Меню

Мощный усилитель и его блок питания

Мощный усилитель и его блок питания

Доброе время суток браться и сёстры по паяльнику и припою.
Сегодня я открываю тему по питанию автомобильных усилителей мощности, от сети переменного тока 220 В, то есть от розетки.
В этой теме будут выкладываться и описываться наработки и способы подключения таких усилителей. Надеюсь, что тема станет полезной и найдёт своих читателей и активных участников.
Итак рассмотрим несколько вариантов питания таких усилителей, вне автомобиля.

1-й — достаточно простой и в то же время эффективный, но довольно громоздкий и требующий обслуживания, -это просто принести аккумулятор 12в*50-70А/ч с гаража и подключить к нему усилитель дома, используя при этом довольно толстый провод.При этом мы ограничены в ёмкости аккумулятора, тем самым ограничивая время работы. Следовательно нам придётся периодически отсоединять аккумулятор и заряжать его в гараже от автомобиля, либо зарядного устройства.

2-й — способ, он вытекает из первого, отличие лишь в том, чтобы параллельно с аккумулятором , подключить сразу зарядное устройство, либо другой блок питания, который будет компенсировать потери в процессе работы. Таким образом мы получаем «буферную ёмкость» , в роли которой выступает наш аккумулятор, при этом ёмкость аккумулятора может быть совсем не большой, достаточно взять аккумулятор на 12в*7-12А/ч , что в ряде случаев значительно удобнее.
Тем более аккумулятор у нас будет практически всегда в заряженном состоянии, по крайней мере «глубокий разряд» ему не грозит.
К тому же такой аккумулятор зачастую герметичный, а следовательно никаких вредных выделений и запахов мы не получим. Безусловно можно применить и обычный автомобильный аккумулятор, но здесь придётся выбирать между комфортом (да и здоровьем в том числе) и простотой.

3-й — способ. Подключить достаточно мощный компьютерный блок питания. Для этого потребуется его включить — замкнув «зелёный» провод с любым из чёрных. Питание подаём с «жёлтого» и «чёрного» , при этом берём во внимание, что ток, который будет проходить по этим проводам, будет несколько десятков ампер, следовательно таких проводов нужно взять несколько штук, хотя бы 5-6 — не меньше.
Но здесь мы можем столкнутся с проблемой «просадки» напряжения под нагрузкой. В первую очередь это касается дешёвых блоков питания, у которых стабилизация выходного напряжения реализована сразу по всем линиям. Таким образом у нас без нагрузки будет 12в, а под нагрузкой может снизится даже до 10 В. Для исправления ситуации, в какой то степени. Нам понадобится намерено нагрузить другие линии, а именно линию +5 В , для этого достаточно подключить к ней нагрузку потребляющую 1-2А, в простейшем случае лампу накаливания. Но этот способ годится как самый примитивный и большой мощности мы всё равно не получим. Гораздо эффективнее дело обстоит с блоками питания, у которых реализована стабилизация напряжения независимо по всем шинам. В таком случае , нам не понадобится ничего «вешать» на линию +5 В и блок питания будет исправно работать , отдавая нам практически всю мощность по этой линии. Вот только такие блоки питания довольно дорогостоящие и подавляющее большинство владельцев автомобильных усилителей, дважды подумает, перед тем как приобрести такой блок питания.

4-й — вариант, он простой до безобразия и в тот же момент достаточно эффективный, нам понадобится блок питания для светодиодов или низковольтных ламп накаливания на 12 В, такие блоки питания продаются достаточно большой мощности и в ряде случаев их можно соединять параллельно, для повышения отдаваемой мощности в нагрузку. В них зачастую предусмотрена стабилизация выходного напряжения и даже есть возможность его подстройки в небольших пределах, что очень нам на руку. Из недостатков , разве что — цена, снова таки цена, продавцы порой необоснованно завышают цены на модели с током от 12 А и более, а для запитки усилителя, нам как раз и нужен блок питания с током минимум 12 А, а желательно 30 А. Но здесь есть выход, хотя и порой сомнительный, — покупка через интернет у китайского производителя. Бывает так, что получите посылку с тем за что заплатили, а бывает и получите сюрприз, причём весьма не радостный. Так что в каком то смысле — это лотерея.

5-й — вариант. На мой взгляд, он самый эффективный из всех выше перечисленных, но требует понимая основ электроники и хоть каких то навыков работы с паяльником и измерительными проборами. А именно:
нам потребуется открыть крышку усилителя и припаять 3 провода к тому месту на плате, где у нас установлены конденсаторы вторичного питания с преобразователя напряжения, далее аккуратно выводим их за пределы корпуса и подключаем , либо обычный трансформатор с двумя вторичными обмотками, диодным мостом и парой ёмких конденсаторов, либо двухполярный импульсный блок питания. В обоих вариантах, следует учитывать номинальное напряжение питания усилителя и требуемую мощность. Таким образом у нас усилитель будет работать не хуже чем в автомобиле, причём лишний раз не напрягая преобразователь напряжения, к тому же нам не потребуется использовать «провода в палец» толщиной.

6-й — вариант. Его я могу назвать разновидностью 2-го, так как здесь используется достаточно мощный трансформаторный блок питания, дополнить который можно узлом стабилизации. Вот только габариты и масса, такого блока питания, будут достаточно внушительными (мягко говоря).

7-й — вариант. Он чем то напоминает предыдущий, а так же 4-й . Просто взять и изготовить самим импульсный блок питания, который бы нам обеспечил выходное напряжение в районе 12-16 В, при токе от 30 А и более. Реализовать его можно как стабилизированным, так и не стабилизированным. Второй вариант значительно проще в реализации, не требует много компонентов и довольно легко повторяем, при этом имея минимум настроек. Как раз его мы сегодня и рассмотрим подробнее.
Представленный в этом видео-уроке блок питания, способен обеспечить питанием достаточно мощный автомобильный усилитель, при этом сам усилитель нам вскрывать не потребуется, а значит задача так же упрощается. Но так как везде есть свои плюсы и минусы, наш блок не лишён и их, а именно основным из них является то, что он не стабилизированный, хотя по сути это не так нам и важно, ведь наш потребитель не особо капризный в этом плане. Следует учесть так же и неоспоримое преимущество перед аналоговым блоком питания в том, что он имеет меньший вес, габариты, а так же значительно меньшие просадки по напряжению, так как амплитудное значение напряжения практически равно действующему значению, а следовательно как под большой нагрузкой так и при не большой (всё в нашем мире относительно) — наш блок питания будет достаточно стабильно удерживать напряжение в достаточно небольшом диапазоне, чего нам будет вполне достаточно.
Итак — желаю приятного просмотра.
Так же я прикреплю архив с схемой и печатной платой для данного блока питания.

Источник



Блоки питания мощные и не очень для УМЗЧ

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

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:

Маломощный блок питания с преобразованием однополярного напряжения в двухполярное

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:

Читайте также:  Сервер блок питания 750w

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:

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

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.

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.

5-260-5.jpg

5-260-6.jpg

5-260-7.jpg

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

Источник

Полный усилитель на микросхемах. Часть 4. Улучшаем блок питания

Общие замечания

Вначале оценим требования к источнику питания (ИП) на основе фундаментальных знаний, а затем воспользуемся программами расчета. Рассмотрим соотношения в выходном каскаде УМЗЧ, работающим в классе АВ в разрезе требований к проектированию ИП.
Максимальное напряжение на выходе усилителя:
Uвых макс=sqrt(2Pн максRн),
амплитуда переменного тока в цепи нагрузки достигает:
Iвых макс=Uвых макс/Rн.
Предельный (идеальный) КПД двухтактного комплементарного повторителя при синусоидальном сигнале
ηмакс=Pн/Pпотр=π/4≈0,78.
Усилитель мощности звуковой частоты по отношению к источнику питания можно рассматривать как преобразователь мощности постоянного тока ИП в мощность переменного тока. Примем КПД такого преобразователя (при Pн макс) η=0,7.
При наличии конденсатора Сп в цепи питания усилителя мощности потребляемый ток будет
Iп≈Pн макс/(2ηUп).
Расчеты по приведенным соотношениям показывают (рис. 1), что потребляемый постоянный ток Iп в шесть раз меньше максимального тока нагрузки Iвых макс. Этот факт еще раз подчеркивает важность разводки цепей питания в усилителе. Рекомендации по монтажу слаботочных и сильноточных цепей были даны в первой части настоящего проекта.

Рис. 1. Скриншот расчета ИП в программе Microsoft Excel. В ячейках с заливкой светло-синего цвета помещены исходные данные, оранжевого цвета – расчетные соотношения

Основные соотношения, необходимые для прикидочного расчета нестабилизированного источника питания, обеспечивающего при токе нагрузки Iн напряжение Uн [1-3], приведены в прилагаемом ниже файле. Расчет ведется для мостовой схемы, в которой в качестве выходного напряжения Uн берется суммарное напряжение 2Uп, а накопительный конденсатор Сп представляет собой два последовательно включенных конденсатора удвоенной расчетной емкости (рис. 2).

Рис. 2. Мостовой ИП для двух симметричных относительно общего провода выходных напряжений
Файл с пояснениями по расчетным соотношениям можно взять здесь:

Результаты расчетов по приведенным формулам даны на втором листе файла xls, а печать с экрана фрагмента листа показана на рис. 3.

Рис. 3. Таблица результатов расчета ИП

Требуемая мощность трансформатора и параметры диодов получены для максимальной выходной мощности УМЗЧ. Необходим силовой трансформатор мощностью 70…80 Вт и диоды с прямым током 2 А, импульсным током 50 А, обратным напряжением 200 В.

Танцуем от питания

Золотое правило конструкторов аудиоаппаратуры гласит: «Усилитель звучит так, как ему позволяет работать источник питания». И это правда.
Основные параметры:
Входное напряжение:

2х(15…20) В
Максимальный ток нагрузки: до 4 А
Рабочий ток источника питания ±15 В: 50 мА
Размеры печатной платы: 54х150 мм

Ниже обсудим возникшие вопросы, попутно отметив, что полезную информацию по изготовлению блока питания можно почерпнуть из [6].

Выбор емкости накопительного конденсатора и ее влияние на передачу низких частот

Значение емкости накопительных конденсаторов блока питания зависит как от выходной мощности, так и от сопротивления нагрузки усилителя. Например, при мощности УМЗЧ 10 Вт необходима емкость конденсаторов фильтра 1000 мкФ. При двухполярном питании суммарная емкость последовательно включенных конденсаторов получается 500 мкФ. Для Rн=4 Ом нижняя граница полосы пропускания составит 80 Гц, что совсем недостаточно.

Таким образом, емкость конденсатора, шунтирующего цепи питания, следует выбирать так, чтобы обеспечить малое полное сопротивление на самой низкой частоте сигнала. Выберем емкость накопительного конденсатора исходя из размаха пульсаций на нем не более Uпульс≤1 В. Получим Сп≥Iа вых макс/(2πfнUпульс), где Iа вых макс – максимальная амплитуда тока в цепи нагрузки.

Параллельное включение накопительных конденсаторов

Возникает вопрос, что лучше: один накопительный конденсатор в блоке питания или несколько параллельно включенных малогабаритных? Лучше один качественный конденсатор требуемой емкости; при этом на первое место встает проблема его цены и габаритов. Поэтому на практике мы встречаем случаи параллельно включенных конденсаторов.

Моя (с позволения сказать) методика определения допустимого числа параллельно включенных электролитических конденсаторов в блоке питания заключается в следующем:

1) Возьмем за образец параметры блока питания с единственным качественным конденсатором требуемой емкости, для примера С=22000 мкФ (ESR=0,025 Ом, Iмакс=6 А).

2) Выбираем из стандартного ряда емкость одного конденсатора блока питания С1=С/n, где n=2, 3 или 4. В нашем случае претендентами будут конденсаторы емкостью 10000 мкФ, 6800 мкФ и 4700 мкФ. Возьмем конденсаторы 4700 мкФх35 В (измеренный ESR чуть меньше 0,01 Ом, Iмакс=2,4 А).

3) Рассчитываем предельный ESR и максимальный ток при параллельном соединении конденсаторов. В нашем примере ESR=0,1/4=0,025 Ом, Iмакс≥I1·n=2,4·4=9,6 А, даже больше, чем допустимый ток единственного конденсатора.

4) Собираем блок питания и замеряем ESR получившегося конденсатора. Измерения показали ESR=0,028 Ом.

5) Вычисляем отклонение ESR реального блока питания от предельного ESR:
100(0,028-0,025)/0,025=12%.

6) Если отклонение составляет величину 5…20%, блок питания имеет право на жизнь, в противном случае повторяем п. 2-5 методики с другими конденсаторами.

Суть методики основана на том, что в реальном блоке питания сказываются его конструктивные параметры – сопротивление и индуктивность проводников и (или) дорожек печатной платы, и нужно спроектировать БП так, чтобы их вклад оставался незначительным – пятая — двадцатая часть от предельного ESR.

Таким образом, с увеличением числа параллельно включенных конденсаторов не происходит пропорционального улучшения качества блока питания. Блок питания с четырьмя конденсаторами в каждом плече вполне может использоваться в УМЗЧ, при этом затраты на конденсаторы почти в 2,5 раза ниже, чем в блоке питания с единственным конденсатором.

Важным свойством источника питания является реактивная мощность. Здесь выбор падает на довольно крупногабаритные конденсаторы с большой толщиной диэлектрика. Влияет на импульсные свойства и рабочее напряжение конденсатора. Поэтому следующий вопрос, как говорится, вдогонку.

Выбор номинального напряжения конденсатора

Минимальным запасом по напряжению следует считать 20 % (пятую часть), а желаемым – 50…100% от напряжения питания устройства.
Выбор рабочего напряжения конденсаторов удобно осуществить с помощью таблицы.

Применение «аудиофильских» конденсаторов Black Gate

Электролитические конденсаторы в усилителях звуковой частоты могут быть японских фирм Elna, Nichicon, Nippon, Rubycon, далее следуют европейские Epcos, Vishay, корейские Samwha и наконец, тайваньские CapXon, Hitano, Jamicon, OST. Подойдут «электролиты» других известных компаний, например Panasonic, Samsung, или Sanyo. Бескомпромиссные радиолюбители ищут электролитические конденсаторы Rubycon, Mallory Dubillier, Black Gate, считая, что они позволят кардинально улучшить звучание усилителя.

Электролитические конденсаторы Black Gate являются разработкой японской фирмы Jelmax, имеют прекрасные импульсные свойства, низкие шумы и искажения, высокую надежность, долговечность и цену. В настоящее время они производятся компанией Rubicon.

Применение конденсаторов Black Gate в звуковой аппаратуре высокого класса способно изменить качество звучания в лучшую сторону. Однако сегодня Black Gate сложно достать непосредственно от производителя, а у перекупщиков они чересчур дорогие.
Затраты на один конденсатор Black Gate 4700 мкФх35 В для блока питания в 2 раза превышают стоимость всех остальных комплектующих нашего проекта!

Однако пропорционального улучшения качества работы усилителя не произойдет. В лучшем случае использование конденсаторов Black Gate уменьшит выходное сопротивление источника питания на 5…10% по сравнению с обычными конденсаторами.

Если уж где и ставить Black Gate, так это непосредственно на плате усилителя мощности (220 мкФ х 35 В). Однако и здесь предусмотрены меры, снижающие выходное сопротивление источника питания на высоких частотах – шунтирование оксидных конденсаторов качественными пленочными конденсаторами (0,1 мкФ).
Поэтому применять или не применять конденсаторы Black Gate – выбор за Вами!

Качество звучания УЗЧ в зависимости от его стоимости

Рассмотрим зависимость некоторого свойства объекта (в нашем случае, верности звуковоспроизведения) от затрат (стоимости), рис. 7. Подобная зависимость характерна для большинства сложных систем (а УЗЧ, несомненно, является сложной системой), это закон природы.

Рис. 7. Зависимость верности воспроизведения от стоимости УЗЧ; Z2>>Z1,читается «много больше»

На графике имеется участок АВ линейного роста, возрастания ВС и насыщения CD. Сравнительно небольшими усилиями (денежными затратами) достигаются 75 – 85% свойства объекта (верности воспроизведения), а затем значительное увеличение стоимости УЗЧ приводит лишь к небольшому росту качества звучания. Очевидно, участок CD выбирать не имеет смысла (можно лишь в случае, если куры денег не клюют, то есть, их очень много).

Участок АВ на графике, показанном на рис. 5, характерен тем, что каждая сотня рублей, потраченная на приобретение (конструирование) УЗЧ, оборачивается заметным повышением качества звучания. Со всех точек зрения наиболее оптимальным является участок ВС, соответствующий переходу от участка линейного возрастания к участку насыщения. Здесь точка В является нижней ценовой планкой стоимости УЗЧ, а точка С – верхней. В настоящее время приблизительная цена УЗЧ на участке ВС составляет от 20 тысяч рублей (УЗЧ начального уровня) до 50 тысяч рублей (УЗЧ среднего уровня). Средняя стоимость УЗЧ на участке CD составляет 150 тысяч рублей и может доходить в точке D до 1 млн. руб.

Читайте также:  Шнур для универсального блока питания

Здесь не будем обсуждать настоящую цену УЗЧ, следует понимать, что в реальности в ней могут доминировать составляющие спроса, бренда, маркетинга и т. п., не имеющие отношения к качеству звучания УМЗЧ.
При выборе оптимальной конфигурации звуковоспроизводящего комплекса всегда следует помнить, что она должна быть сбалансированной.

Обжимные наконечники и клеммники в УМЗЧ

В профессиональной и любительской аппаратуре в последнее время часто используют обжимные наконечники и клеммники (рис. 8). Чем они хороши? Ничем! (Шутка!). А если серьезно, обжимные наконечники и клеммники упрощают монтаж функциональных блоков аппаратуры, улучшают ее ремонтопригодность.

Рис. 8. Блок питания высококачественного УМЗЧ соединяется с помощью обжимных наконечников
(100W RMS/Channel Stereo Amplifier, //www.siliconchip.com.au/)
Я долгое время скептически относился к этим соединителям, пока не провел свое исследование. Оказалось, что сопротивление контакта менее 0,01 Ом, оно стабильно во времени (временной промежуток один год). К тому же в настоящее время выпускаются химические препараты, позволяющие эффективно следить за состоянием контактов соединителей.

Монтаж и детали улучшенной схемы блока питания

Печатная плата блока питания рассчитана на установку четырех оксидных конденсаторов 4700 мкФ на рабочее напряжение 35 В в каждом плече (рис. 9). Можно установить сначала по одному конденсатору, а затем добавить недостающие, и тем самым окончательно прояснить для себя вопрос об их влиянии на звучание усилителя.

Вначале на печатной плате устанавливают малогабаритные детали: пленочные конденсаторы, диоды, электролитические конденсаторы двухполярного источника питания. Затем монтируют клеммники и электролитические конденсаторы сглаживающего фильтра. После пайки последние желательно дополнительно укрепить на печатной плате с помощью термоклея.
Необходим электрический клеевой пистолет (рис. 10), предназначенный для склеивания между собой изделий из пластмассы, металла, керамики и других материалов. Он используется для крепления крупногабаритных деталей (оксидных конденсаторов, трансформаторов, дросселей и т. п.) на печатных платах, фиксации разъемов и многих других целей.

Расходным материалом для склеивания служит силиконовый термоклей, который выпускается в виде цилиндрических стержней диаметром 11 мм различного цвета. Стержень устанавливается в пистолет через отверстие в задней части пластмассового корпуса. После включения в сеть и прогрева инструмент готов к работе. Узкое жало пистолета позволяет действовать в труднодоступных местах, а курок – дозатор обеспечивает контролируемую подачу клея через нагревательный элемент. После выдавливания расплавленной силиконовой массы на склеиваемую поверхность следует прижать детали до момента схватывания термоклея.

Рис. 10. Пистолет для клея прост в использовании, надежен и долговечен

Детали блока питания:DA1 – Стабилизатор 7815 (15V;1,0A), ТО-220 – 1 шт.,
DA2 – Стабилизатор 7915 (-15V;1A), ТО-220 – 1 шт.,
Радиатор U-образный FK301, алюминий, 13,3×19,1×12,7мм, для корпусов типа TO-220 – 2 шт.,
VD1…VD4 — Диод Шоттки 80SQ045-IR (45V/8A) – 4 шт.,
R1 — Рез.-0,25-470 Ом (желтый, фиолетовый, коричневый, золотистый) – 1 шт.,
С1 — Конд.0,1/1000V К78-2 – 1 шт.,
С2, С15…С18 — Конд.0,1µ/63V J К73-17 – 5 шт.,
С3…С6 — Конд.0,01/630V К73-17 – 4 шт.,
С7…С14 — Конд.4700/35V 1840 +105°С – 8 шт.,
С19, С20 — Конд.100/25V 0809 105°C – 2 шт.,
Клеммник 3К шаг 5 мм ТВ-03ВС на плату – 3 шт.,
FU1 – Держатель предохранителя на приборный блок 5х20 мм, FH-02, — 1 шт.,
Пред. 1А (d=5;L=20) стекл. – 1 шт.,
XP1 — Шт. «Сеть» CS-001 приб./защёлка – 1 шт.,
Конт.заж. типа «O», TRI-1,25-2,5-M5, изолированный – 2 шт.,
XT1 — Клеммник приборный – 1 шт.,
SA1 — Выключатель питания 250В, 6А – 1 шт.

Налаживание

После проверки правильности монтажа на плате ее подключают к силовому трансформатору Т1, а выходы блока питания нагружают четырьмя резисторами: выходы ±25 В двумя резисторами 300 Ом, 5 Вт, а выходы ±15 В – двумя резисторами 510 Ом, 1 Вт.

Включателем SA1 подают напряжение на первичную обмотку трансформатора Т1, измеряют переменные напряжения на вторичных обмотках и постоянные напряжения на выходах блока питания; они должны соответствовать указанным на принципиальной схеме. Если все в порядке, блок питания готов к работе в составе УМЗЧ.

Что дала установка модернизированного блока питания в усилителе?

Улучшения в звуке таковы, что в дальнейших экспериментах я уже не возвращался к первоначальному блоку питания.
Сравнительно большая емкость конденсаторов, шунтирующих цепи питания, обеспечивает хорошую передачу низких частот.
С блоком питания из комплекта усилителя Питера Смита (Сп=4700 мкФ) нижняя граница полосы пропускания при нагрузке Rн=4 Ом составляет 16 Гц, а с предлагаемым блоком (Сп=18800 мкФ) – 4 Гц.

Альтернативой конденсаторам большой емкости по цепям питания является установка мощного стабилизатора напряжения с малым выходным сопротивлением, но это будет конструкция другого уровня сложности.

Источник

Схема блока питания для нагрузки 100 Вт

Схема блока питания-01

В этой статье описываются схема блока питания для усилителей мощности звука, обладающего экологическими и экономическими качества одновременно, которые идеально подходят для любителей качественного звука.

Экологическая схема блока питания для усилителей мощности

Данный проект представляет собой ​​улучшенную схему блока питания для усилителей мощности звука (см. Фото 1), который ведет себя как резистивная нагрузка по отношению к сетевому напряжению. Таким образом, ток, потребляемый из сети, имеет ту же форму, что и напряжение, подаваемое в сеть, и ту же фазу, так что коэффициент мощности очень близок к 1. Следовательно, действующее значение потребляемого тока является более низким и при этом обеспечивает несколько преимуществ звука.

В этой конструкции я старался ограничить трудности в сборке данного устройства. Представленная здесь схема блока питания, обеспечивает хорошее регулирование силовой шины и незначительную пульсацию с низким уровнем гармоник. Вы также получаете более низкие электромагнитные наводки 50 Гц. Сравнение классического и нового подходов в конструировании БП показано в таблице 1.

Схема блока питания рассчитана на усилители мощности 100 Вт RMS/4 или 8 Ом. Из этого следует, что выходная мощность одновременно ограничивается регулированием выходного напряжения и выходного тока. Поскольку среднеквадратичный ток низкий и почти синусоидальный, то и трансформатор с повышенной мощностью не требуется.

Во-вторых, электромагнитное излучение от источника питания и трансформатора, которое часто вызывает помехи в усилителе мощности, имеют незначительное значение, тоже самое и гармоники меньше. В-третьих, вам не придется покупать дорогой экранированный сетевой кабель.

Так как выход регулируется, выходное сопротивление постоянного тока низкое. Это важно, если вы хотите получить расширенную полную мощность от усилителя мощности. Классическим решением было бы переоценить все компоненты блока питания. Переходный отклик также быстрее и имеет меньшую пульсацию. Поскольку форм-фактор текущей ИК-зарядки сглаживающих конденсаторов близок к 1, эти конденсаторы могут быть в четыре раза меньше.

Теперь предположим, что вы строите усилитель мощности. Классическое решение для блока питания — использование трансформатора, мостового выпрямителя и сглаживающих конденсаторов.

Допустим, это усилитель мощности 100 Вт RMS/8 Ом. Чтобы правильно оценить свой блок питания, необходимо учитывать:

  • Ток покоя усилителя мощности
  • Падение напряжения на силовых транзисторах.
  • КПД усилителей мощности класса AB на полной мощности

  • Сопротивление блока питания постоянному току.
  • Коэффициент мощности блока питания
  • КПД трансформатора
  • Вам может понадобиться трансформатор не менее 300 ВА (600 ВА для стерео). Вот почему домашние мастера часто используют трансформаторы «чрезмерных размеров», и они правы. Вы наверное тоже захотите, чтобы сопротивление постоянному току было как можно более низким, чтобы получить полную мощность от вашего усилителя.

    Вам нужно, чтобы пульсации шин питания были как можно меньше, поскольку ограниченный коэффициент отклонения цепи питания вашего усилителя может привести к гудению усилителя мощности. «Классическое» решение — использовать большие конденсаторы блока питания.

    С этим новым блоком питания вам не придется быть недовольным трансформатором, если у него отличный коэффициент мощности, правильные характеристики и есть возможность регулировки мощности — 150 ВА достаточно. Вам также не придется грешить на сглаживающие конденсаторы из-за тока, питающего эти конденсаторы.

    Наконец, ваши впечатления от прослушивания усилителя на низких и высоких уровнях улучшаться. (Обратите внимание, что выходная пульсация также важна, когда усилитель мощности насыщается. Более плавная пульсация даст меньше неприятные искажения.) Восприятие прослушивания среднего уровня, вероятно, не сильно изменится, за исключением, возможно, удовлетворения от использования более экологичного усилителя мощности.

    Общепризнанно, что энергопотребление является экологической проблемой, но следует помнить, что при этом следует избегать использования реактивных и искаженных токов. К счастью, эти проблемы могут быть полностью совместимы с пожеланиями любителей хорошего звука. Вот почему я предлагаю эту схему блока питания своими руками.

    Таблица-1

    Таблица 1: Здесь мы сравниваем «классические» топологии блоков питания с новым подходом.

    Рисунок 1: Топология этого источника питания называется методом Imax.

    Схема блока питания-2

    Рисунок 2: Это функциональная схема фильтра, выпрямителя и цепи питания блока питания.

    Топология устройства питания

    Такая схема блока питания не является революционной. Данная конструкция существует уже много лет, но, к сожалению, в усилителях мощности она не используется. И хотя этот проект мог бы работать даже без трансформатора, я все же интегрировал трансформатор в это устройство по одной важной причине: без трансформаторного блока питания может быть опасно работать, поэтому я предпочитаю, чтобы он был безопасным в зонах высокого напряжения.

    Тот факт, что это может быть небольшой трансформатор в сочетании с относительно небольшими сглаживающими конденсаторами, компенсирует стоимость печатной платы, так что это остается экономически выгодным решением. Топология не самая популярная, она сочетает в себе импульсный источник питания, которому предшествует корректор коэффициента мощности (PFC).

    Используемый здесь метод называется «методом Imax» (см. Рисунок 1). Основное отличие состоит в том, что здесь задействована только одна структура. Вы можете найти одну или несколько микросхем, предназначенных для этой топологии, но я не использую их по двум причинам.

    Читайте также:  Как паяется блок питания

    Во-первых, я стараюсь не применять специализированные микросхемы для своих проектов, чтобы компоненты можно было легко найти. Во-вторых, эти специализированные микросхемы переключаются на напряжении постоянной частоты, что не подходит для конструкции с переменным выходным напряжением из-за естественного переключения между двумя режимами. В результате этого ток больше не является синусоидальным.

    Наконец, игнорирование специализированных компонентов обеспечивает большую гибкость и возможности для дальнейшего развития, и вы можете узнать больше, изучив подробнее этот проект. Итак, по сути, в основе блока питания лежит повышенно-понижающая структура. Он всегда работает в режиме полного размагничивания, так что IMAX (пиковый ток в катушке) пропорционален Ton и напряжению на шине питания коммутационной структуры, которая является фильтром трансформатора и выпрямленным выходом.

    Таким образом, ток, потребляемый трансформатором, имеет форму напряжения сети, а его амплитуда пропорциональна Ton. На рисунке 2 показана функциональная схема фильтра, выпрямителя и цепи питания блока питания. Ton управляется через обратную связь для регулирования выходного напряжения независимо от выходного тока IC.

    Ограничение Ton обеспечивает ограничение тока, которое вызывает ограничение мощности (путем насыщения обратной связи), когда выходное напряжение Vout превышает 33 В. При коротком замыкании источника питания катушка становится шумной из-за низкой частоты переключения, но ток никогда не превышает 6 А и даже ниже, когда Vout закорочен до абсолютного 0 В.

    Я не буду здесь вдаваться в подробности схемы. Здесь мы сосредоточимся на практическом применении. В таблице 2 показаны формы сигналов источника питания.

    Таблица-2

    Таблица 2: Схема блока питания включают в себя формы сигналов: a) треугольную форму и МОП-транзистор (без JP1); б) треугольную форму и МОП-транзистор (Ich = 2 А); в) напряжение и ток сети (Iч = 2 А); и d) напряжения питания.

    Схема блока питания-3

    Рисунок 3: Здесь показаны фильтр, выпрямитель и схема питания.

    Схема блока питания и элементы

    Схема включают в себя следующие элементы: LC-фильтр, выпрямитель и зарядовый насос; понижающе-повышающий преобразователь; генератор треугольных сигналов; нелинейная обратная связь; линейная обратная связь; силовой МОП-транзистор. LC-фильтр сглаживает ток, потребляемый переключающим преобразователем, а затем выдает среднее значение этого тока в течение периода переключения перед фильтром (см. Рисунок 3).

    Для выпрямителя средний ток за период переключения является выпрямленным синусом после этого выпрямителя (всегда положительным) и синусоидальным перед ним. Диоды представляют собой диоды Шоттки, которые установлены на алюминиевом уголке в качестве теплоотвода. Зарядовый насос подает вспомогательное напряжение для цепи регулирования.

    На рисунке 4 показана структура повышающего напряжения, она работает как повышающая, потому что выходное заземление — это не не общая масса конструкции, а ее питающая шина. Катушку я изготавливал самостоятельно, ничего сложного в этом нет. Вам понадобится 4 метра кабеля из более чем 600 жил.

    Многожильный провод обеспечивает низкий скин-эффект. Это очень важно для этих устройств из-за сильных и быстро меняющихся колебаний тока в катушке в результате режима полного размагничивания. Выбирайте конденсаторы с низким ESR (C22, C23), чтобы повысить эффективность и увеличить срок службы. Они не должны быть ниже по стоимости из соображений стабильности, но могут быть больше.

    Схема блока питания-4

    Рисунок 4: Это диаграмма понижающего напряжения.

    Схема блока питания-5

    Рисунок 5: Генератор треугольного сигнала с частотным регулированием управляется входом обратной связи.

    Частота генератора треугольного сигнала регулируется входом обратной связи. Выходной сигнал этого генератора сравнивается с напряжением обратной связи для управления полевым МОП-транзистором (см. Рисунок 5). Поскольку обратная связь управляет частотой этого сигнала генератора и переключением Ton/Tsw одновременно, при изменении частоты Ton_max не изменяется.

    Для нелинейной обратной связи, показанной на рисунке 6, Ton_max может быть уменьшено этой схемой путем отключения при превышении выходного предела. Цепь безопасности является дополнительной мерой в случае всплеска мощности. В этом случае загорится светодиод.

    На рисунке 7 показана линейная обратная связь, которая позволяет частоте переключения быть пропорциональной выходному напряжению, так что структура переключения всегда работает в режиме полного размагничивания. Это полезно для создания кратковременного ограничения среднего выходного тока, в то время как сглаживающие конденсаторы допускают импульсы выходного тока, намного превышающие это ограничение.

    На рисунке 8 показан драйвер силового полевого МОП-транзистора. Первый вход — это узел регулирования выхода. Затем у вас есть низкочастотный фильтр первого порядка (он должен быть медленнее, чем половина периода сети), компаратор и ограничитель ширины импульса, от которого зависит ограничение тока (он немного шире, чем Ton_max). Переключающий MOSFET управляется 11 параллельными затворами. Хотя это не научный подход и он не требует специального специализированного драйвера, он недорогой, эффективный, простой, а детали можно легко найти.

    адаптация уровней обратной связи

    Рисунок 6: Эта схема показывает адаптацию уровней обратной связи и ограничения безопасного напряжения.

    Схема блока питания-7

    Рис. 7: Линейная обратная связь позволяет частоте переключения быть пропорциональной выходному напряжению.

    драйвер силового полевого МОП-транзистора

    Рисунок 8: Это драйвер силового полевого МОП-транзистора.

    Возможности самостоятельной сборки

    Я старался ограничить размер печатной платы, поэтому я использовал стандартную плату 160×100 мм, которую вы можете самостоятельно изготовить. Коммутационные полупроводники устанавливаются на радиатор рассеивания мощности в виде углового кронштейна. Этот теплоотвод должен иметь толщину не менее 2 мм. Обратите внимание, что эффективность этого блока питания повышается, когда эти компоненты нагреваются.

    Предупреждение! Эта схема имеет несколько ограничивающих и защитных функций. Тем не менее, вы не должны собирать устройство без базовых знаний и опыта в области электроники. Особое внимание следует уделять полярности компонентов, особенно диодов и конденсаторов. Повышение напряжения питания может быть очень опасным, если вы не будете осторожны.

    Выходы двух блоков питания

    Рисунок 9: Выходы двух блоков питания соединены последовательно, чтобы получить симметричный биполярный источник питания. Обратите внимание, что катушки находятся вдали от усилителей мощности.

    Схема блока питания — для первого включения

    Этот блок питания является обычным биполярным источником напряжения для вашего усилителя мощности. Только понадобится трансформатор 2×30v 300 ВА. Между двумя вторичными обмотками трансформатора не должно быть общей точки. Необходимо, что бы трансформатор имел две независимые вторичные обмотки (см. Рисунок 9). Выходы двух источников питания соединены последовательно, чтобы получить симметричный биполярный блок питания.

    Вы можете подключить или отключить JP2, чтобы адаптировать выходное напряжение к нагрузке усилителя мощности — 4 Ом или 8 Ом. Для нагрузки 4 Ом также может потребоваться больший ток. Тем не менее, источник питания имеет ограничение мощности, так что выходное напряжение и ограничение тока адаптируются к нагрузке, когда требуется высокая мощность. Поэтому, радиаторы усилителя мощности не обязательно устанавливать слишком больших размеров, в основном они имеют классические габариты, учитывающую возможную нагрузку 4 Ом.

    Отключите JP1 при первом включении и проверьте выходы ±15 В. Они не должны быть ниже ±12 В. Затем убедитесь, что вы получили треугольную волну в контрольной точке J9. Эта треугольная волна должна колебаться в пределах от 0 В до 5 В. Ее частота может составлять всего 1 кГц, но увеличится до 33 кГц после подключения JP1.

    Перед подключением JP1 убедитесь, что в контрольной точке J3 есть импульсы 15 В, которые могут достигать 15 мкс. Это связано с тем, что JP1 все еще не подключен, и регулировка для увеличения выходного напряжения позволяет импульсам находится в широком диапазоне.

    Если все в порядке, подключите JP1, а затем снова включите цепь. Вы услышите свистящий звук. Это звук катушки. Чем ниже выходное напряжение, тем ниже частота переключения. Поскольку катушка издает больше звука на более низких частотах, вы сможете услышать и увидеть, что выходное напряжение увеличивается.

    Светодиод, подключенный к цепи безопасности, не должен гореть. Но если это так, убедитесь, что небольшой выходной ток нагрузки (менее 100 мА) снова погасит его. Если это не так, еще раз проверьте правильность треугольной волны на J9. Если все в порядке, ваш блок питания готов к работе.

    Таблица-3

    Таблица 3: Вот сравнительные измерения, полученные мной от моего нового блока питания.

    Сравнительные измерения

    Я провел несколько измерений, чтобы помочь радиолюбителям, которые намерены собрать это устройство, протестировать собственные блоки питания и лучше понять, как они работают. На них показаны все основные формы сигналов схем, описанных в таблице 1. В таблице 3 показаны эти измерения с одним и тем же трансформатором, используемым в каждом случае, с одинаковыми сглаживающими конденсаторами (4×4700 мкФ) и почти одинаковым выходным напряжением (около 42V).

    Эти измерения ясно показывают, насколько ниже среднеквадратичный ток сети и гармоники в представленном здесь новом блоке питания. Они также показывают, насколько меньше пульсация на выходе источника и наличие гармоник.

    Такой подход к изготовлению данного БП будет меньше воздействовать на ваш слух, меньше раздражающего гула 100/120 Гц и меньше гармонических помех в сети. Такой блок питания требует меньших вложений для уменьшения сетевых помех, чем массивные и дорогие экранированные кабели. Низкое сопротивление в цепи постоянного тока, также поможет получить максимальную отдачу от вашего усилителя мощности, каким бы он ни был.

    Результаты

    Измерения подтверждают преимущества этого блока питания по сравнению с классическим вариантом. Его надежность была проверена с использованием четырех различных единиц оборудования — трех усилителей мощности собственного изготовления и лабораторного блока питания с линейной пострегулировкой.

    Хотя я не претендую на создание лучшего оборудования для поглощения синусоидальной волны, чем производители, я считаю, что этот вид источников питания является настоящим прогрессом в применении к усилителям мощности. Я надеюсь, читателям понравится создавать и использовать этот проект.

    Файлы Gerber для печатной платы и список компонентов для этого проекта, можно скачать здесь: Thiernesse-AX

    Источник