F6EHJ-Radioamateur

Cette réalisation fait suite à l’amplificateur de 300/400W décrit précédemment et s’en inspire largement.
L’amplificateur est adapté à l’ICOM7300 qui est mon transceiver de base mais il est très simple de l’adapter à tout autre modèle de transceiver.
La différence principale avec l’amplificateur décrit précédemment est le refroidissement qui utilise un échangeur à eau plutôt qu’un radiateur ventilé.
Pourquoi un refroidissement à eau ?
La raison principale est la réduction du bruit de ventilation mais aussi la taille réduite d’un tel amplificateur sachant que l’option retenue est de déporter l’alimentation.
L’amplificateur proprement dit tient dans un coffret de 200x250x100 ce qui est particulièrement réduit.

Les composants :
Le module amplificateur met en oeuvre 4 transistors MOSFET VRF2933 réputés pour leur robustesse; les filtres de sorties couvrent les bandes 160m à 6m et admettent les 1000W sans difficulté.
Un module « TOS » a été également approvisionné, les 3 modules sont fournis par EB104.ru
L’alimentation requiert 50V sous 40A. Une seule alimentation 50V/40A ou deux 50V/20A en parallèle sont utilisables.

Modification de la semelle de l’amplificateur :

Le module amplificateur a été approvisionné avec sa semelle en cuivre; c’est sous cette semelle que va être soudée le système de refroidissement qui n’est en fait qu’un simple tuyau de cuivre de 8mm de diamètre extérieur.
Pour ce faire il est nécessaire de démonter le circuit imprimé qui supporte l’ensemble des composants de l’amplificateur y compris les 4 transistors. Cette opération n’est pas difficile à réaliser.

Le tuyau de cuivre sera cintré afin d’épouser au mieux le dessous de la semelle de cuivre. L’ensemble sera placé via un diffuseur (cuivre de préférence) au-dessus d’une source de chaleur (électrique ou gaz) afin de braser le tuyau à la semelle.
Cette opération de montée en température demande « un certain temps » avant que la brasure ne fonde. Le mélange plomb/étain sera généreusement réparti sur la totalité du tuyau.

On pourra alors arrêter la chauffe et laisser refroidir naturellement ou encore avec un flux d’air (sèche-cheveux). Le capteur de température LM35DT sera fixé à ce moment.

Le circuit imprimé sera alors remonté et les 4 transistors refixés sans avoir oublié la pâte thermique.

Le module amplificateur ainsi modifié est prêt à être intégré.

Les options de refroidissement :

Deux options ont été considérées :
– l’utilisation d’un radiateur ventilé type « water cooling »
– l’utilisation d’un réservoir d’eau de volume « raisonnable » suffisant pour quelques heures de trafic quotidien.

Les essais réalisés avec un réservoir de 20l d’eau montrent qu’il est possible de trafiquer en SSB/CW pendant quelques heures sans que la température de l’eau ne dépasse 45°
Malgré tout cette configuration n’est pas très pratique et les essais avec un radiateur ventilé sont en cours.

Les filtres passe-bas :

Le module de filtres passe-bas permet la couverture des bandes 160m à 6m. Il nécessite une alimentation de 12V pour l’activation de chaque paire de relais. A noter que la bande 160m est sélectionnée lorsque aucun relais n’est excité.

Présentation des 3 modules dans le coffret :

Les circuits de contrôle :

Comme dans l’amplificateur décrit précédemment, les surveillances ont été optimisées pour assurer un fonctionnement en toute sécurité de l’amplificateur. Les paramètres surveillés sont les suivants :
– Température du radiateur
– Tension d’alimentation du module amplificateur
– TOS (via puissance directe / puissance réfléchie)
Une alarme est générée par le matériel lorsque le TOS dépasse un certain seuil et déclenche la coupure de l’alimentation 50V ainsi que l’inhibition de la polarisation des FET de l’amplificateur.
Malgré la robustesse des VRF2933, j’ai opté pour une protection matérielle vis à vis du TOS  en coupant l’alimentation 50V et la polarisation; l’activation par logicielle risquant d’être trop lente.
La coupure de l’alimentation 50V est réalisée par 4 FET IRF5210 montés en parallèle et commutés via un circuit à thyristor piloté par le comparateur puissance directe / puissance réfléchie.
L’inhibition de la polarisation interdit également  le passage en émission en cas d’alarme TOS et température.

 

Les paramètres suivants sont affichés :
-Puissance directe (0 à 1200W)
– Intensité drain (0 à 50A)
– Tension alimentation amplificateur
– TOS (1 à 6)
– Température radiateur
– Etat de l’amplificateur : en attente, prêt, en émission.
-La bande en service image de l’IC 7300
Le reste des surveillances et l’affichage sont réalisés par un Arduino MEGA 2560 et un afficheur TFT 3.2″.

Détection de la bande en service :

Afin d’être certain de sélectionner le filtre de sortie correspondant à la bande en service, on exploite la sortie « Bandes » de l’ICOM 7300. Cette sortie est une tension variable entre 0 et 8V en fonction de la bande. Cette option permet de s’affranchir d’un second détecteur de puissance  réfléchie entre la sortie de l’amplificateur et l’entrée des filtres passe-bas.
Les tensions disponibles sont les suivantes :
160m : 7-8V
80m  : 6-6.8V
40m  : 5-5.8V
30m  : 0V
20m  : 4-4.8V
17 ET 15m : 3-3.8V
12 ET 10m : 2-2.8V
6m  :  1-1.9V

Cette tension sera adaptée à une des entrées analogique de l’Arduino MEGA à savoir 5V maximum. On optera pour un simple diviseur de tension de rapport 1.6.
La commande des relais correspondant à la bande détectée est assuré par un ULN2708 commandé par l’Arduino.

Les alimentations :

Comme mentionné précédemment, pour l’amplificateur de puissance il sera possible d’utiliser soit une alimentation de 48/50V 40A, soit deux alimentation de 50V/20A en parallèle en fonction des possibilités d’approvisionnement, coût, encombrement…
Si deux alimentations sont utilisées, on prévoira une double diode de coupage type MBR4050 afin d’éviter l’éventuel refoulement d’une alimentation dans l’autre. Une protection par fusible 30A dans chaque branche pourra être également prévue.
Un capteur de courant LA50 à effet Hall est implanté sur cette carte pour la mesure du courant. Avec 1 tour au primaire, le rapport obtenu est de 1V pour 10A. La sortie du capteur est directement appliquée à une entrée analogique de l’Arduino.Un petit module +12/-12V est également implanté pour l’alimentation négative du capteur. Bien que n’étant  indispensable, l’alimentation négative supprime un offset de quelques centaines de mV en sortie.
La partie « contrôle » sera alimentée en +12V à partir d’un convertisseur DC/DC admettant en entrée une tension supérieure à 55V. Le c0urant nécessaire ne dépasse pas 1A. Ce module sera implanté sur la carte de la diode de puissance.
Les circuits logiques du séquenceur et du comparateur de tension du TOS sont alimentés par le +5V de la carte Arduino. Cette dernière étant alimenté par le +12V via une diode zener de 5.1V.

Les entré/sorties :

Le champ haute fréquence généré par l’amplificateur est à prendre en compte vis à vis des signaux entrant  et quittant  l’Arduino. Pour ce faire, les liaisons Arduino / amplificateur / filtres de bande sont bypassées par un couple condensateur traversant /ferrite. Sans ces précautions, les valeurs acquises, l’affichage sur le TFT et les commandes vers les circuits de contrôles risquent d’être incorrectes.
L’ensemble Arduino /TFT est contenu dans un boitier en aluminium.

Ce boîtier est fixé sans couvercle sur la face avant de l’amplificateur.

Le refroidissement :

Le refroidissement est assuré par un radiateur de 240x100mm, 2 ventilateurs, une pompe et un réservoir, l’ensemble est  alimenté sous 12V.

 

Résultats :

Il est encore tôt pour établir un bilan définitif, on peut d’ores et déjà observer les points suivants :
– La puissance de sortie est au rendez-vous.
– L’échauffement est directement lié au mode de fonctionnement (SSB/CW…).

– Le système de refroidissement est efficace