Блоки питания мощные и не очень для умзч

Тема: Стабилизированное питание УМЗЧ

Опции темы
  • Версия для печати
  • Подписаться на эту тему…

Стабилизированное питание УМЗЧ

Предлагаю к обсуждению тему «Стабилизированное питание УМЗЧ: плюсы и минусы, варианты реализации». Особо приветствуется мнение профессионалов-разработчиков, но с уважением выслушаю любые мнения.

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

Про стабилизированное питание выходного каскада здесь была ветка с месяц назад — общий смысл, что нужно стабилизировать питание вых.каскада, когда нет общей оос. А входные каскады лучше всегда стабилизировать, да это и не представляет особых сложностей.

[ADDED=Olegyurich]1111227615[/ADDED]
Да и про стабилизированные БП было несколько веток.

Последний раз редактировалось Olegyurich; 19.03.2005 в 13:20 .

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

Это дело (стабилизация) нужное, но неблагодарное. Например, мостовые (да и не только) микросхемки — в даташите указываются параметры при стабилизированном питании, а когда к плохому источнику подключают, удивляются, почему неискаженная мщность 3 Вт, а не 18.
Однако цена, габариты и КПД такого блока растут здОрово, поэтому стабилизаторы мало кто ставит, пытаются схемотехникой обойти.
ИМХО (как разработчика) — стабилизаторы ставим на действительно высококачественную систему, а в просто хороших не экономим на конденсаторах фильтра (емкость, количество, размещение, шунтирование керамикой).

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

Тут еще мнения были, стабилизатор, по сути, тот же усилитель (усиливает опорное напряжение ) поэтому если решено его использовать — его качество должно быть как минимум не хуже качества запитываемого им девайса.

Есть и более простой и экономичный способ запитки выходного каскада для усей без ООС, транзисторный фильтр — пульсации недофильтрованные уберет, но напруга будет все равно будет плавать.

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

Разумеется, интересует прежде всего стаб. питание выходного каскада. По входным вопросов нет.

В том-то и парадокс, что стабилизатор на 5-7А сделать несложно, да и по стоимости он в некоторых случаях оказывается дешевле, чем куча сглаживающих емкостей. Все мои эксперименты в этой области однозначно говорят в пользу стабилизаторов. Но почему-то повсеместно преобладает нестабилизированное питание. Вот и хотелось бы узнать, может, есть какие-то глубинные, не лежащие на поверхности, аргументы против стабилизации.
Почему, например, даже очень именитые фирмы питают выходные каскады своих High-End УМЗЧ непосредственно с выпрямителей?

С другой стороны, наверняка есть отработанные и эффективные решения стабилизаторов на напряжение 30…50 Вольт с различными варантами защит, и т.п. Было бы интересно с ними ознакомиться.

Если нетрудно, ссылочку-другую бы, плиз, на ветки с обсуждением данной темы.

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

Эти слова наиболее точно обьясняют то, почему именитые
фирмы не применяют стабилизаторы для оконечных У.М.

Ведь стабилизатор это система авторегулирования с характеристиками по току и быстродейсвию подчас
превышающими само запитываемое устройство.

Со своей А.Ч.Х и Ф.ЧХ и это всё вплетается в А.Ч.Х самого У.М.Н.Ч.

Вот поэтому создание хорошего стабилизатора для хорошего У.С.
становится достаточно недешовой проблемой.
И технически непростой задачей.

А плохой стабилизатор только ухудшит характеристики самого У.С.

Самое простое решение это энергоёмкий фильтр состоящий
из быстродействующих диодов, электролитов зашунтированных
высокочастотной керамикой или пластиком.

Надо помнить что Усилитель звучит так как позволяет ему
блок питания.

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

Получается, что без стабилизатора лучше, чем с ним?
Значит, если на входе усила (по питанию) скачки напряжения нестабилизированного БП 30В — это высокий конец, а если 0.03 — это ширпотреб?
Кто мешает улучшить бп, просто подняв напряжение транса, потом установить кондеры (меньше, т.к. напруга возросла), потом обычный параметрический стаб, а в конце, на самой плате, еще кондеры небольшой емкости, которые будут уменьшать внутреннее сопротивление бп почти до нуля. В итоге имеем тот же принцип, что и в нестабилизированном но пульсации на 2-3 порядка меньше! Кроме того, это позволяет знчительно снизить емкость сглаживающих конденсаторов, т.к. она должна быть обратно пропорциональна квадрату напряжения, при том же уровне пульсаций. Тоесть поднять напругу в 2 раза и кондеры можно ставить в четыре раза меньшей емкости. А на самом деле еще на много меньше, т.к. допустимый уровень пульсаций (до параметрического стабилизатора) увеличивается в несколько раз. В сумме можно сократить емкости кондеров на порядок (ставить, допустим не по 2х20000, а по 2х2000 на канал). Особенно это подойдет для интегральных усилителей, т.к. у них допустимое напряжение питания жестко ограничено, к тому же приходится делать запас — на случай скачков в сети. У усей на дискретных элементах тоже этот параметр не бесконечный и приходится выбирать: транзистор с лучшими характеристиками или с большим Uec.

Последний раз редактировалось Fenyx; 20.03.2005 в 10:10 .

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

ИМХО, в вопросах питания УМЗЧ, как и везде, нужна разумная достаточность.
Да, система авторегулирования должна обладать высокими частотными свойствами.
Но нужна ли подобная система для питания выходного каскада? Представляется, что Fenyx в значительной степени прав. По-моему, тут достаточно параметрического стабилизатора с усилителем тока на эмиттерном повторителе. При Кст=50 колебания выходного напряжения составят около 160 мВ.
Кстати, вопросы теромстабилизации опорного напряжения, ИМХО, также не очень важны. Например, при использовании в параметрическом стабилизаторе 4 шт. Д818Е получим выходное напряжение около 35В с температурной нестабильностью в самом худшем случае +-0,004% на градус Цельсия. Т.е., при изменении температуры на 40 градусов выходное напряжение «уплывёт» максимум на 1,44мВ. Эти величины даже как-то неудобно сравнивать с пульсациями напряжения нестабилизированного БП.
И это при значительном уменьшении количества сглаживающих емкостей.

Впрочем, возможно, я где-то ошибаюсь. Поправьте меня, если это так.

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

Страшны то не пульсации, а нелинейность источника питания. В случае просто фильтра на кондюках — она одна, в случае стаба уже совсем другая. Электролит большой емкости в пике может выдать ток в десятки ампер, а какой тогда должен быть стаб, чтоб он не подавился?
Да еще и стаб будет выдавать постоянно некий меняющийся спектр гармоник в зависимости от токовых скачков при нелинейно потребляющей нагрузке в АБ — стаб же усилитель , да с обратной связью.
Так что уж лучше просто пульсации.
А если все же стаб, то сдается для усилка на LM3886 стаб придется делать по схеме мощника Lynx11

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

Возможно, я слабо очертил границы темы. Давайте говорить о питании для УМЗЧ мощностью до 100-120Вт при нагрузке 4 Ом. Амплитудное значение потребляемого тока – 7…8 Ампер.

Чем определяется нелинейность параметрического стабилизатора? Дифференциальным сопротивлением стабилитрона? Оно мало и практически постоянно. Нелинейностью передаточной характеристики эмиттерного повторителя? Она не так уж велика. Частотные свойства ЭП достаточны и лучше частотных свойств 99% УМЗЧ.

Вышеуказанные проблемы, согласен, свойственны компенсационным стабилизаторам при наличии каскадов с ОЭ.

Re: Стабилизированное питание УМЗЧ

Если на регулирующем транзисторе будет падать 20В при токе 5А, то куда лишние 100 Вт тепла денем ?
Вот стабилизатор переменного напряжения первички был бы эффективней. И там уж точно не выше 50 Гц.

Блоки питания мощные и не очень для УМЗЧ

Маломощный стабилизированный блок питания для предварительных усилителей с регулировкой выходного напряжения.

Схема относительно просто и представляет собой двухполярный стабилизированный блок питания. Плечи блока питания зеркальны, поэтому схемы абсолютно симметрична.

Технические характеристики блока питания:
Номинальное входное напряжение:

18. 22В
Максимальное входное напряжение:

28В (ограничено напряжение конденсаторов)
Максимальное входное напряжение (теоретически):

70В (ограничено максимальным напряжением выходных транзисторов)
Диапазон выходных напряжений (при

20В на входе): 12. 16В
Номинальный выходной ток (при выходном напряжении 15В): 200мА
Максимальный выходной ток (при выходном напряжении 15В): 300мА
Пульсации напряжения питания (при номинальном выходном токе и напряжении 15В): 1,8мВ
Пульсации напряжения питания (при максимальном выходном токе и напряжении 15В): 3,3мВ

Данный блок питания можно использовать для питания предварительных усилителей. БП обеспечивает довольно низкий уровень пульсаций напряжения питания, при довольно большом (для предварительных усилителей) токе.

В качестве аналогов транзисторов MPSA42/92 можно применить транзисторы KSP42/92 или 2N5551/5401. Не забывайте сверять цоколевку.
Транзисторы BD139/BD140 можно заменить на BD135/136 или на другие транзисторы с аналогичными параметрами, опять же про цоколевку не забываем.

Транзисторы VT1 и VT6 должны быть установлены на теплоотводе, место для которого предусмотрено на печатной плате.

В качестве стабилитронов VD2 и VD3 можно применять любые стабилитроны на напряжение 12В.

Маломощный блок питания с преобразованием однополярного напряжения в двухполярное.

Очень часто бывает что у радиолюбителя есть трансформатор, но только с одной обмоткой, а необходимо получить на выходе двухполярное напряжение. Именно для этих целей можно применить следующую схему:

Схема отличается своей простотой и универсальностью. На вход схемы можно подавать переменное напряжение в широком диапазоне, ограниченном только лишь допустимым напряжением диодов моста, допустимым напряжением конденсаторов питания и напряжением КЭ транзисторов. Выходное напряжение каждого из плеч будет равно половине общего напряжения питания или (Uвх*1,41)/2, например: при входном переменном напряжении 20В, выходное напряжение одного плеча будет равно (20*1,41)/2=14В.

В качестве транзисторов VT1 и VT2 можно применять ЛЮБЫЕ комплементарные транзисторы, следует только не забывать о цоколевке. Хорошими вариантами замены могут быть MPSA42/92, KSP42/92, BC546/556, КТ3102/3107 и так далее. Следует так же учитывать при замене транзисторов на аналоги их максимальное допустимое напряжение КЭ, оно должно быть не менее выходного напряжения плеча.

Мощный двухполярный блок питания с полу-мостовым выпрямлением.

В своей практике для питания УМЗЧ я люблю применять для питания УМЗЧ трансформаторы с 4мя одинаковыми вторичными обмотками, в частности трансформатор ТА196, ТА163 и аналогичные. При использовании таких трансформаторов удобно использовать в качестве выпрямителя не мостовую, а двухполупериодовую полу-мостовую схему. Схема самого блока питания представлена ниже:

Для данной схемы можно применять не только трансформаторы серии ТА, ТАН, ТПП, ТН, но и любые другие трансформаторы с 4мя одинаковыми по напряжению обмотками.

Нумерация выводов соответствует нумерации выводов трансформатора ТА196 и аналогичных.

Мощный блок питания с полу-мостовым выпрямлением, с дополнительными маломощными шинами питания.

На основе трансформатор ТА196 или других трансформаторов с 4мя вторичными обмотками можно организовать следующую схему:

Напряжение +/-40В (или другое, в зависимости от напряжения на обмотках вашего трансформатора) используется для питания усилителя мощности. Шины +/-15В можно использовать для питания предусилителя и входного буфера. Шину +12В можно использовать для вспомогательных нужд, например: для питания вентилятора, защиты или других не требовательных к качеству питания устройств.

В качестве стабилитрона 1N4742 можно применять любой другой на напряжение 12В, вместо 1N4728 — на напряжение 3,3В.

Читайте также  Простая си-би антенна

Вместо транзисторов BD139/140 можно использовать любую другую комплементарную пару транзисторов средней мощности на ток 1-2А. Транзисторы VT1, VT2 и VT3 необходимо устанавливать на радиатор.

Нумерация выводов соответствует нумерации выводов трансформатора ТА196 и аналогичных.

Фотографии некоторых из представленных блоков питания.

Ко всем блокам питания прилагаются проверенные 100% рабочие печатные платы.

Стабилизированный блок питания для УМЗЧ

Стабилизированный двухполярный блок питания ±36 В для УМЗЧ класса AB.
Отчёт с опозданием 20 лет. Рассчитано на подготовленного читателя.

1. Исходная схема была опубликована в журнале “Радио” (1987, № 8, с. 31)
“Стабилизатор напряжения питания УМЗЧ”:

В 2000 году при сборке очередного усилителя эта схема была рекомендована мне сотрудником
со словами «должно работать». Бонусом мне были презентованы транзисторы КТ825 и КТ827 (по несколько штук тех и тех).

Изюминки схемы:
— мощные транзисторы «сидят» на радиаторах без изолирующих прокладок
— балластные резисторы R4 и R5 подключены перекрёстно к выходам стабилизаторов, т.о. получается бОлее высокий коэффициент стабилизации
— при включении стабилизатор «не подхватывает», если в каком-то плече есть к.з. или сопротивление нагрузки менее определённого значения

2. Известные реализации этой схемы.
Их немного (в интернете; реально конечно же больше).
Вот одна из них:

Со слов автора, схема «неустойчиво запускается при большом токе нагрузки, а ток при замыкании выхода не нормирован и зависит от коэффициентов передачи применённых транзисторов, что иногда приводит к их выходу из строя.
За прошедшее время появились новые электронные компоненты, стали доступны мощные полевые транзисторы, что и подвигло автора поэкспериментировать с компьютерной моделью предложенного В. Орешкиным устройства, которая была создана в симуляторе LTspice IV, и усовершенствовать его. Родившаяся в результате таких экспериментов схема блока питания изображена на рис. 2.» ©

Была ли эта схема проверена в живую или только в симуляторе — достоверно неизвестно.

3. ТЗ для БП.
Нагрузкой УМЗЧ тогда были доработанные S-90 (4 Ом).

Анализ чужих схем привёл к неутешительным выводам: всё ф. народ научился держать паяльник, но совсем не понимает, что делает.

Всего было доработано три пары АС S-90.
Схема — своя, просчитана в симуляторе EWB512; никогда и нигде не выкладывалась в открытый доступ.
Последняя пара АС тестировалась в прослушке на соответствующем оборудовании, что подтвердило правильность расчётов.

Хотелось иметь 2*100Вт на 4 Ом по каждому каналу.
Напряжение на нагрузке (RMS) U = sqrt(100*4) = 20 (В)
Ток нагрузки (RMS) I = 20 /4 = 5 (А)
Ток нагрузки (пиковый) = 5*1,41 = 7,1 (А)

Поскольку упор был на мощность и надёжность, были задуманы следующие характеристики (ака ТЗ):
— напряжение питания ±36 В
— ток нагрузки 2,5А (долговременный по каждой полярности)
— ток нагрузки 25А (кратковременный по каждой полярности)

4. Блок питания собирался (или строился, фз как правильно сказать) из подручных материалов и б/у радиодеталей.
Трансформаторы — польские UNITRA B-4247-147-4

По отрывочным сведениям из интернета, мощность трансформатора 80Вт.
Основная вторичная обмотка — 2*17В с отводом от середины плюс пара дополнительных обмоток «на хвостах» по 1В.
Т.е. можно использовать или 2*17В 2,5А или 2*18В 2,5А.

Слаботочная вторичка не проверялась.

Диодные мосты — по четыре диода Д232 на радиаторах.

Конденсаторы: KEA -II 66000мкФ*63В после каждого моста (2*33000мкФ).

Оригинальная схема не захотела нормально запускаться на транзисторах КТ825-КТ827: при первом же включении пробивался КТ827 (который npn).
Из-за чего именно 827-й не суть важно, но запас дарёных КТ827 быстро иссяк, и на столе стояла нерабочая схема, с которой надо было что-то делать.

Выбор мощных транзисторов был скудный: 2N3055 в неограниченном количестве и КТ837В, которые применялись в выпускаемых приборах (на работе).
Пришлось отказаться от составных КТ825-827 и собрать схему «из того, что было» ©.

Чтобы обеспечить пиковый ток 30А, пришлось запараллелить транзисторы:
— 4*КТ837В (т.е. 4*7,5=30А)
— 3*2N3055 (т.е. 3*10=30А)
Естественно, с соответствующими эмиттерными резисторами.

Окончательная схема (симулятор использован только как рисовалка):

Кстати, в симуляторе схема НЕ работает. )))

Перечень элементов:
— трансформатор UNITRA B-4247-147-4 — 2 шт.
— диоды выпрямительные Д232 — 8 шт.
— конденсаторы KEA-II 33000 мкФ * 63В — 4 шт.
— конденсаторы C5, C6 — 2000 мкФ * 63В — 2 шт.
— стабилитроны
VD1, VD3 — Д815Г — 2 шт.
VD2, VD4 — Д816Б — 2 шт.
— транзисторы
VT1 — 3 шт. в параллель 2N3055 с эмиттерными резисторами 0,1 Ом (можно увеличить до 0,2 Ом)
VT2 — 4 шт в параллель КТ837В с эмиттерными резисторами 0,13 Ом (можно увеличить до 0,27 Ом)
VT3 — 2SA1837 (изначально был установлен КТ816; замена VT3, VT4 — в 2005 году, остальное — без изменений)
VT4 — 2SC4793 (изначально был установлен КТ817)
R1, R2 — ПЭВ-7,5 270 Ом — 2 шт.
R5, R6 — МЛТ-2 2,2 кОм — 2 шт.

Защита схемы (не показано на схеме):
— пара предохранителей по 5 А (по одному на каждую полярность)
— 3 А (перед первичной обмоткой)

БП в сборе:

Размеры: 440*362*80 мм.
Масса 8,5 кг.

Верхняя крышка удерживается на 18 винтиках М3.
Открутил, снял крышку. БП внутри:

Друг-электронщик, посмотрев на всё это, выдал: «Или трансформаторы маленькие, или конденсаторы большие.» ))

2N3055 на правом радиаторе:

КТ837В на левом радиаторе:

5. Замеры.
Работа на резистивную нагрузку 14 Ом (по 2,5А от каждой полярности) интереса не представляет: всё работает.
Меня интересовала реакция БП на значительное увеличение тока потребления.

Условия эксперимента:
— нагрузка БП — УМЗЧ 2*100Вт с подключенными резисторами 4 Ом к выходу каждого канала
— испытательный сигнал — тональная посылка 200 мс 40 Гц от программного генератора (SpectraLab) на вход каждого канала УМЗЧ

Осциллограмма по выходу одного из каналов (делитель 1:10 )

±24 В амплитудное, более накрутить не получилось, т.к. все движки микшера уже на максимуме.

Далее задействовал двухканальный режим замера.
«Закрытый» вход 2-го канала для линии питания +36 В (делитель 2-го канала 1:1 ):

«Закрытый» вход 2-го канала для линии питания минус 36 В (делитель 2-го канала 1:1 ):

Просадка по линиям питания около 0,5 В (помехи, которые наловил осциллограф не в счёт; есть у него такой недостаток).

Считаем: delta I = (24В/4Ом) * 2 = 12 (А)

Выходное сопротивление БП:
Rвых. = delta Uвых. / delta I = 0,5В / 12А = 0,042 (Ом)

Имхо, очень неплохо.

6. Выводы:
— ТЗ выполнено
— надёжность проверена временем (20 лет, полёт нормальный)
— затраты на сборку — только личное время и минимум деталей

Всем удачных запусков усилителей!

PS
Пожалуйста, не надо постить баян в виде картинки «Ничего не понял, но очень интересно».

Блоки питания мощные и не очень для умзч

Импульсный блок питания мощностью 200 Вт для УМЗЧ

Автор: Алексей Малышев
Опубликовано 06.09.2012
Создано при помощи КотоРед.
Участник Конкурса «Поздравь Кота по-человечески 2012!»

Здравствуй уважаемый Кот! С днем рождения тебя и всех благ, так сказать! А в качестве подарка прими такую очень полезную вещь, как источник питания для усилка.

Часть элементов данного устройства находится под опасным для жизни напряжением сети! Некоторые элементы сохраняют опасный электрический заряд после отключения устройства от сети! Поэтому при монтаже, наладке и работе с устройством необходимо соблюдать требования электробезопасности. Повторяя устройство, вы действуете на свой страх и риск. Я, автор, НЕ несу никакой ответственности за любой моральный и материальный ущерб, вред имуществу, здоровью и жизни, причиненный в результате повторения, использования или невозможности использования данной конструкции.

Споры о том, благо ли или зло импульсный источник питания для УМЗЧ (далее ИИП), выходят за рамки данной статьи. Лично я считаю, что правильно спроектированный, спаянный и налаженный ИИП ничуть не хуже (а по некоторым показателям даже лучше), чем классический БП с сетевым трансформатором.

В моем случае применение ИИП было необходимо потому, что я хотел засунуть свой усилок в плоский корпус.

Прежде чем разрабатывать данный ИИП, мной было изучено много готовых схем, имеющихся в сети и в литературе. Так, среди радиолюбителей очень популярны разные варианты схемы нестабилизированного ИИП на микросхеме IR2153. Преимущество этих схем только одно – простота. Что же касается надежности, то она никакая – сама ИМС не имеет функции защиты от перегрузки и мягкого старта для зарядки выходных электролитов, а добавление этих функций лишает ИИП его преимущества – простоты. Кроме того, реализация мягкого старта на данной ИМС крайне сомнительна – ширину импульсов она менять не позволяет, а методы, основанные на изменении частоты работы ИМС малоэффективны в «обычном» полумостовом ИИП и применимы в резонансных преобразователях. Долбать же электролиты и ключи огромными токами при включении блока мне как-то не очень хотелось.

Также рассматривалась возможность использования всем известной ИМС TL494. Однако при более глубоком ее изучении выяснилось, что для надежной работы вокруг этой ИМС придется повесить кучу всяких транзисторов, резисторов, конденсаторов и диодов. А это уже «не наш метод» 🙂

В результате выбор пал на более современную и быструю микросхему под названием UC3825 (русский аналог К1156ЕУ2). Подробное описание данной ИМС можно найти в ее русском даташите [1] и в журнале «Радио» [2].

Для тех, кто поленился прочитать эти источники, скажу, что это быстродействующий ШИМ-контроллер, обладающий следующими возможностями:

  • Управление мощными МОП-транзисторами.
  • Работа в устройствах с обратной связью по напряжению и току.
  • Функционирование на частотах до 1МГц.
  • Задержка прохождения сигнала через схему 50нс.
  • Полумостовые выходы на ток до 1.5А.
  • Широкополосный усилитель ошибки.
  • Наличие ШИМ-защелки.
  • Ограничение тока в каждом периоде.
  • Плавный запуск. Ограничение величины максимальной длительности выходного импульса.
  • Защита от пониженного напряжения питания с гистерезисом.
  • Выключение схемы по внешнему сигналу.
  • Точный источник опорного напряжения (5.1В +/- 1%).
  • Корпус “DIP-16”

Ну прям то что надо! Рассмотрим теперь сам ИИП.

Технические характеристики

Входное напряжение, В. 176…265;

Номинальная суммарная мощность нагрузки, Вт. 217,5;

Уровень сигнала управления, при котором БП включен. Лог. 1 КМОП;

Уровень сигнала, при котором БП выключен. 50В, 1А. В качестве VD3, VD4 подойдут КД522. Диоды VD5 – VD8 – Шоттки на напряжение не менее 80 В и ток не менее 1 А, VD9 – VD12 – быстродействующие (ultrafast) на напряжение не менее 200 В, ток 10…15 А и временем обратного восстановления не более 35 нс (в крайнем случае 75…50 нс). Будет совсем шикарно, если найдете Шоттки на такое напряжение. Диод VD13 – любой Шоттки 40 В, 1А.

В модуле А1 применены SMD-резисторы и конденсаторы типоразмера 0805. На позиции J1 устанавливается перемычка 0805. С5 должен быть обязательно из диэлектрика NPO или аналогичного, С6 – не хуже X7R. С1 – танталовый типа С или D – площадки на плате рассчитаны на любой из них. Транзисторы VT1, VT2 – любые n-p-n в корпусе SOT23. Диоды VD1 – VD4 – любые Шоттки на ток 3А в корпусе SMC. DA1 можно заменить на 7812.

Читайте также  Схема сигнализации с оповещением через мобильный телефон

XP3 – разъем с ATX-материнки.

Трансформатор Т1 типа ТП121-8, ТП131-8 . Подойдет любой с выходным напряжением под нагрузкой 15 В и мощностью 4,5 ВА. Намоточные данные других индуктивных элементов приведены ниже.

Трансформатор управления Т2

Обмотка

№ контакта (Н-К)

Число витков

Провод

Магнитопровод

Ферритовое кольцо Т90 (К22,9х14,0х9,53) зеленого цвета, u=4600

Каждая из обмоток занимает 1 слой и равномерно распределена по кольцу. Сначала мотают обмотку I и покрывают ее слоем изоляции, например, фторопластовой ленты или лакоткани. Изоляция на этой обмотке определяет безопасность ИИП. Далее мотают обмотки II и III. Кольцо вертикально приклеивают к пластмассовой панельке с контактами, которую потом впаивают в плату. Следует отметить, что для нормальной работы этот трансформатор должен иметь минимальную индуктивность рассеяния, поэтому сердечник для него должен быть тороидальный и с максимальной магнитной проницаемостью. Я пробовал мотать этот транс на сердечнике Е20/10/6 из N67 – импульсы на затворах имели выбросы, которые приоткрывали второй транзистор полумоста:

Голубой график – импульсы на затворе VT2, желтый – напряжение на стоке VT2.

С тороидальным трансформатором, намотанным как написано выше, осциллограмма имеет такой вид:

При монтаже трансформатора управления необходимо соблюдать фазировку обмоток! При неправильной фазировке при включении сгорят транзисторы полумоста!

Трансформатор тока Т3

Обмотка

№ контакта (Н-К)

Число витков

Провод

Магнитопровод

2 кольца К12х8х6 из феррита М3000НМ

Обмотку II мотают в 2 провода, после намотки конец одной полуобмотки соединяют с началом другой и контактом 2. Обмотка I представляет собой отрезок провода, пропущенный через кольцо в виде буквы «П». Для повышения электрической и механической прочности изоляции на провод надета фторопластовая трубка.

Силовой импульсный трансформатор Т4

Обмотка

№ контакта (Н-К)

Число витков

Провод

Магнитопровод

EI 33,0/24,0/12,7/9,7 из феррита PC40 TDK

Трансформатор рассчитан в программе ExcellentIT(5000) [7]. Сердечник извлечен из компового БП. Сначала мотается первая половина обмотки I. Поверх нее укладывается слой изоляции (я использую лавсановую пленку от фоторезиста) и экран – незамкнутый виток медной ленты, обернутой скотчем. Экран соединен с выводом 2 трансформатора. Далее кладется несколько слоев пленки или лакоткани и мотается обмотка III жгутом из 10 проводов. Мотать надо виток к витку сжав жгут пальцами так, чтобы все 10 проводов расположились в один ряд – иначе не влезет. Конец одной полуобмотки (5 проводов) соединяется с началом другой и выводом 11 каркаса. Обмотка III покрывается одним слоем лавсановой пленки, поверх которой укладывается обмотка II аналогично III. После этого укладывается еще несколько слоев пленки или лакоткани, незамкнутый виток изолированной медной фольги, соединенный с выводом 2, слой пленки, и мотается вторая половина первичной обмотки.

Такая намотка трансформатора позволяет уменьшить индуктивность рассеяния в четыре раза.

На все выводы первичной обмотки надевают фторопластовые трубки.

Дроссель групповой стабилизации L3

Обмотка

Число витков

Провод

Магнитопровод

Кольцо T106 (К26,9х14,5х11,1) из распыленного железа -26 (желто-белое)

ДГС рассчитан в программе «CalcGRI» [8].

Сначала мотаются обмотки L3.3 и L3.4 одновременно в 2 провода. Они займут 2 слоя. Поверх них аналогично мотаются обмотки L3.1 и L3.2 в один слой. При монтаже ДГС на плату необходимо соблюдать фазировку обмоток!

Все моточные изделия рекомендуется пропитать лаком PLASTIK-71.

Транзисторы VT1, VT2 установлены на алюминиевом ребристом радиаторе размерами 60х15х40 мм и площадью поверхности 124 см2. Диоды VD9 – VD12 установлены на аналогичном радиаторе размерами 83х15х40 мм и площадью 191 см2. С указанной площадью теплоотводов блок питания способен работать длительное время под постоянной нагрузкой не более 100 Вт! Если ИИП предполагается использовать не для усилителя, а для питания нагрузки с постоянной потребляемой мощностью до 200 Вт, площадь радиаторов необходимо увеличить или применить принудительное охлаждение!

Выглядит собранный ИИП так:



Сборка и настройка

Сначала на плату устанавливают все элементы, кроме VD1, VT1, VT2, T4, R7, C8, FU1. Включают ИИП в сеть и проверяют наличие напряжения +5 В на контакте 11 разъема XP3. После этого соединяют 1 и 11 контакты разъема XP3 и подключают двухлучевой осциллограф параллельно резисторам R3 и R4 (землю осцила на нижние концы резисторов, сигнальные щупы – на верхние. С установленными транзисторами и поданным силовым питанием так делать нельзя. ). Осциллограмма должна иметь такой вид:


Если вдруг импульсы оказались у вас синфазными, значит вы накосячили при распайке обмоток трансформатора Т2. Поменяйте местами начало и конец нижней или верхней обмотки. Если этого не сделать, то при включении ИИП с ключами будет большой и красочный салют 🙂

Если у вас нет двухлучевого осциллографа, можно по очереди проверить форму и наличие импульсов однолучевым, но при этом остается полагаться только на собственную внимательность при распайке трансформатора Т4.

Если у вас до сих пор ничего не взорвалось, не нагрелось, импульсы есть и правильно сфазированы, можно впаять все недостающие элементы и произвести первое включение. На всякий случай рекомендую это сделать через лампочку Ильича ватт на 150 (если сможете купить :D). По-хорошему, чтобы ничего не сжечь, ее конечно надо включать в разрыв цепи между плюсом С5 и полумостом. Но так как у нас печатная плата, это сделать затруднительно. При включении в разрыв сетевого провода от нее толку мало, но все-таки как-то спокойнее)). Включаем ИИП на холостом ходу и замеряем выходные напряжения. Они должны быть приблизительно равны номинальным.

Подключаем между выходами «+25 В» и «-25 В» нагрузку 100 Вт. Для этих целей удобно использовать обычный чайник 220 В 2,2 кВт, предварительно наполнив его водой. Один чайник нагружает ИИП примерно на 90 – 100 Вт. Снова замеряем выходные напряжения. Если они значительно отличаются от номинальных, вгоняем их в допустимые пределы подборкой резисторов R4 и R6 в модуле А1.

Если ИИП работает неустойчиво – выходное напряжение колеблется с некоторой частотой, необходимо подобрать элементы компенсации обратной связи C6, R9, R10. Увеличение емкости С10 увеличивает инерционность ИИП и повышает стабильность, однако чрезмерное увеличение его емкости приведет к замедлению ОС и возрастанию пульсаций выходного напряжения. Теперь можно проверить ИИП на максимальной нагрузке. Если ИИП под нагрузкой запускается неустойчиво, либо переходит в «икающий» режим, можно попробовать увеличить емкость конденсатора С3, однако слишком увлекаться этим не рекомендую – это приведет к снижению быстродействия защиты по току и возрастанию ударных перегрузок элементов ИИП при КЗ. Также можно попробовать уменьшить номинал R8. При указанном на схеме значении защита срабатывает при амплитуде тока первичной обмотки Т4 около 5 А. К слову скажу, что максимально допустимый ток стока примененных транзисторов – 8 А.

Если и теперь ничего не взорвалось, все транзисторы и конденсаторы остались на своих местах, блок питания удовлетворяет приведенным в начале статьи характеристикам, а чайник согрелся, подключаем к БП усилок и наслаждаемся музыкой, попивая свежеприготовленный чаек 🙂

PS: Я испытал свой ИИП совместно с усилителем на LM3886. Никакого фона в колонках я не заметил (что не скажешь о комповых колонках с «классическим» трансформатором). Звук очень понравился.

Импульсный источник питания для УМЗЧ на IR2153 (300-500Вт)

Представляю вашему вниманию импульсный источник питания для УМЗЧ на популярной микросхеме IR2153.

Данный блок питания обладает следующими достоинствами:

  • Защита от перегрузок и короткого замыкания как в первичной обмотке импульсного трансформатора, так и во вторичных цепях питания.
  • Схема плавного пуска ИБП.
  • Варистор на входе ИБП защищает от повышение сетевого напряжения выше опасного значения и от подачи на вход 380В.
  • Простая и дешевая схема.

Основные технические характеристики ИБП (характеристики приведены для моего конкретного экземпляра):
Долговременная выходная мощность — 300Вт
Кратковременная выходная мощность — 500Вт
Рабочая частота — 50кГц
Выходное напряжение — 2х35В (можно получить любое необходимое выходное напряжение в зависимости от намотки трансформатора).
КПД — не менее 85% (зависит от трансформатора)

Управляющая часть ИБП является стандартной и взята прямиком из даташита на IR2153.
Схема ИБП включает в себя так же: защиту от перегрузок и КЗ. Защита может быть настроена на любой необходимый ток срабатывания с помощью подстроечного резистора — R10. О срабатывании защиты свидетельствует свечение светодиода HL1. При активной защите, в аварийном состоянии ИБП может находится сколько угодно долго, при этом он потребляет ток такой же как и на холостом ходу без нагрузки. В моей версии защита настроена на срабатывание при потреблении от ИБП мощности 300Вт и более. Это гарантирует то, что ИБП не будет перегружен и не выйдет из строя в результате перегрева. В качестве датчика тока в данной схеме используются резисторы включенные последовательно с первичной обмоткой импульсного трансформатора. Это позволяет отказаться от трудоемкого процесса намотки токового трансформатора. При КЗ или перегрузке, когда падение напряжения на R11 достигает заданной величины, такой величины при котором на базе VT1 напряжение станет больше 0,6 — 0,7В, сработает защита и питание микросхемы будет шунтировано на землю. Что в свою очередь отключает драйвер и весь БП в целом. Как только перегрузка или КЗ устранено, питание драйвера возобновляется и блок питания продолжает работу в штатном режиме.

Схема ИБП предусматривает плавный пуск, для этого в ИБП присутствует специальный узел, который ограничивает пусковой ток. Это необходимо для того, чтобы облегчить работу ключам при запуске ИБП. При подключении ИБП в сеть, пусковой ток ограничивается резистором R6. Через данный резистор течет ВЕСЬ ток. Этим током заряжается основная первичная емкость С10 и вторичные емкости. Все это происходит в считанные доли секунд, и когда зарядка завершена и ток потребления снизился до номинального значения, происходит замыкание контактов реле К1 и контакты реле шунтируют R6, тем самым запуская ИБП на полную мощность. Весь процесс занимает не более 1 секунды. Этого времени достаточно чтобы завершились все переходные процессы.

Драйвер запитывается непосредственно от сети, через диод и гасящий резистор, а не после основного выпрямителя от шины +310В как это делают обычно. Такой способ запитки дает нам сразу несколько преимуществ:

1. Снижает мощность рассеиваемую на гасящем резисторе. Что снижает выделение тепла на плате и повышает общий КПД схемы.
2. В отличает от запитки по шине +310В обеспечивает более низкий уровень пульсаций напряжения питания драйвера.

Читайте также  Снижение рассеивания тепла poe видеокамер при помощи активных мостовых выпрямителей

На входе блока питания, сразу после предохранителя установлен варистор. Он служит для защиты от повышения напряжение в сети выше опасного предела. При аварии сопротивление варистора резко падает и происходит короткое замыкание, в следствии которого перегорает предохранитель F1, тем самым размыкая цепь.

Таким вот образом я тестировал ИБП на полной мощности.

В качестве нагрузки у меня выступают 4 керамических, проволочных резистора мощностью 25Вт, погруженные в емкость с «кристально чистой» водой. После часа прохождения тока через такую воду все примеси всплывают наверх и чистая вода превращается в бурую, ржавую жижу. Вода усиленно испарялась и за час испытаний нагрелась практически до кипения. Вода необходима для отвода тепла от мощных резисторов, если кто не понял.

Трансформатор в моем варианте ИБП, намотан на сердечнике EPCOS ETD29. Первичная обмотка проводом 0,8мм2, 46 витков в два слоя. Все четыре вторичные обмотки намотаны тем же проводом в один слой по 12 витков. Может показаться, что сечение провода не достаточно, но это не так. Для работы этого ИБП на питание УМЗЧ этого достаточно, так как средняя потребляемая мощность значительно ниже максимальной, а кратковременные пики тока ИБП без труда отрабатывает за счет емкостей питания. При долговременной работе на резистор, при выходной мощности 200Вт, температура трансформатора не превысила 45 градусов.

Для увеличения выходного напряжение более 45В необходимо заменить выходные диоды VD5 VD6 на более высоковольтные.

Для увеличение выходной мощности необходимо использовать сердечник с большей габаритной мощностью и обмотками, намотанными проводом большего сечения. Для установки другого трансформатора придется изменить рисунок печатной платы.

Печатная плата в готовом виде выглядит так (выполнено ЛУТом):

Размеры платы 188х88мм. Текстолит я использовал с толстой медью — 50мкм, вместо стандартных 35мкм. Можно использовать медь стандартной толщины. В любом случае не забывайте хорошенько пролудить дорожки.

Немного о блоках питания усилителей (часть I)

Опубликовано: 6 марта, 2017 • Рубрика: Блоки питания

Казалось бы что может быть проще, подключить усилитель к блоку питания, и можно наслаждаться любимой музыкой?

Однако, если вспомнить, что усилитель по сути модулирует по закону входного сигнала напряжение источника питания, то станет ясно, что к вопросам проектирования и монтажа блока питания стоит подходить очень ответственно.

Иначе ошибки и просчёты допущенные при этом могут испортить (в плане звука) любой, даже самый качественный и дорогой усилитель.

Стабилизатор или фильтр?

Удивительно, но чаще всего для питания усилителей мощности используются простые схемы с трансформатором, выпрямителем и сглаживающим конденсатором. Хотя в большинстве электронных устройств сегодня используются стабилизированные блоки питания. Причина этого заключается в том, что дешевле и проще спроектировать усилитель, который бы имел высокий коэффициент подавления пульсаций по цепям питания, чем сделать относительно мощный стабилизатор. Сегодня уровень подавления пульсаций типового усилителя составляет порядка 60дБ для частоты 100Hz , что практически соответствует параметрам стабилизатора напряжения. Использование в усилительных каскадах источников постоянного тока, дифференциальных каскадов, раздельных фильтров в цепях питания каскадов и других схемотехнических приёмов позволяет достичь и ещё больших значений.

Питание выходных каскадов чаще всего делается нестабилизированным. Благодаря наличию в них 100% отрицательной обратной связи, единичному коэффициенту усиления, наличию ОООС, предотвращается проникновение на выход фона и пульсаций питающего напряжения.

Выходной каскад усилителя по сути является регулятором напряжения (питания), пока не войдет в режим клиппирования (ограничения). Тогда пульсации питающего напряжения (частотой 100 Гц) модулируют выходной сигнал, что звучит просто ужасно:

Если для усилителей с однополярным питанием происходит модуляция только верхней полуволны сигнала, то у усилителей с двухполярным питанием модулируются обе полуволны сигнала. Большинству усилителей свойственен этот эффект при больших сигналах (мощностях), но он никак не отражается в технических характеристиках. В хорошо спроектированном усилителе эффекта клиппирования не должно происходить.

Чтобы проверить свой усилитель (точнее блок питания своего усилителя), вы можете провести эксперимент. Подайте на вход усилителя сигнал частотой чуть выше слышимой вами. В моём случае достаточно 15 кГц :(. Повышайте амплитуду входного сигнала, пока усилитель не войдёт в клиппинг. В этом случае вы услышите в динамиках гул (100Гц). По его уровню можно оценить качество блока питания усилителя.

Предупреждение! Обязательно перед этим экспериментом отключите твиттер вышей акустической системы иначе он может выйти из строя.

Стабилизированный источник питания позволяет избежать этого эффекта и приводит к снижению искажений при длительных перегрузках. Однако, с учётом нестабильности напряжения сети, потери мощности на самом стабилизаторе составляют примерно 20%.

Другой способ ослабить эффект клиппирования это питание каскадов через отдельные RC-фильтры, что тоже несколько снижает мощность.

В серийной технике такое редко применяется, так как помимо снижения мощности, увеличивается ещё и стоимость изделия. Кроме того, применение стабилизатора в усилителях класса АВ может приводить к возбуждению усилителя из-за резонанса петель обратной связи усилителя и стабилизатора.

Потери мощности можно существенно сократить, если использовать современные импульсные блоки питания. Тем не менее, здесь всплывают другие проблемы: низкая надёжность (количество элементов в таком блоке питания существенно больше), высокая стоимость (при единичном и мелко-серийном производстве), высокий уровень ВЧ-помех.

Типовая схема блока питания для усилителя с выходной мощностью 50Вт представлена на рисунке:

Выходное напряжение за счёт сглаживающих конденсаторов больше выходного напряжения трансформатора примерно в 1,4 раза.

Пиковая мощность

Несмотря на указанные недостатки, при питании усилителя от нестабилизированного источника можно получить некоторый бонус — кратковременную (пиковую) мощность выше, чем мощность блока питания, за счёт большой ёмкости фильтрующих конденсаторов. Опыт показывает, что требуется минимум 2000мкФ на каждые 10Вт выходной мощности. За счёт этого эффекта можно сэкономить на трансформаторе питания — можно использовать менее мощный и, соответственно, дешёвый трансформатор. Имейте ввиду, что измерения на стационарном сигнале этого эффекта не выявят, он проявляется только при кратковременных пиках, то есть при прослушивании музыки.

Стабилизированный блок питания такого эффекта не даёт.

Параллельный или последовательный стабилизатор ?

Бытует мнение, что параллельные стабилизаторы лучше в аудиоустройствах, так как контур тока замыкается в локальной петле нагрузка-стабилизатор (исключается источник питания), как показано на рисунке:

Тот же эффект дает установка разделительного конденсатора на выходе. Но в этом случае ограничивает нижняя частота усиливаемого сигнала.

Автор использует стабилитроны для питания операционных усилителей. При этом можно организовать индикацию напряжения питания практически без дополнительных затрат (светодиодам не нужны гасящие резисторы):


Защитные резисторы

Каждому радиолюбителю наверняка знаком запах горелого резистора. Это запах горящего лака, эпоксидной смолы и. денег. Между тем, дешёвый резистор может спасти ваш усилитель!

Автор при первом включении усилителя в цепях питания вместо предохранителей устанавливает низкоомные (47-100 Ом) резисторы, которые в несколько раз дешевле предохранителей. Это не раз спасало дорогие элементы усилителя от ошибок в монтаже, неправильно выставленного тока покоя (регулятор поставили на максимум вместо минимума), перепутанной полярности питания и так далее.

На фото показан усилитель, где монтажник перепутал транзисторы TIP3055 с TIP2955.

Транзисторы в итоге не пострадали. Все закончилось хорошо, но не для резисторов, и комнату проветривать пришлось.

Главное — падение напряжения

При проектировании печатных плат блоков питания и не только не надо забывать, что медь не является сверхпроводником. Особенно это важно для «земляных» (общих) проводников. Если они тонкие и образуют замкнутые контуры или длинные цепи, то в из-за протекающего тока на них получается падение напряжения и потенциал в разных точках оказывается разным.

Для минимизации разности потенциалов принято общий провод (землю) разводить в виде звезды — когда к каждому потребителю идёт свой проводник. Не стоит термин «звезда» понимать буквально. На фото показан пример такой правильной разводки общего провода :


В ламповых усилителях сопротивление анодной нагрузки каскадов довольно высокое, порядка 4кОм и выше, а токи не очень велики, поэтому сопротивление проводников не играет существенной роли. В транзисторных усилителях сопротивления каскадов существенно ниже (нагрузка вообще имеет сопротивление 4Ом), а токи гораздо выше, чем в ламповых усилителях. Поэтому влияние проводников тут может быть весьма существенным.

Сопротивление дорожки на печатной плате в шесть раз выше, чем сопротивление отрезка медного провода такой же длинны. Диаметр взят 0,71мм, это типичный провод, который используется при монтаже ламповых усилителей.

0.036 Ом в отличие от 0.0064 Ом! Учитывая, что токи в выходных каскадах транзисторных усилителей могут в тысячу раз превышать ток в ламповом усилителе, получаем, что падение напряжения на проводниках может быть в 6000! раз больше. Возможно, это одна из причин, почему транзисторные усилители звучат хуже ламповых. Это также объясняет, почему собранные на печатных платах ламповые усилители часто звучат хуже прототипа, собранного навесным монтажом.

Не стоит забывать закон Ома! Для снижения сопротивления печатных проводников можно использовать разные приёмы. Например, покрыть дорожку толстым слоем олова или припаять вдоль дорожки лужёную толстую проволоку. Варианты показаны на фото:

Импульсы заряда

Для предотвращения проникновения фона сети в усилитель нужно принять меры от проникновения импульсов заряда фильтрующих конденсаторов в усилитель. Для этого дорожки от выпрямителя должны идти непосредственно на конденсаторы фильтра. По ним циркулируют мощные импульсы зарядного тока, поэтому ничего другого к ним подключать нельзя. цепи питания усилителя должны подключаться к выводам конденсаторов фильтра.

Правильное подключение (монтаж) блока питания для усилителя с однополярным питанием показан на рисунке:

Увеличение по клику

На рисунке показан вариант печатной платы:

Увеличение по клику

Автору до сих пор попадаются усилители, у которых высокий уровень фона вызван неправильной разводкой земли и подключением дорожек от разных «потребителей» к выходам выпрямителя.

Пульсации

Большинство нестабилизированных источников питания имеют после выпрямителя только один сглаживающий конденсатор (или несколько включенных параллельно). Для улучшения качества питания можно использовать простой трюк: разбить одну ёмкость на две, а между ними включить резистор небольшого номинала 0,2-1 Ом. При этом даже две ёмкости меньшего номинала могут оказаться дешевле одной большой.

Это дает более плавные пульсации выходного напряжения с меньшим уровнем гармоник:


При больших токах падение напряжения на резисторе может стать существенным. Для его ограничения до 0,7В параллельно резистору можно включить мощный диод. В этом случае, правда, на пиках сигнала, когда диод будет открываться, пульсации выходного напряжения опять станут «жесткими».

Статья подготовлена по материалам журнала «Практическая электроника каждый день»

Автор: Джек Розман

Вольный перевод: Главного редактора «РадиоГазеты»