von Nachdem ich ja bereits mit meinem ersten PA-Projekt 2x MRF300 erste Erfahrungen im Eigenbau einer LDMOSFET-PA sammeln konnte, startete nun ein weiteres, neues PA-Projekt. Wieder LDMOSFET-basiert in 50V-Technik, diesmal allerdings mit mehr Leistung.
Problem: MRF300 vom Hersteller inzwischen abgekündigt
Auslöser war im Grunde die Information, das NXP Semiconductors die weitere Produktion der MRF300 einstellen wird bzw. bereits eingestellt hat. Das trifft leider auch die Äquivalent-Typen MHT1803, die man zumindest für den Bau einer Kurzwellen-PA als billigere Alternative zum MRF300 verwenden konnte.
Wenn ich also irgendwann keinen Ersatz mehr bekomme, was nützt mir dann noch das schöne PA-Konzept, wenn es sich nur noch für den Müll eignet. Leider gar nix mehr.
Alternativen
Zufällig kam ich mit Chris, DG8DP zusammen, der grade wieder seine kleine Firma DP-AMP neu beleben wollte und inzwischen wieder auf dem Markt mit einem eigenen Online-Shop vertreten ist. Sein PA-Modul Sixty One HVF-1k2 AMP-Modul aus seinem PA-Gesamtkonzept Sixty One gefiel mir und so kamen wir ins Geschäft. Da ich im Grunde bereits alles hatte und nur das PA-Modul tauschen musste, war der Aufwand also überschaubar, auch was die neuerlichen Kosten und Investitionen anging.
DP-AMP Sixty One HVF-1k2
PA Modul
Das PA-Modul ist wieder für 50V LD-MOSFETs ausgelegt, ein 50V Netzteil hatte ich ja bereits für die MRF300-PA angeschafft, das konnte also gleich weiter verwendet werden. In diesem PA-Modul kommt diesmal ein Doppel-MOSFET zum Einsatz, der BLF188XR von Ampleon (wird inzwischen von Flip Electronics produziert). Der BLF188XR kann im Grunde 1400W, wir brauchen jedoch gute Linearität und die endet etwa bei 800W. Ohne zusätzlichen Attenuator am PA-Eingang reichen bereits ≈1W für diese 800W. Ich habe mich entschieden, am Eingang einen Attenuator von 9db einzusetzen, da meine SDR-TRX sowieso nur um die 5W bringen, war mein Ziel, so um die 600W PEP mit diesem Modul zu fahren. Die möglichen 200W mehr fallen eh nicht mehr ins Gewicht und sind am S-Meter meiner QSO-Partner nicht wirklich zu sehen. Also meine Entscheidung, 600W sind ausreichend, das bedeutet bei 50V Betriebsspannung zwischen 24-28A Stromaufnahme, also ein Kinderspiel für mein Netzteil, was bis 58A liefern könnte.
Die bisherigen Baugruppen 50V auf 12V Stepdown-Regler und RX-TX-Umschaltung samt Signalrouting von DXWorld-e habe ich natürlich wiederverwendet, da war nichts Neues erforderlich und es spart natürlich unnötige Kosten. Die ca. 1cm dicke Kupferplatte, die bei solchen PAs mit diesen Doppel-MOSFETs leider zwingend erforderlich wird (eine direkte Montage auf dem Alu-Heatsink kann die Wärme des MOSFETs nicht ausreichend ableiten), konnte mir Chris ebenfalls hochglanz-poliert und vorgebohrt mitliefern. Also wieder alles auf meinem bereits für die MRF300-PA verwendeten Alu-Heatsink montiert und verdrahtet und damit war der Umbau bereits erledigt.
Dachte ich zumindest.
MOSFET gehimmelt
Erste Testläufe zeigten stabiles Verhalten, die PA lief gut – etwa einen Monat. Dann auf einmal bleiben die Zeiger auf Null, eine Ruhestromprüfung zeigte klar, der BLF188XR war tot. Da mir Ähnliches bereits 2x auch mit meiner MRF300-PA passiert ist, einfach MOSFET tot ohne ersichtlichen Grund (SWR war 1.1, 50V waren stabil) musste also etwas in dem ganzen System faul sein, aber nicht das PA-Modul, das war bereits aus dem Rennen. Kurios: Das alles passierte immer nur auf 80m.
Also überarbeitete ich erstmal alles „aussenrum“. Neue Antennenkabel, auch ein neuer QRO-Antennentuner (PALSTAR AT1500C) wurde beschafft, so dass erstmal bis hin zur Antenne alles sicher für QRO bis 1kW sicher ausgelegt war.
Im Grunde blieb nur eine Baugruppe als Ursache allen Übels übrig, da diese auch bereits mit der „alten“ MRF300-PA im Einsatz war – das LPF. Das LPF war ein kommerziell hergestelltes ARF-1000 von Ameritron, was allerdings nicht unbedingt für MOSFET-PA konzipiert und gedacht wurde, sondern vermutlich eher für Röhren-PA. Gestorben sind mir die MOSFETs immer nur auf 80m, also kam mir so langsam der Verdacht, das das LPF hier vermutlich der Auslöser sein könnte. Kontroll-Messungen der Filterkurve zeigten allerdings kein Fehlverhalten dieses LPF, unter Last – was man natürlich schlecht „in-circuit“ testen kann – kann das aber durchaus anders aussehen. Fehlanpassungen, speziell auf den 2. und 3. Harmonischen, können hier Reflexionsspannungen durch Impedanz-Mismatch bis über 150V erzeugen, das überlebt kein MOSFET. Und genau das ist auch vermutlich passiert, denn ich hatte eben nicht 600W Output, sondern nur etwa 150..200W, als der MOSFET starb. In diesem Fall hilft auch keine SWR-Protection oder ähnliches.
Ich hatte allerdings bereits seit fast 2 Jahren ein anderes, bisher unbenutzes LPF daliegen, was ich mal beim Henrik / DG0LFF in Dresden bauen lassen hatte. Dieses war schon für MOSFET-PA konzipiert, hat jedoch eine eher unübliche Band-Segmentierung, so dass ich es bisher nicht eingesetzt hatte. Ausserdem fehlt bei diesem LPF 60m (ja, wir wissen alle, in DL sind eh nur 15W auf 60m zulässig).
1,3kW, 9-Band Tiefpass-Sendefilter 5.Grades
für KW-Sendebetrieb
Belastbarkeit CW 1000W / SSB PEP 1300W bei SWR < 2
Durch den speziellen Aufbau hat dieses LPF fast 10cm Höhe, was mich erstmal vor die Problemlösung für ein geeignetes PA-Gehäuse stellte. Auch die unübliche Bandsegmentierung von 160m – 80m – 40/30m – 20/17m – 15m – 12/10m stellte mich vor die weitere Herausforderung, meinen LPF-Controller überarbeiten zu müssen, den ich bisher am Hermes Lite 2 durch einfaches I2C-Sniffing von dessen internen LPF realisiert hatte. Das ging nun so nicht mehr, es musste also ein neuer LPF-Controller her, der flexibel durch Lesen der TX-Frequenz die entsprechende Bandschaltung realisierte. Also neue Software entwickelt und einen Raspberry Pico als SoC zum Einsatz gebracht.
DIY LPF Controller
– basiert auf dem Raspberry Pico, da der Hermes Lite 2 nur mit 3.3V klarkommt, was auch dessen I2C-Bus betrifft, da dieser direkt an den FPGA-I2C geht. Hier war also etwas Vorsicht geboten, 5V Pegel würde der FPGA nicht überleben
– ein ESP32 ist leider keine echte Alternative, da dieser den erforderlichen I2C-Slave-Mode bis heute nicht sauber beherrscht, denn der I2C Master ist der FPGA
– ein Arduino Nano ist ebenfalls keine Alternative, denn dieser arbeitet mit 5V Level, wir brauchen aber zumindest für I2C echte 3.3V im Falle des Hermes Lite 2
– ergänzt wurde später noch ein ADS1115 als 16bit-ADC für den Brick2, da dieser die Bandinformation per XIEGU-Bandspannung (analog) ausgibt. Der Schalter wechselt zwischen Betriebsmode Hermes Lite 2 (I2C) und dem Brick2 (Bandspannung)
800W PA mit LPF
in einem selbstgefertigtem
19″ Alu-Gehäuse
Also alles neu verdrahtet und erste Tests gemacht. Der neue LPF zeigte sich stabil im Betrieb, auch auf 80m konnte ich nun problemlos den Output auf 600-700W erhöhen, alles blieb ruhig. Der LPF-Controller läuft stabil, Bandumschaltungen sind nun wieder vollautomatisch möglich, um nicht „aus Versehen“ ein falsches LPF zu wählen und erneut den MOSFET zu killen.
Die neue PA läuft nun schon fast 1 1/2 Monate im täglichen Betrieb, bisher sind keine weiteren Auffälligkeiten mehr aufgetreten, die Kühlung ist ausreichend und die Temperatur bleibt im sicheren Bereich, auch wenn man mal längere „Laberdurchgänge“ macht. Der neue LPF schafft -50dbc in der 3. Harmonischen, so dass ich auf die Hilfe von PureSignal (aka Pre-Distortion) verzichten kann, das bringt dann kaum noch einen Mehrwert bzw. Effekt.
Der „neue“ ATU PALSTAR 1500C, günstig im Gebrauchtmarkt erworben, läuft nach der Reinigung der Rollspulenabgriffe auch wieder sehr gut, 600-700W stellen für ihn noch keine Herausforderung dar.
QRO-Tuner PALSTAR AT1500
1.5kW C – L – C
Ganz ohne Lehrgeld gings also auch beim PA-Projekt Nr.2 nicht, immerhin schlägt ein BLF188XR mit ca. 200€ zu Buche, also nicht grade Taschengeld. Ich hoffe aber, nun alle kritischen Stellen beseitigt zu haben, bisher sieht jetzt alles gut aus.
Noch eine abschließende Bemerkung:
Bisher habe ich alle meine Afu-Softwareprojekte, speziell die mit SoC wie dem Arduino oder ESP32, immer als Open Source bei Github veröffentlicht. Da es aber mehrfach vorkam, dass mein von mir entwicklelter Code in Projekten verwendet wurde, die dann kommerziell vermarketet wurden (das ist ok bei Open Source) und sich kein Hinweis mehr auf mein Copyright fand (das ist allerdings ein klarer Lizenzverstoss gemäß der GPL), werde ich künftig neue Projekte mit diesen SoC nicht mehr veröffentlichen. Also bitte keine Nachfragen zum LPF-Controller, ich gebe weder die Schaltpläne noch die Software weiter.
Andere Entwicklungen wie mein deskHPSDR sind davon natürlich nicht betroffen, nur Projekte mit SoC.
