёл. Потом подумал про стекло - положить на него наждачку и отшлифовать медь. Пока искал стекло, поговорил с родственником, и он отнёс медь в мастерскую, где её отфрезеровали. Теперь низ пластины ровный и гладкий. Сверху осталась выемка от фрезеровки - придётся поставить транзистор так, чтобы он не попадал на эту выемку.

Copper Plate Copper Plate

Корпус

Изначально я купил "Rosewill RSV-R4100U 4U 3 Fans Rackmount Server Case" на eBay. Но он слишком хлипкий. Радиатор весит 8 кг, этот корпус никак не сможет его удержать. Я отказался от этой идеи и начал искать дальше.

На Amazon я нашёл стальные электротехнические коробки, например эту. Но они очень тяжёлые - 11–14 кг.

Это привело меня к поиску алюминиевых уголков и тому, как люди в Европе используют их для сборки корпусов. Это казалось дорогой идеей, потому что я изначально проверил цены на алюминиевый уголок 1 дюйм в Home Depot. Но потом я проверил Facebook Marketplace и в итоге купил 21 фут алюминиевого уголка 1.5 на 1.5 дюйма толщиной 1/8 дюйма. Этого было достаточно, чтобы собрать корпус нужного мне размера.

Говоря о размере. Поскольку мой радиатор огромный, и я планировал использовать вентиляторы 140 мм, я получил размер примерно 406 мм × 482 мм × 177 мм. Я понимаю, что есть способ сделать всё компактно и сделать меньше, но я подумал, что для такого проекта меня устраивает, если получится несколько большим. У меня достаточно места на столе или под столом в шэке - так что это должно быть нормально.

Чтобы резать уголки, я купил полотно для торцовочной пилы. Вы можете проверить детали в посте о материалах и инструментах.

После того, как он был разрезан, чтобы собрать его, я напечатал на 3D принтере направляющую, которая помогла мне сделать его квадратным и просверлить отверстия в одном и том же месте для всех углов. Вот несколько ссылок на 3D файлы:
Aluminum Angle Corner Union Guide OnShape Link
Aluminum Angle Corner Union Guide STL Download

Вот несколько фотографий.

Using 3D Printed Guide Using 3D Printed Guide Using 3D Printed Guide Using 3D Printed Guide

Для стенок корпуса я искал алюминиевый лист толщиной 1/8 дюйма, например этот. Но когда я забирал алюминиевый уголок, парень продал мне большой лист 3 фута на 4 фута за $30.00.

Для винтов я выбрал размер M4. Я купил эти, эти и эти. Обновление: позже я также купил звёздочные шайбы.

Последнее, что я сделал для корпуса пока что, это напечатал резиновые ножки.
Rubber Feet OnShape Link
Rubber Feet STL Download Link

Вентиляторы

Для вентиляторов я решил, что лучший способ - это обдувать воздух вдоль рёбер радиатора. У меня была идея поставить больше больших вентиляторов, но заставить их работать медленнее и, следовательно, тише. Из того, что я выяснил, вот были мои варианты:

  1. Noctua NF-F12 iPPC 3000 PWM - лучший вариант.
  2. Noctua NF-F12 PWM - хороший вариант.
  3. Noctua NF-P12 redux-1700 PWM - нормальный вариант.
  4. ARCTIC P14 Pro - нормальный вариант, и он также дешёвый. Это то, что я выбрал.