Изготовление хорошего источника питания для усилителя мощности (УНЧ) или другого электронного устройства - это очень ответственная задача. От того, каким будет источник питания зависит качество и стабильность работы всего устройства.
В этой публикации расскажу о изготовлении не сложного трансформаторного блока питания для моего самодельного усилителя мощности низкой частоты "Phoenix P-400".
Такой, не сложный блок питания можно использовать для питания различных схем усилителей мощности низкой частоты.
Предисловие
Для будущего блока питания (БП) к усилителю у меня уже был в наличии тороидальный сердечник с намотанной первичной обмоткой на ~220В, поэтому задача выбора "импульсный БП или на основе сетевого трансформатора" не стояла.
У импульсных источников питания небольшие габариты и вес, большая мощность на выходе и высокий КПД. Источник питания на основе сетевого трансформатора - имеет большой вес, прост в изготовлении и наладке, а также не приходится иметь дело с опасными напряжениями при наладке схемы, что особенно важно для таких начинающих как я.
Тороидальный трансформатор
Тороидальные трансформаторы, в сравнении с трансформаторами на броневых сердечниках из Ш-образных пластин, имеют несколько преимуществ:
- меньший объем и вес;
- более высокий КПД;
- лучшее охлаждение для обмоток.
Первичная обмотка уже содержала примерно 800 витков проводом ПЭЛШО 0,8мм, она была залита парафином и заизолирована слоем тонкой ленты из фторопласта.
Измерив приблизительные размеры железа трансформатора можно выполнить расчет его габаритной мощности, таким образом можно прикинуть подходит ли сердечник для получения нужной мощности или нет.
Рис. 1. Размеры железного сердечника для тороидального трансформатора.
- Габаритная мощность (Вт) = Площадь окна (см 2) * Площадь сечения (см 2)
- Площадь окна = 3,14 * (d/2) 2
- Площадь сечения = h * ((D-d)/2)
Для примера, выполним расчет трансформатора с размерами железа: D=14см, d=5см, h=5см.
- Площадь окна = 3,14 * (5см/2) * (5см/2) = 19,625 см 2
- Площадь сечения = 5см * ((14см-5см)/2) = 22,5 см 2
- Габаритная мощность = 19,625 * 22,5 = 441 Вт.
Габаритная мощность используемого мною трансформатора оказалась явно меньшей чем я ожидал - где-то 250 Ватт.
Подбор напряжений для вторичных обмоток
Зная необходимое напряжение на выходе выпрямителя после электролитических конденсаторов, можно приблизительно рассчитать необходимое напряжение на выходе вторичной обмотки трансформатора.
Числовое значение постоянного напряжения после диодного моста и сглаживающих конденсаторов возрастет примерно в 1,3..1,4 раза, по сравнению с переменным напряжением, подаваемым на вход такого выпрямителя.
В моем случае, для питания УМЗЧ нужно двуполярное постоянное напряжение - по 35 Вольт на каждом плече. Соответственно, на каждой вторичной обмотке должно присутствовать переменное напряжение: 35 Вольт / 1,4 = ~25 Вольт.
По такому же принципу я выполнил приблизительный расчет значений напряжения для других вторичных обмоток трансформатора.
Расчет количества витков и намотка
Для питания остальных электронных блоков усилителя было решено намотать несколько отдельных вторичных обмоток. Для намотки катушек медным эмалированным проводом был изготовлен деревянный челнок. Также его можно изготовить из стеклотекстолита или пластмассы.
Рис. 2. Челнок для намотки тороидального трансформатора.
Намотка выполнялась медным эмалированным проводом, который был в наличии:
- для 4х обмоток питания УМЗЧ - провод диаметром 1,5 мм;
- для остальных обмоток - 0,6 мм.
Число витков для вторичных обмоток я подбирал экспериментальным способом, поскольку мне не было известно точное количество витков первичной обмотки.
Суть метода:
- Выполняем намотку 20 витков любого провода;
- Подключаем к сети ~220В первичную обмотку трансформатора и измеряем напряжение на намотанных 20-ти витках;
- Делим нужное напряжение на полученное из 20-ти витков - узнаем сколько раз по 20 витков нужно для намотки.
Например: нам нужно 25В, а из 20-ти витков получилось 5В, 25В/5В=5 - нужно 5 раз намотать по 20 витков, то есть 100 витков.
Расчет длины необходимого провода был выполнен так: намотал 20 витков провода, сделал на нем метку маркером, отмотал и измерил его длину. Разделил нужное количество витков на 20, полученное значение умножил на длину 20-ти витков провода - получил приблизительно необходимую длину провода для намотки. Добавив 1-2 метра запаса к общей длине можно наматывать провод на челнок и смело отрезать.
Например: нужно 100 витков провода, длина 20-ти намотанных витков получилась 1,3 метра, узнаем сколько раз по 1,3 метра нужно намотать для получения 100 витков - 100/20=5, узнаем общую длину провода (5 кусков по 1,3м) - 1,3*5=6,5м. Добавляем для запаса 1,5м и получаем длину - 8м.
Для каждой последующей обмотки измерение стоит повторить, поскольку с каждой новой обмоткой необходимая на один виток длина провода будет увеличиваться.
Для намотки каждой пары обмоток по 25 Вольт на челнок были параллельно уложены сразу два провода (для 2х обмоток). После намотки, конец первой обмотки соединен с началом второй - получились две вторичные обмотки для двуполярного выпрямителя с соединением посередине.
После намотки каждой из пар вторичных обмоток для питания схем УМЗЧ, они были заизолированы тонкой фторопластовой лентой.
Таким образом были намотаны 6 вторичных обмоток: четыре для питания УМЗЧ и еще две для блоков питания остальной электроники.
Схема выпрямителей и стабилизаторов напряжения
Ниже приведена принципиальная схема блока питания для моего самодельного усилителя мощности.
Рис. 2. Принципиальная схема источника питания для самодельного усилителя мощности НЧ.
Для питания схем усилителей мощности НЧ используются два двуполярных выпрямителя - А1.1и А1.2. Остальные электронные блоки усилителя будут питаться от стабилизаторов напряжения А2.1 и А2.2.
Резисторы R1 и R2 нужны для разрядки электролитических конденсаторов, в момент когда линии питания отключены от схем усилителей мощности.
В моем УМЗЧ 4 канала усиления, их можно включать и выключать попарно с помощью выключателей, которые коммутируют линии питания платок УМЗЧ с помощью электромагнитных реле.
Резисторы R1 и R2 можно исключить из схемы если блок питания будет постоянно подключен к платам УМЗЧ, в таком случае электролитические емкости будут разряжаться через схему УМЗЧ.
Диоды КД213 рассчитаны на максимальный прямой ток 10А, в моем случае этого достаточно. Диодный мост D5 рассчитан на ток не менее 2-3А,собрал его из 4х диодов. С5 и С6 - емкости, каждая из которых состоит из двух конденсаторов по 10 000 мкФ на 63В.
Рис. 3. Принципиальные схемы стабилизаторов постоянного напряжения на микросхемах L7805, L7812, LM317.
Расшифровка названий на схеме:
- STAB - стабилизатор напряжения без регулировки, ток не более 1А;
- STAB+REG - стабилизатор напряжения с регулировкой, ток не более 1А;
- STAB+POW - регулируемый стабилизатор напряжения, ток примерно 2-3А.
При использовании микросхем LM317, 7805 и 7812 выходное напряжение стабилизатора можно рассчитать по упрощенной формуле:
Uвых = Vxx * (1 + R2/R1)
Vxx для микросхем имеет следующие значения:
- LM317 - 1,25;
- 7805 - 5;
- 7812 - 12.
Пример расчета для LM317: R1=240R, R2=1200R, Uвых = 1,25*(1+1200/240) = 7,5V.
Конструкция
Вот как планировалось использовать напряжения от блока питания:
- +36В, -36В - усилители мощности на TDA7250
- 12В - электронные регуляторы громкости, стерео-процессоры, индикаторы выходной мощности , схемы термоконтроля, вентиляторы, подсветка;
- 5В - индикаторы температуры, микроконтроллер, панель цифрового управления.
Микросхемы и транзисторы стабилизаторов напряжения были закреплены на небольших радиаторах, которые я извлек из нерабочих компьютерных блоков питания. Корпуса крепились к радиаторам через изолирующие прокладки.
Печатная плата была изготовлена из двух частей, каждая из которых содержит двуполярный выпрямитель для схемы УМЗЧ и нужный набор стабилизаторов напряжения.
Рис. 4. Одна половинка платы источника питания.
Рис. 5. Другая половинка платы источника питания.
Рис. 6. Готовые компоненты блока питания для самодельного усилителя мощности.
Позже, при отладке я пришел к выводу что гораздо удобнее было бы изготовить стабилизаторы напряжений на отдельных платах. Тем не менее, вариант "все на одной плате" тоже не плох и по своему удобен.
Также выпрямитель для УМЗЧ (схема на рисунке 2) можно собрать навесным монтажом, а схемы стабилизаторов (рисунок 3) в нужном количестве - на отдельных печатных платах.
Соединение электронных компонентов выпрямителя показано на рисунке 7.
Рис. 7. Схема соединений для сборки двуполярного выпрямителя -36В+36В с использованием навесного монтажа.
Соединения нужно выполнять используя толстые изолированные медные проводники.
Диодный мост с конденсаторами на 1000pF можно разместить на радиаторе отдельно. Монтаж мощных диодов КД213 (таблетки) на один общий радиатор нужно выполнять через изоляционные термо-прокладки (терморезина или слюда), поскольку один из выводов диода имеет контакт с его металлической подкладкой!
Для схемы фильтрации (электролитические конденсаторы по 10000мкФ, резисторы и керамические конденсаторы 0,1-0,33мкФ) можно на скорую руку собрать небольшую панель - печатную плату (рисунок 8).
Рис. 8. Пример панели с прорезями из стеклотекстолита для монтажа сглаживающих фильтров выпрямителя.
Для изготовления такой панели понадобится прямоугольный кусочек стеклотекстолита. С помощью самодельного резака (рисунок 9), изготовленного из ножовочного полотна по металлу, прорезаем медную фольгу вдоль по всей длине, потом одну из получившихся частей разрезаем перпендикулярно пополам.
Рис. 9. Самодельный резак из ножовочного полотна, изготовленный на точильном станке.
После этого намечаем и сверлим отверстия для деталей и крепления, зачищаем тоненькой наждачной бумагой медную поверхность и лудим ее с помощью флюса и припоя. Впаиваем детали и подключаем к схеме.
Заключение
Вот такой, не сложный блок питания был изготовлен для будущего самодельного усилителя мощности звуковой частоты. Останется дополнить его схемой плавного включения (Soft start) и ждущего режима.
UPD : Юрий Глушнев прислал печатную плату для сборки двух стабилизаторов с напряжениями +22В и +12В. На ней собраны две схемы STAB+POW (рис. 3) на микросхемах LM317, 7812 и транзисторах TIP42.
Рис. 10. Печатная плата стабилизаторов напряжения на +22В и +12В.
Скачать - (63 КБ).
Еще одна печатная плата, разработанная под схему регулируемого стабилизатора напряжения STAB+REG на основе LM317:
Рис. 11. Печатная плата для регулируемого стабилизатора напряжения на основе микросхемы LM317.
Существует множество схем ИИП, особенно на просторах интернета, а вот рабочих мало, единицы. Сколько было собрано, сколько сожжено дорогостоящих полевых транзисторов и микросхем! Некоторые блоки удавалось заставить работать, некоторые нет. Приведенная ниже схема начинает работать сразу, некритична к выбору деталей, практически не дает помех, доступна для сборки даже начинающим радиолюбителям.
На первый взгляд схема кажется сложной, но при поблочном рассмотрении все становится ясно и просто. Все детали недороги, легкодоступны, имеют множество замен, большинство деталей имеется в компьютерных блоках питания. Было собрано четыре блока, разной конфигурации, на разных печатных платах, все заработали сразу и работают до сих пор. Последний блок предназначен для известного усилителя « ». За основу взята схема , дополнена устройством плавного запуска, переведена на современную элементную базу. Некоторые элементы были перерасчитаны для получения большей мощности и снижения пульсаций выпрямленного напряжения.
Технические характеристики:
Номинальная мощность: 500Вт
Частота преобразования: 100 кГц
Выходное напряжение: +/ - 65В
КПД 0,75
Мощность блока при использовании этих же деталей легко может достигать 800Вт, требуется только перерасчет трансформатора ТР2.
Краткое описание работы
Задающий генератор собран на элементах DD1, подстроечным резистором частота меняется в пределах 100-200 кГц. Триггер на элементе DD2 снижает частоту вдвое и формирует импульсы с более крутыми фронтами. Через комплементарный эмиттерный повторитель на транзисторах VT3 – VT4 импульсы проходят на трансформатор ТР1 и управляют мощными транзисторами VT5,VT6. Задающий генератор питается от отдельного стабилизатора собранного на элементах С5,С6,С7,С8 диодах D7-D10 и транзисторе VT2. Устройство плавного запуска выполнено на тиристоре VD1. При включении блока в сеть, конденсатор фильтра C10 заряжается через резистор R5. Конденсатор С4 заряжается через резисторы R3 R4. При достижении на этом конденсаторе напряжения примерно 1В, тиристор открывается и шунтирует R5.
Сетевой фильтр и выпрямитель особенностей не имеют. За выпрямителем следует транзисторный фильтр на транзисторе VT1, который уменьшает пульсации выпрямленного напряжения в 125 раз, для того, что бы исключить модуляцию прямоугольного сигнала напряжением частотой 100Гц.
Напряжение, полученное с трансформатора ТР2 (обмотки 2 и 3) выпрямляется диодным мостом D13-D16 и через дроссель L2 поступает на выходной фильтр C16,C17,L3,L4,C18,C19,C20,C21. Дроссель L2 необходим главным образом для ограничения зарядного тока через диоды моста, т.к. в выходном фильтре применены конденсаторы большой емкости. Более подробно с работой схемы можно ознакомиться в .
Принципиальная схема:
Конструкция и детали
Конструктивно блок выполнен на трех печатных платах: на одной - силовая часть блока с устройством плавного запуска и транзисторным фильтром, на другой - задающий генератор с собственным блоком питания, на третьей трансформатор ТР2 и выходной фильтр. Выходной фильтр может быть собран непосредственно на плате усилителя, тогда ТР2 крепится к шасси. Компановка может быть различной. Рисунки печатных плат 1 и 2 прилагаются. Ввиду чрезвычайной простоты плата выходного фильтра не разрабатывалась. При использовании разных деталей (диоды, конденсаторы) рисунок платы будет индивидуальным в каждом конкретном случае. Конденсаторы С14, С15 и резисторы R4,R5,R7,R11,R12 установлены на плате стоя. Конденсаторы С14, С15 и резисторы R11,R12 в верхней точке соединяются и образуют точку подключения нижнего по схеме вывода обмотки 1 трансформатора ТР2. Тиристор VD1 и транзистор VT1 установлены на одном радиаторе через изолирующие прокладки. При использовании тиристора в другом корпусе можно установить его на отдельный радиатор.
При сборке нужно стараться все соединения делать возможно короче.
О деталях
Микросхемы серии 511 заменять другими не следует. Можно использовать импортный аналог: для К511ЛА1 аналогом является Н102, для К511ТВ1 аналог Н110.
Транзисторы. На месте транзисторов VT3, VT4 можно использовать практически любые высокочастотные транзисторы: ВС639 и ВС640, ВС635 и ВС636, ВС337 и ВС638, КТ 315 и КТ361, КТ502 и КТ503 и др. желательно только подобрать их с наибольшим коэффициентом усиления.
Транзисторы VT5,VT6 лучше выбрать в большом корпусе. При использовании транзисторов в корпусе ТО-220 необходимо скорректировать печатную плату. Можно их сделать и выносными. Для замены подойдут транзисторы серии 2SC – 3996 – 3998, 5144, 2204, 3552, 3042, 3306, 5570, 2625 и др. с напряжением не менее 400В и током коллектора не менее 10А. Их желательно подобрать с близким коэффициентом усиления. При установке этих транзисторов на общий радиатор надо использовать слюдяные прокладки смазанные пастой КТП-8. Площадь радиатора для каждого транзистора должна быть не менее 65см2. Транзистор VT1 можно заменить на КТ898А или А1. Это транзисторы дарлингтона, стоят в коммутаторах транзисторных систем зажигания. Можно поставить транзисторы серии 2SC указанные выше, но придется установить их на отдельный радиатор площадью не менее 150см2. Кроме того придется пересчитать вторичную обмотку трансформатора ТР2, т.к. на транзисторе будет потеря напряжения порядка 20В. Лучше самостоятельно сделать составной транзистор, добавив еще один, например MJE13005,13007,13009 и т.п. Участок схемы приводится. Вместо транзистора КТ815Г можно поставить КТ817Г или BD135, BD137, BD139.
Фрагмент:
Диоды.
Диодный мост BR1010 можно заменить на другой, не менее 10А - 400В или отдельные диоды с такими же характеристиками. Мост снабжен небольшим радиатором.
Диоды D11,D12 – любые быстрые на напряжение не менее 400В. Подойдут FR104 – 107, FR154 - FR157, SF16, из отечественных можно поставить КД104А. D5 – FR157, SF16. Диоды 1N4007 можно заменить на КД105Г или другие на ток более 0,5А и напряжением 400В и больше. Диоды КД2997А,Б можно заменить на КД2999А,Б или импортные быстрые диоды с напряжением не менее 200В и током 15 - 20А. В крайнем случае, можно поставить КД213, но по две штуки в плечо параллельно. Из импортных подойдут 15ETH06, 30ETH06, 30EPH06, BYW29-500 и др. Диоды Шоттки можно использовать, если выходное напряжение не превышает 60В. Смотрите даташиты.
Стабилитрон D17 любой на 15В, например КС515 или импортный. Можно составить из двух, например КС175А, Д814А.
Тиристор ВТ151 можно заменить другим с максимальным током не менее 10А и напряжением 400В, например КУ202Н1.
Конденсаторы С2,С3С5,С9,С13-С19 пленочные, С1,С12 – керамика. Конденсаторы С14, С15 можно поставить и меньшей емкости, но не менее 1мкФ. Они должны быть одинаковы и обязательно пленочными, на напряжение не менее 250В. Емкость С2,С3,С9 не критична и ее можно менять. Лучше в большую сторону. Конденсатор С10 составлен из двух емкостью 220 и 330 мкФ 400В. Если блок будет иметь другую мощность, эти конденсаторы следует ставить из расчета 1мкФ на 1Вт мощности. Хотя и используется транзисторный фильтр, емкость этих конденсаторов не следует сильно уменьшать, что бы сохранить жесткость нагрузочной характеристики блока. Конденсатор С8 может быть емкостью 100 – 200мкФ. Конденсаторы С16, С17 могут быть составлены из нескольких меньшей емкости, что даже лучше. Чем больше общая емкость – тем лучше, в разумных пределах. Для облегчения работы по высокой частоте конденсаторов С20, С21 желательно припаять непосредственно к их выводам с обратной стороны платы керамические конденсаторы емкостью 0,033 – 0,1мкФ.
Резисторы - указанной на схеме мощности. R1 – желательно многооборотный. R6 служит для разрядки конденсаторов, номинал 390 – 910кОм. Резисторы R11, R12 должны быть одинаковыми и могут быть номиналом от 47 до 200 кОм. Суммарное сопротивление резисторов R3 и R4 должно быть 43 – 46 кОм.
Дроссели и трансформаторы. Дроссель L1 намотан на кольце из феррита марки М2000 наружным диаметром от 20мм. Намотка ведется в один слой сразу двумя проводами диаметром 0.8-1,2 мм до заполнения. Можно использовать и Ш-образный сердечник, например от блока питания телевизора. Не критично. Дроссель L2 намотан проводом диаметром 1,2мм на чашечном сердечнике из феррита марки М2000 диаметром 35 и более мм. Намотка ведется в два провода до заполнения каркаса. Так как дроссель работает на постоянном токе, в зазор необходимо поместить диэлектрическую прокладку толщиной примерно 0,3мм. Можно попробовать намотать на кольцевой сердечник от дросселя групповой стабилизации компьютерного блока питания. Дроссели L3 L4 готовые из компьютерного блока питания, те, что намотаны толстым проводом. Должны быть одинаковыми. Их можно изготовить самостоятельно, намотав 10-20 витков провода диаметром 1.2мм на кусочки круглого феррита от антенны радиоприемника длиной 25мм.
Трансформатор ТР1 изготовлен на кольце из феррита марки М2000 типоразмера 16*8*6 и содержит 90витков провода ПЭЛШО 0,12 намотанных сразу тремя проводами. Типоразмер, марка провода и число витков не критичны. Для облегчения работы этот трансформатор можно намотать на чашечном магнитопроводе диаметром примерно 20мм так же в три провода. Если нет ничего подходящего, можно намотать и на небольшом Ш-образном ферритовом магнитопроводе.
Самая ответственная часть работы – намотка трансформатора ТР2. Он намотан на сердечнике, состоящего из двух колец типоразмера 40*25*11. Кольца нужно склеить между собой, грани закруглить крупной наждачной бумагой. Затем магнитопровод обматывается двумя слоями лакоткани или фторопластовой ленты. Первичная обмотка намотана в два провода (в параллель) диаметром 0,8мм и содержит 26 витков, равномерно распределенных по кольцу. Поверх первичной обмотки снова два слоя лакоткани. Вторичная обмотка(2,3) мотается в три провода диаметром 0,8мм и содержит 2*13 витков. Порядок работы таков: берем провод необходимой длины, складываем его в 6 слоев, слегка скручиваем для удобства, и мотаем 13 витков равномерно поверх первичной обмотки. Затем прозвонкой разделяем его на две части и соединяем начало одной части с концом другой. Так мы получим две обмотки в три провода и точку соединения. Снова обматываем все лакотканью. Готовый трансформатор можно пропитать парафином, нитролаком или эпоксидной смолой. Но в последнем случае он получится неразборным. Для более точного подбора напряжения необходимо сразу после намотки первичной обмотки намотать 10 витков любого провода, подключить к диодному мосту и замерить напряжение. Затем вычислить необходимое количество витков. Получается примерно 5В на один виток.
При намотке всех дросселей и трансформаторов крайне важно соблюдать начала и концы обмоток. Начала обмоток на схеме помечены точками.
Если нужны другие выходные напряжения, нужно пересчитать количество витков вторичной обмотки. Обмоток может быть и несколько. Если нужно рассчитать трансформатор ТР2 на другую мощность или на другой магнитопровод, необходимо воспользоваться .
Из многих программ выбрана именно эта, как простая и дающая реальные достоверные результаты.
Налаживание начинаем с генератора импульсов. Для этого к сети подключаем только маленькую печатную плату, отдельно от большой. Осциллографом наблюдаем на обмотках 2 и 3 трансформатора ТР1 противофазные прямоугольные импульсы. Затем резистором R1 устанавливаем частоту этих импульсов равной 100 кГц. У многих нет осциллографа, что делать? Берем плату с припаянным сетевым проводом и идем в ближайшее телеателье. Наверняка не откажут в одном измерении. После этого можно подключать и силовую часть блока питания. Сделать это лучше включив в разрыв сетевого провода лампу накаливания мощностью 75-100 Вт. Лампа должна кратковременно загореться и погаснуть. Если горит постоянно, проверяйте правильность сборки. Если все в норме – лампу убираем. Блок без нагрузки включать нельзя, поэтому на время проверки нагрузим его двухватными резисторами 500-600 Ом. Измеряем выходные напряжения. Если напряжения отличаются от расчетных, измерьте напряжение сети – возможно, оно сильно отличается от 220В. Проверяем работу устройства плавного запуска. Для этого подключаем авометр параллельно резистору R5. При включении блока прибор должен показать постоянное напряжение порядка 30В. Через одну-две секунды напряжение должно почти полностью исчезнуть. Параллельно конденсатору С2 можно включить варистор, например JVR-7N391K, или другой, на напряжение около 400В. Отверстия в печатной плате имеются. Блок защищен предохранителем 8А.
Литература:
«РАДИО» №1 1987г. стр.35-37
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| DD1 | Микросхема | К511ЛА1 | 1 | В блокнот | ||
| DD2 | Микросхема | К511ТВ1 | 1 | В блокнот | ||
| D1-D4 | Диодный мост | BR1010 | 4 | В блокнот | ||
| VT1 | Биполярный транзистор | BU931P | 1 | В блокнот | ||
| VT2 | Биполярный транзистор | КТ815Г | 1 | В блокнот | ||
| VT3 | Биполярный транзистор | 2N5551 | 1 | В блокнот | ||
| VT4 | Биполярный транзистор | 2N5401 | 1 | В блокнот | ||
| VT5, VT6 | Биполярный транзистор | MJE13009 | 2 | В блокнот | ||
| D5, D11, D12 | Выпрямительный диод | HER108 | 3 | В блокнот | ||
| D7-D10 | Выпрямительный диод | 1N4007 | 4 | В блокнот | ||
| D13-D16 | Диод | КД2997А | 4 | В блокнот | ||
| D17 | Стабилитрон | КС515А | 1 | В блокнот | ||
| VD1 | Тиристор | BT151-800 | 1 | В блокнот | ||
| C1 | Конденсатор | 1500 пФ | 1 | В блокнот | ||
| C2, C3 | 0.22мкФ 400В | 2 | В блокнот | |||
| C4 | Электролитический конденсатор | 2200мкФ 10В | 1 | В блокнот | ||
| C5, C9 | Электролитический конденсатор | 1мкФ 400В | 2 | В блокнот | ||
| C6 | Электролитический конденсатор | 470мкФ 100В | 1 | В блокнот | ||
| C7 | Электролитический конденсатор | 10мкФ 10В | 1 | В блокнот | ||
| C8 | Электролитический конденсатор | 150мкФ 400В | 1 | В блокнот | ||
| C10 | Электролитический конденсатор | 550мкФ 400В | 1 | В блокнот | ||
| C11 | Электролитический конденсатор | 100мкФ 25В | 1 | В блокнот | ||
| C12 | Конденсатор | 0.033 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| C13 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| C14, C15 | Электролитический конденсатор | 4.7мкФ 250В | 2 | В блокнот | ||
| C16, C17 | Электролитический конденсатор | 4.7мкФ 160В | 2 | В блокнот | ||
| C18, C19 | Конденсатор | 0.22 мкФ | 2 | В блокнот | ||
| C20, C21 | Электролитический конденсатор | 10000мкФ 83В | 2 | В блокнот | ||
| R1 | Переменный резистор | 22 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R2 | Резистор |
От параметров источника питания качество звучания зависит не чуть не меньше, чем от самого усилителя и относится халатно к его изготовлению не следует. Описаний методик расчетов типовых трансформаторов более чем достаточно. Поэтому здесь предлагается описание импульсного источника питания, который может использоваться не только с усилителями на базе TDA7293 (TDA7294), но и с любым другим усилителем мощности 3Ч.
Основой данного блока питания (БП) служит полумостовой драйвер с внутренним генератором IR2153 (IR2155), предназначенный для управления транзисторами технологий MOSFET и IGBT в импульсных источниках питания. Функциональная схема микросхем приведена на рисунке 1, зависимость выходной частоты от номиналов RC-задающей цепочки на рисунке 2. Микросхема обеспечивает паузу между импульсами «верхнего» и «нижнего» ключей в течении 10% от длительности импульса, что позволяет не опасаться «сквозных» токов в силовой части преобразователя.
Рис. 1
Рис. 2
Практическая реализация БП приведена на рисунке 3. Используя данную схему можно изготовить БП мощностью от 100 до 500Вт, необходимо лишь пропорционально увеличивать емкость конденсатора фильтра первичного питания С2 и использовать соответствующий силовой трансформатор TV2.
Рис. 1
Емкость конденсатора С2 выбирается из расчета 1... 1,5 мкФ на 1 Вт выходной мощности, например при изготовлении БП на 150 Вт следует использовать конденсатор на 150...220 мкФ. Диодный мост первичного питания VD можно использовать в соответствии с установленным конденсатором фильтра первичного питания, при емкостях до 330 мкФ можно использовать диодные мосты на 4...6 А, например RS407 или RS607. При емкости конденсаторов 470... 680 мкФ нужны уже более мощные диодные мосты, например RS807, RS1007.
Об изготовлении трансформатора можно разговаривать долго, однако вникать в глубокую теорию расчетов слишком долго и далеко не каждому нужно. Поэтому расчеты по книге Эраносяна для самых ходовых типоразмеров ферритовых колец М2000НМ1 просто сведены в таблицу 1.
Как видно из таблицы габаритная мощность трансформатора зависит не только от габаритов сердечника, но и от частоты преобразования. Изготавливать трансформатор для частот ниже 40 кГц не очень логично - гармониками можно создать не преодолимые помехи в звуковом диапазоне. Изготовление трансформаторов на частоты выше 100 кГц уже непозволительно по причине саморазогрева феррита М2000НМ1 вихревыми токами. В таблице приведены данные по первичным обмоткам, из которых легко вычисляются отношения витков/вольт и дальше уже вычислить, сколько витков необходимо для того или иного выходного напряжения труда не составит. Следует обратить внимание на то, что подводимое к первичной обмотке напряжение составляет 155 В - сетевое напряжение 220 В после выпрямителя и слаживающего фильтра будет составлять 310 В постоянного напряжения, схема полу мостовая, следовательно к первичной обмотке будет прилагаться половина этого значения. Так же следует помнить, что форма выходного напряжения будет прямоугольной, поэтому после выпрямителя и слаживающего фильтра величина напряжения от расчетной отличаться будет не значительно.
Диаметры необходимых проводов рассчитываются из отношения 5 А на 1 кв мм сечения провода. Причем лучше использовать несколько проводов меньшего диаметра, чем один, более толстый провод. Это требование относится ко всем преобразователям напряжения, с частотой преобразования выше 10 кГц, так как начинает уже сказываться скинэффект - потери внутри проводника, поскольку на высоких частотах ток течет уже не по всему сечению, а по поверхности проводника и чем выше частота, тем сильнее сказываются потери в толстых проводниках. Поэтому не рекомендуется использовать в преобразователях с частотой преобразования выше 30 кГц проводники толще 1 мм. Следует так же обратить внимание на фазировку обмоток - неправильно сфазированные обмотки могут либо вывести силовые ключи из строя, либо снизить КПД преобразователя. Но вернемся к БП, приведенному на рисунке 3. Минимальная мощность данного БП практически ни чем не ограничена, поэтому можно изготовить БП и на 50 Вт и меньше. Верхний же предел мощности ограничен некоторыми особенностями элементной базы.
Для получения больших мощностей требуются транзисторы MOSFET более мощные, а чем мощнее транзистор, тем больше емкость его затвора. Если емкость затвора силового транзистора довольно высокая, то для её заряда-разряда требуется значительный ток. Ток транзисторов управления IR2153 довольно не велик (200 мА), следовательно, эта микросхема не может управлять слишком мощными силовыми транзисторами на больших частотах преобразования.
Исходя из вышесказанного становится ясно, что максимальная выходная мощность преобразователя на базе IR2153 не может быть более 500...600 Вт при частоте преобразования 50...70 кГц, поскольку использование более мощных силовых транзисторов на этих частотах довольно серьезно снижает надежность устройства. Список рекомендуемых транзисторов для силовых ключей VT1, VT2 с краткими характеристиками сведен в таблицу 2.
Выпрямительные диоды вторичных цепей питания должны иметь наименьшее время восстановления и как минимум двукратный запас по напряжению и трехкратный току. Последние требования обоснованы тем, что выбросы напряжения самоиндукции силового трансформатора составляют 20...50 % от амплитуды выходного напряжения. Например при вторичном питании в 100 В амплитуда импульсов самоиндукции может составлять 120... 150 В и не смотря на то, что длительность импульсов крайне мала ее достаточно чтобы вызвать пробой в диодах, при использовании диодов с обратным напряжением в 150 В. Трехкратный запас по току необходим для того, чтобы в момент включения диоды не вышли из строя, поскольку емкость конденсаторов фильтров вторичного питания довольно высокая, и для их заряда потребуется не малый ток. Наиболее приемлемые диоды VD4-VD11 сведены в таблицу 3.
Емкость фильтров вторичного питания (С11, С12) не следует увеличивать слишком сильно, поскольку преобразование производится на довольно больших частотах. Для уменьшения пульсаций гораздо актуальней использование большой емкости в первичных цепях питания и правильный расчет мощности силового трансформатора. Во вторичных же цепях конденсаторов на 1000 мкФ в плечо вполне достаточно для усилителей до 100 Вт (конденсаторы по питанию, установленные на самих платах УМЗЧ должны быть не менее 470 мкФ) и 4700 мкФ для усилителя на 500 Вт. На принципиальной схеме изображен вариант выпрямителей вторичного силового питания, выполненный на диодах Шотки, под них и разведена печатная плата (рисунок 4). На диодах VD12, VD13 выполнен выпрямитель для вентилятора принудительного охлаждения теплоотводов, на диодах VD14-VD17 выполнен выпрямитель для низковольтного питания (предварительные усилители, активные регуляторы тембра и т.д.). На том же рисунке приведен чертеж расположения деталей и схема подключения. В преобразователе имеется защита от перегрузки, выполненная на трансформаторе тока TV1, состоящая из кольца К20х12х6 феррита М2000 и содержащего 3 витка первичной обмотки (сечение такое же как и первичная обмотка силового трансформатора и 3 витка вторичной обмотки, намотанной двойным проводом диаметром 0,2...0,3 мм. При перегрузке напряжение на вторичной обмотке трансформатора TV1 станет достаточным для открытия тиристора VS1 и он откроется, замкнув питание микросхемы IR2153, тем самым прекратив ее работу. Порог срабатывания защиты регулируется резистором R8. Регулировку производят без нагрузки начиная с максимальной чувствительности и добиваясь устойчивого запуска преобразователя. Принцип регулировки основан на том, что в момент запуска преобразователя он нагружен максимально, поскольку требуется зарядить емкости фильтров вторичного питания и нагрузка на силовую часть преобразователя максимальная.
Об остальных деталях: конденсатор С5 - пленочный на 0,33... 1 мкФ 400В; конденсаторы С9, С10 - пленочные на 0,47...2,2 мкФ минимум на 250В; индуктивности L1...L3 выполнены на ферритовых кольцах К20х12х6 М2000 и наматываются проводом 0,8... 1,0 мм до заполнения виток к витку в один слой; С14, С15 - пленочные на 0,33...2,2 мкФ на напряжение не менее 100 В при выходном напряжении до 80 В; конденсаторы С1, С4, С6, С8 можно керамические, типа К10-73 или К10-17; С7 можно и керамический, но лучше пленочный, типа К73-17.
