Импульсный бп для усилителя. Импульсный бп для усилителя мощности нч. Схема импульсного блока питания

Сейчас редко кто внедряет в самодельную конструкцию усилителя сетевой трансформатор, и правильно - импульсный бп более дешевый, легкий и компактный, а хорошо собранный почти не отдает помех в нагрузку (либо помехи сведены к минимуму).

Разумеется, не спорю, сетевой трансформатор гораздо, гораздо надежней, хотя и современные импульсники, напичканные всевозможными защитами тоже неплохо справляются со своей задачей.

IR2153 - я бы сказал уже легендарная микросхема, которая применяется радиолюбителями очень часто, и внедряется именно в сетевые импульсные источники питания. Микросхема из себя представляет простой полумостовой драйвер и в схемах иип работает в качестве генератора импульсов.

На основе данной микросхемы строятся блоки питания от нескольких десятков до нескольких сотен ватт и даже до 1500 ватт, разумеется с ростом мощности будет усложняться схема.

Тем не менее не вижу смысла делать иип высокой мощности с применением именно этой микросхемы, причина - невозможно организовать выходную стабилизацию или контроль, и не только Микросхема не является ШИМ контроллером, следовательно ни о каком ШИМ управлении не может идти и речи, а это очень плохо. Хорошие иип как право делают на двухтактных микросхемах ШИМ, к примеру ТЛ494 или ее сородичи и т.п, а блок на IR2153 в большей степени блок начинающего уровня.

Перейдем к самой конструкции импульсного источника питания. Все собрано по даташиту - типичный полумост, две емкости полумоста, которые постоянно находятся в цикле заряд/разряд. От емкости этих конденсаторов будет зависеть мощность схемы в целом (ну разумеется не только от них). Расчетная мощность именно этого варианта составляет 300 ватт, мне больше и не нужно, сам блок для запитки двух каналов унч. Емкость каждого из конденсаторов 330мкФ, напряжение 200 Вольт, в любом компьютерном блоке питания как раз стоят такие конденсаторы, по идее схематика комповых бп и нашего блока в чем то схоже, в обеих случаях топология - полумост.

На входе блока питания тоже все как положено - варистор для защиты от перенапряжений, предохранитель, сетевой фильтр ну и разумеется выпрямитель. Полноценный диодный мост, который можно и взять готовый, главное, чтобы мост или диоды имели обратное напряжение не менее 400 Вольт, в идеале 1000, и с током не менее 3Ампер. Разделительный конденсатор - пленка, 250 В а лучше 400, емкость 1мкФ, к стати - тоже можно найти в компьютерном блоке питания.

Трансформатор Рассчитан по программе, сердечник от компового бп, габаритные размеры увы указать не могу. В моем случае первичная обмотка 37 Витков проводом 0,8мм, вторичная 2 по 11 витков шиной из 4-х проводов 0.8мм. С таким раскладом выходное напряжение в районе 30-35 Вольт, разумеется, намоточные данные будут у всех разные, в зависимости от типа и габаритных размеров сердечника.

Многие знают как я люблю разбираться с разными блоками питания. В этот раз у меня на столе несколько необычный блок питания, по крайней мере такой я еще не тестировал. Да и по большому счету вообще не встречал ранее обзоров блоков питания подобной разновидности, хотя вещь по своему интересная и я раньше делал подобные блоки питания сам.
Заказать я его решил из чистого любопытства, решил что может быть полезным. Впрочем подробнее в обзоре.

Вообще стоит наверное начать с небольшого лирического вступления. Много лет назад я довольно сильно увлекался аудиотехникой, прошел как через полностью самодельные варианты, так и «гибриды», где использовались УМ мощностью до 100 Ватт из магазина Юный техник, и полуразобранная Радиотехника УКУ 010, 101 и Одиссей 010, потом был Феникс 200У 010С.
Даже пробовал собрать УМЗЧ Сухова, но что-то тогда не пошло, уже и не вспомню что именно.

Акустика также разная была, как самодельная, так и готовая, например Романтика 50ас-105, Кливер 150ас-009.

Но больше всего запомнились Амфитон 25АС 027, правда они у меня были несколько доработаны. Попутно к небольшим изменениям схемы и конструкции я заменил родные динамики 50 ГДН на 75 ГДН.
Это и предыдущие фото не мои, так как моя аппаратура давно продана, а я потом перешел на Sven IHOO 5.1, а затем вообще стал слушать только мелкие компьютерные колоночки. Да, вот такой регресс.

Но вот что-то начали бродить в голове мысли, сделать что нибудь, например усилитель мощности, возможно просто так, возможно вообще все делать по другому. Но в итоге решил я заказать блок питания. Конечно я могу его сделать сам, мало того, в одном из обзоров я не только это делал, а и выложил подробную инструкцию, но к этому я еще вернусь, а пока перейду к обзору.

Начну со списка заявленных технических характеристик:
Напряжение питания - 200-240 Вольт
Выходная мощность - 500 Ватт
Выходные напряжения:
Основное - ±35 Вольт
Вспомогательное 1 - ± 15 Вольт 1 Ампер
Вспомогательное 2 - 12 Вольт 0.5 Ампера, гальванически отвязано от остальных.
Размеры - 133 x 100 x 42 мм

Каналы ± 15 и 12 Вольт имеют стабилизацию, основное напряжение ±35 Вольт не стабилизировано. Здесь я наверное выскажу свое мнение.
Меня часто спрашивают, какой блок питания купить для одного либо другого усилителя. На что я обычно отвечаю - проще собрать самому на базе известных драйверов IR2153 и их аналогов. Первый же вопрос, который следует после этого - так у них же нет стабилизации напряжения.
Да, лично на мой взгляд - стабилизация напряжения питания УМЗЧ не только не нужна, а иногда и вредна. Дело в том, что стабилизированный БП обычно больше шумит на ВЧ и кроме того, могут быть проблемы с цепями стабилизации, потому как усилитель мощности потребляет энергию не равномерно, а всплесками. Мы же слушаем музыку, а не одну частоту.
БП без стабилизации обычно имеет немного выше КПД, так как трансформатор всегда работает в оптимальном режиме, не имеет обратной связи и потому больше похож на обычный трансформатор, но с меньшим активным сопротивлением обмоток.

Вот собственно перед нами и пример БП для усилителей мощности.

Упаковка мягкая, но замотали так, что вряд ли получится его повредить в процессе доставки, хотя противостояние почты и продавцов наверное будет вечным.

Внешне выглядит красиво, особо и не придерешься.

Размер относительно компактный, особенно если сравнивать с обычным трансформатором соответствующей мощности.

Более понятные размеры есть на странице товара в магазине.

1. На входе блока питания установлен разъем, что оказалось довольно удобным.
2. Присутствует предохранитель и полноценный входной фильтр. Вот только про термистор, защищающий от бросков тока как сеть, так и диодный мост с конденсаторами, забыли, это плохо. Также в районе входного фильтра расположены контактные площадки, которые надо замкнуть для перевода БП на напряжение 110-115 Вольт. Перед первым включением лучше проверить, не замкнуты ли площадки если у вас в сети 220-230.
3. Диодный мост KBU810, все бы ничего, но он без радиатора, а при 500 Ватт он уже желателен.
4. Входные фильтрующие конденсаторы имеют заявленную емкость 470 мкФ, реальная около 460 мкФ. Так как они включены последовательно, то общая емкость входного фильтра составляет 230мкФ, маловато для выходной мощности в 500 Ватт. Кстати плата предполагает установку и одного конденсатора. Но в любом случае поднимать емкость без установки термистора я бы не советовал. Причем справа от предохранителя есть даже место для термистора, надо только впаять его и перерезать под ним дорожку.

В инверторе применены транзисторы IRF740, хоть и далеко не новые транзисторы, но раньше я их также широко применял в подобных применениях. Как альтернатива, IRF830.
Транзисторы установлены на отдельных радиаторах, сделано это отчасти не просто так. Радиаторы соединены с корпусом транзистора, причем не только в месте крепления самого транзистора, а и монтажные выводы радиатора соединены на самой плате. На мой взгляд плохое решение, так как будет лишнее излучение в эфир на частоте преобразования, по крайней мере нижний транзистор инвертора (на фото он дальний) я бы отвязал от радиатора, а радиатор от схемы.

Управляет транзисторами неизвестный модуль, но судя по наличию резистора питания, да и просто моему опыту, думаю что не сильно ошибусь, если скажу что внутри стоит банальная IR2153. правда зачем делать такой модуль, для меня осталось загадкой.

Инвертор собран по полумостовой схеме, но в качестве средней точки используется не точка соединения фильтрующих электролитических конденсаторов, а два пленочных конденсатора емкостью 1мкФ (на фото два параллельно трансформатору), а первичная обмотка подключена через третий конденсатор, также емкостью 1мкФ (на фото перпендикулярно трансформатору).
Решение известное и по своему удобное, так как позволяет весьма просто не только увеличить емкость входного фильтрующего конденсатора, а и применить один на 400 Вольт, что может быть полезным при апгрейде.

Габарит трансформатора весьма скромный для заявленной мощности в 500 Ватт. Я конечно протестирую еще его под нагрузкой, но уже могу сказать, что на мой взгляд его реальная длительная мощность на более 300-350 Ватт.

На странице магазина, в перечне ключевых особенностей, было указано -

3. Transformers 0.1 mm * 100 multi-strand oxygen-free enameled wire, heat is very low, efficiency is more than 90%.

Что в переводе означает - в трансформаторе использована обмотка из 100 штук бескислородных проводов диаметром 0.1мм, уменьшен нагрев и КПД выше 90%.
Ну КПД я проверю потом, а вот насчет того, что обмотка многопроволочная, факт. Я конечно их не пересчитывал, но жгут довольно неплохой и данный вариант намотки действительно положительно сказывается на качестве работы трансформатора в частности и всего БП в целом.

Не забыли и про конденсатор, соединяющий «горячую» и «холодную» сторону БП, причем поставили его правильного (Y1) типа.

В выходном выпрямителе основных каналов применены диодные сборки MUR1620CTR и MUR1620CT (16 Ампер 200 Вольт), причем производитель не стал колхозить «гибридные» варианты, а поставил как положено, две комплементарные сборки, одна с общим катодом, а другая с общим анодом. Обе сборки установлены на отдельных радиаторах и также как в случае с транзисторами, они не изолированы от компонентов. Но в данном случае проблема может быть только в плане электробезопасности, хотя если корпус закрыт, то ничего страшного в этом нет.
В выходном фильтре задействовано по паре конденсаторов 1000мкФ х 50 Вольт, что на мой взгляд маловато.

Кроме того, для уменьшения пульсаций между конденсаторами установлен дроссель, а конденсаторы, стоящие после него, дополнительно зашунтированы керамическим 100 нФ.
Вообще на странице товара было написано -

1. All high-frequency low-impedance electrolytic capacitors specifications, low ripple.

В переводе - все конденсаторы имеют низкий импеданс для уменьшения пульсаций. В общем-то так то оно и есть, применены Cheng-X, но это по сути просто немного улучшенный вариант обычных китайских конденсаторов и я бы лучше поставил мою любимую Samwha RD или Capxon KF.

Параллельно конденсаторам нет разрядных резисторов, хотя место на плате для них имеется, потому вас могут ждать «сюрпризы», так как заряд держится довольно долго.

Дополнительные каналы питания подключены к своим обмоткам трансформатора, причем канал 12 Вольт гальванически отвязан от остальных.
Каждый канал имеет независимую стабилизацию напряжения, дроссели для уменьшения помех и керамические конденсаторы по выходу. Но вы наверное заметили, что диодов в выпрямителе пять. Канал 12 Вольт питается от однополупериодного выпрямителя.

По выходу, как и по входу, стоят клеммники, причем весьма неплохого качества и конструкции.

На странице товара есть фото сверху, где видно все и сразу. Уже потом заметил, что в магазине на всех фото есть монтажные стойки, в моем комплекте их не было:(

Печатная плата двухсторонняя, качество весьма высокое, использован стеклотекстолит, а не привычный гетинакс. В одном из узких место сделана защитная прорезь.
Снизу также обнаружилась пара резисторов, предположу, что это примитивная схема защиты от перегрузки, которую иногда добавляют к драйверам на IR2153. Но честно говоря, я бы на нее не рассчитывал.

Также снизу печатной платы присутствует маркировка выходов и варианты выходных напряжений, под которые изготавливаются данные платы. Немного заинтриговали две вещи - два одинаковых варианта ± 70 Вольт и заказной вариант.

Перед тем, как перейти к тестам, немного расскажу о своем варианте подобного БП.
Примерно три с половиной года назад я выкладывал регулируемого БП, где использовался блок питания собранный примерно по такой же схеме.

В собранном виде он также выглядел довольно похоже, извините за плохое качество фото.

Если убрать из моего варианта все «лишнее», например узел регулировки оборотов вентилятора в зависимости от температуры, а также умощненный драйвер транзисторов и схему дополнительного питания от выхода инвертора, то мы получим схему обозреваемого БП.
По сути это тот же БП, только выходных напряжений больше. Вообще схемотехника данного БП совсем простая, проще только банальный автогенератор.

Кроме того обозреваемый БП снабжен примитивной схемой ограничения выходной мощности, подозреваю что реализована она так, как показано на выделенном участке схемы.

Но посмотрим на что способна данная схема и ее реализация в обозреваемом блоке питания.
Здесь надо отметить, что так как стабилизация основного напряжения отсутствует, то оно напрямую зависит от напряжения в сети.
При входном напряжении 223 Вольта выходное составляет 35.2 в режиме холостого хода. Потребление при этом 3.3 Ватта.

При этом присутствует заметный нагрев резистора питания драйвера транзисторов. Его номинал 150 кОм, что при 300 Вольт дает рассеиваемую мощность порядка 0.6 Ватта. Данный резистор греется независимо от нагрузки блока питания.
Также заметен небольшой нагрев трансформатора, фото сделано примерно через 15 минут после включения.

Для нагрузочного теста была собрана конструкция, состоящая из двух электронных нагрузок, осциллографа и мультиметра.
Мультиметр измерял один канал питания, второй канал контролировался вольтметром электронной нагрузки, которая была подключена короткими проводами.

Не буду утомлять читателя большим перечислением тестов, потому сразу перейду к осциллограммам.
1, 2. Разные точки выхода БП до диодных сборок, и с разным временем развертки. Частота работы инвертора составляет 70 кГц.
3, 4. Пульсации перед дросселем канала 12 Вольт и после него. После КРЕНки вообще все гладко, но есть проблема, напряжение в этой точке всего около 14.5 Вольта без нагрузки основных каналов и 13.6-13.8 с нагрузкой, что мало для стабилизатора 12 Вольт.

Нагрузочные тесты проходили так:
Сначала нагружал один канал на 50%, затем второй на 50%, потом нагрузку первого поднимал до 100%, а затем и второй. В итоге получалось четыре режима нагрузки - 25-50-75-100%.
Сначала что на выходе по ВЧ, на мой взгляд очень даже неплохо, пульсации минимальны, а при установке дополнительного дросселя их вообще можно свести почти до нуля.

А вот на частоте 100 Гц все довольно грустно, маловата емкость по входу, маловата.
Полный размах пульсаций при 500 Ватт выходной мощности составляет около 4 Вольт.

Нагрузочные тесты. Так как напряжение под нагрузкой проседало, то я по мере этого поднимал тока нагрузки чтобы выходная мощность примерно соответствовала ряду 125-250-375-500 Ватт.
1. Первый канал - 0 Ватт, 42.4 Вольта, второй канал - 126 Ватт, 33.75 Вольта
2. Первый канал - 125.6 Ватта, 32.21 Вольта, второй канал - 130 Ватт, 32.32 Вольта.
3. Первый канал - 247.8 Ватта, 29.86 Вольта, второй канал - 127 Ватт, 30.64 Вольта.
4. Первый канал - 236 Ватт, 29.44 Вольта, второй канал - 240 Ватт, 29.58 Вольта.

Вы наверное заметили, что в первом тесте напряжение не нагруженного канала больше 40 Вольт. Это обусловлено выбросами напряжения, а так как нагрузки нет совсем, то напряжение плавно поднималось, даже небольшая нагрузка возвращала напряжение в норму.

Одновременно измерялось потребление, но так как есть относительно большая погрешность при измерении выходной мощности, то расчетные значения КПД я также буду приводить ориентировочно.
1. 25% нагрузки, КПД 89.3%
2. 50% нагрузки, КПД 91.6%
3. 75% нагрузки, КПД 90%
4. 476 Ватт, около 95% нагрузки, КПД 88%
5, 6. Просто ради любопытства измерил коэффициент мощности при 50 и 100% мощности.

В общем-то результаты примерно похожи на заявленные 90%

Тесты показали довольно неплохую работу блока питания и все было бы замечательно, если бы не привычная «ложка дегтя» в виде нагрева. Еще в самом начале я оценил примерно мощность БП в 300-350 Ватт.
В процессе привычного теста с постепенным прогревом и интервалами по 20 минут я выяснил, что при мощности 250 Ватт Бп ведет себя просто отлично, нагрев компонентов примерно такой:
Диодный мост - 71
Транзисторы - 66
Трансформатор (магнитопровод) - 72
Выходные диоды - 75

Но когда я поднял мощность до 75% (375 Ватт), то через 10 минут картина была совсем дургая
Диодный мост - 87
Транзисторы - 100
Трансформатор (магнитопровод) - 78
Выходные диоды - 102 (более нагруженный канал)

Попытавшись разобраться с проблемой, я выяснил, что идет сильный перегрев обмоток трансформатора, в следствие этого прогревается магнитопровод, снижается его индукция насыщения и он начинает входить в насыщение в итоге резко увеличивается нагрев транзисторов (позже я регистрировал температуру до 108 градусов), затем я остановил тест. При этом тесты " на холодную" с мощностью в 500 Ватт проходили нормально.

Ниже пара термофото, первое при мощности нагрузки 25%, второе при 75%, соответственно через пол часа (20+10 минут). Температура обмоток достигла 146 градусов и был заметный запах перегретого лака.

В общем теперь подведу некоторые итоги, отчасти неутешительные.
Общее качество изготовления очень хорошее, но есть некоторые конструктивные нюансы, например установка транзисторов без изоляции от радиаторов. Радует большое количество выходных напряжений, например 35 Вольт для питания усилителя мощности, 15 для предварительного усилителя и независимые 12 Вольт для всяких сервисных устройств.

Есть схемные недоработки, например отсутствие термистора по входу и малая емкость входных конденсаторов.
В характеристиках было заявлено что дополнительные каналы 15 Вольт могут выдать ток до 1 Ампера, реально я бы не ждал больше 0.5 Ампера без дополнительного охлаждения стабилизаторов. Канал 12 Вольт скорее всего вообще не выдаст более 200-300мА.

Но все эти проблемы либо не критичны, либо легко решаются. Самая сложная проблема - нагрев. БП может длительно отдавать до 250-300 Ватт, 500 Ватт только относительно кратковременно, либо придется добавлять активное охлаждение.

Попутно у меня возник небольшой вопрос к уважаемой общественности. Есть мысли сделать свой усилитель, соответственно с обзорами. Но какой был бы интереснее, усилитель мощности, предварительный, если УМ, то на какую мощность и т.п. Лично мне он не особо нужен, но вот поковыряться настроение есть. Обозреваемый БП к этому имеет слабое отношение:)

На этом у меня все, надеюсь что информация была полезна и как обычно жду вопросов в комментариях.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Планирую купить +38 Добавить в избранное Обзор понравился +115 +179

Для изготовления блоков питания усилителей мощности как правило применяются низкочастотные 50-герцовые трансформаторы. Они надежные, не создают вч-помех и сравнительно просты в изготовлении. Но есть и минусы – габариты и вес. Иногда такие недостатки оказываются решающими и приходится искать другие решения. Частично вопрос габаритных размеров (точнее, только высоты) решается применением торроидального трансформатора. Но такой трансформатор из-за сложности в изготовлении стоит немалых денег. И при этом все так же имеет значительный вес. Решением данной проблемы может стать использование импульсного блока питания.

Но тут свои особенности : сложность в изготовлении, или переделке. Чтобы приспособить под питание УМ компьютерный блок питания, необходимо перепаять половину платы и скорее всего, перемотать вторичную обмотку трансформатора. Но современная китайская промышленность выпускает в большом количестве 12-вольтовые блоки питания Ташибра и им подобные, обещая приличную выходную мощность, 50, 100, 150 Вт и выше. При этом стоимость таких блоков питания смешная.

На рисунке пара таких блоков, выше BUKO, ниже Ultralight, но по сути та же самая Ташибра. Они имеют небольшие отличия (возможно, были сделаны в разных провинциях Китая): вторичная обмотка Ташибры имеет 5 витков, а в BUKO – 8 витков. Кроме того, у Ultralight плата немного больше, предусмотрены места для установки дополнительных деталей. Несмотря на это, переделываются они идентично. Во время процесса доработки необходимо быть предельно аккуратным, поскольку на плате присутствует высокое напряжение, после диодного моста это 300 вольт. Кроме того, если случайно закоротить выход, то сгорят транзисторы.

Теперь о схеме.

Схема блоков питания от 50 до 150 ватт одинаковая, отличие только в мощности использованных деталей.

Что нужно доработать?
1. Нужно подпаять электролитический конденсатор после диодного моста. Емкость конденсатора должна быть как можно больше. При данной переделке был применен конденсатор 100мкФ на напряжение 400вольт.
2. Нужно заменить обратную связь по току обратной связью по напряжению. Для чего это нужно? Для того, чтобы блок питания запускался без нагрузки.
3. Если это необходимо, то перемотать трансформатор.
4. Нужно будет выпрямить выходное переменное напряжение диодным мостом. Для этих целей можно применить отечественные диоды КД213, или импортные, высокочастотные. Лучше конечно же Шоттки. Также необходимо сгладить пульсации на выходе конденсатором.

Вот схема переделанного блока питания.

Синим кружочком отмечена катушка обратной связи по току. Чтобы ее отключить, нужно обязательно выпаять один конец, чтобы не создать короткозамкнутой обмотки. После этого можно смело замыкать контактные площадки катушки на плате. После этого необходимо организовать обратную связь по напряжению. Для этого берется кусок провода от витой пары и на силовой трансформатор мотается 2 витка. Затем тем же проводом мотается 3 витка на трансформатор связи Т1. После этого к концам этого провода припаивается резистор 2,4 - 2,7 Ом, мощностью 5 – 10 Ватт. К выходу преобразователя подключается 12-вольтовая лампочка, а в разрыв провода питания включается лампочка на 220 Вольт, 150 Ватт. Первая лампочка используется в качестве нагрузки, а вторая в качестве ограничителя потребляемого тока. Включаем преобразователь в сеть. Если сетевая лампочка не засветилась, значит с преобразователем все нормально и можно эту лампочку убирать. Снова включаем в сеть, уже без нее. Если 12-вольтовая лампочка на нагрузке не засветилась, значит не угадали с направлением намотки катушки связи на трансформаторе связи Т1 и ее нужно будет намотать в другую сторону. Не забываем после отключения питания разряжать сетевой конденсатор резистором на 1 кОм.

Блок питания для УНЧ обычно биполярный, в данном случае необходимо получить 2 напряжения по 30 вольт. Вторичная обмотка силового трансформатора имеет 5 витков. При выходном напряжении 12 вольт получается 2,4 вольта на один виток. Чтобы получить 30 вольт, нужно намотать 30 Вольт/2,4Вольт = 12,5 витков. Следовательно, необходимо намотать 2 катушки по 12,5 витков. Для этого необходимо отпаять трансформатор от платы, временно смотать два витка обратной связи по напряжению и смотать вторичную обмотку. После этого наматываются простым многожильным проводом рассчитанные две вторичные обмотки. Вначале мотается одна катушка, потом другая. Соединяются два конца разных обмоток – это будет нулевой вывод.
Если будет необходимо получить другое напряжение, мотается больше/меньше витков.

Частота работы блока питания с катушкой связи по напряжению где-то 30 кГц.

Затем собирается диодный мост, подпаиваются электролиты и параллельно им керамические конденсаторы для гашения высокочастотных помех. Вот еще варианты соединения вторичных обмоток.

Рассказать в:
Предлагаемый вниманию читателей импульсный источник питания (ИИП) обеспечивает двуполярное выходное напряжение и предназначен для питания УМЗЧ. От аналогичного ИИП (Москатов Е. "Импульсный источник питания для УМЗЧ". - Радио, 2007, № 10, с. 36-39) данное устройство отличается почти в два раза большей максимальной выходной мощностью, наличием системы стабилизации выходного напряжения и существенно меньшим числом примененных элементов.Основные технические характеристикиНапряжение питающей сетипеременного тока, В.....230 ±15%Частота питающего напряжения, Гц.....................50Частота преобразования, кГц.....132Стабилизированное выходное напряжение, В..........2x50Максимальная мощностьнагрузки, Вт, не более........290Амплитуда пульсаций выходного напряжения, В.......0,15Максимальный КПД, % ...........84Принципиальная схема устройства показана на рисунке. Сетевое напряжение через плавкую вставку FU1 и выключатель питания SA1 поступает на фильтр C1L1C3, который подавляет помехи, проникающие в сеть отИИП. Варистор RU1 защищает элементы ИИП от аварийного повышения напряжения питающей сети. После фильтра сетевое напряжение выпрямляет диодный мост VD4, а конденсатор С5 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Терморезистор RK1 с отрицательным ТКС ограничивает зарядный ток этого конденсатора при включении устройства. Защитный диод VD2 ограничивает выбросы напряжения на обмотке I трансформатора Т1 и тем самым защищает микросхему DA1 от выхода ее из строя.Диоды VD6 и VD7 совместно с конденсаторами С6, С7 образуют двуполярный выпрямитель, а светодиод HL1 совместно с токоограничивающим резистором R6 - цепь индикации наличия выходного напряжения ИИП. Одно-полупериодный выпрямитель на диоде VD5 со сглаживающим конденсатором С8 предназначен для питания вентилятора М1 постоянным напряжением 12 В. Этот вентилятор необходим для обдува теплоотвода и, кроме того, он совместно с цепью индикации выполняет функцию постоянной нагрузки ИИП.Дополнительный маломощный выпрямитель собран на диоде VD3, конденсатор С4 сглаживает пульсации выпрямленного напряжения. Стабилизация выходного напряжения ИИП осуществляется с помощью оптопары U1 и стабилитрона VD8. При увеличениивыходного напряжения ток через излучающий диод оптопары возрастает, сопротивление фототранзистора этой оптопары уменьшается и напряжение на входе С микросхемы DA1 возрастает - скважность импульсов через обмотку I увеличивается, следовательно, выходные напряжения ИИП уменьшаются. На элементах C9,C10,L2 собран ФНЧ, уменьшающий амплитуду пульсаций выходных напряжений.В устройстве применены постоянные резисторы МЛТ, ОМЛТ, С2-22, С2-23 мощность резистора R3 (2 Вт) выбрана не из-за рассеиваемой на неммощности, а только с учетом максимально допустимого напряжения. Под-строечный резистор - 3329Н-1 или СПЗ-19а, варистор RU1 - JVR-7N391K, JVR-10N391K, JVR-10N431K, JVR-14N391K, JVR-14N431K. Терморезистор RK1 с отрицательным ТКС - любой из серии NTC, обладающий сопротивлением в нормальном состоянии от 10...33 Ом, допускающий протекание тока не менее 3 АОксидные конденсаторы - импортные фирмы Elzet или СарХоп, они должны быть рассчитаны на работу на пульсирующем напряжении с частотой пульсаций не менее 132 кГц. Их можно заменить отечественными конденсаторами К50-35 и аналогичными при условии, что они будут зашунтированы керамическими (КМ-5, КМ-6, К10-17) или пленочными (К73-16, К73-17) конденсаторами на рабочее напряжение не менее 50 В и емкостью 0,047...0,47 мкФ. Конденсаторы С1, СЗ - серии FKP1 или МКР10 фирмы Wima.Диодный мост KBU8M можно заменить на мост BR1010, KBU606, KBU8K, KBU10K или RS807, стабилитрон ZY6.2 - на 1N4735A, ZY6.8, BZX85B-6V2, BZX85C-6V2, 1 N5341В или 1N5342B, а диод 1.5КЕ350СА - на SMBJ200CA или Р6КЕ300СА. Диоды 15ЕТН03 заменимы на 15ЕТН06, 15ETX06S, 30ЕРН06, 30ЕТН06, BYV29-500, BYC10-600, DSEI12-06А или FES16JT, диоды 1N4934 - на BYD33D, ES1B, ES2B, ER1B, ER1D, FR103, MUR120, FYR120, MURS110,SF12, SF22, UF4002. Взамен светодио-да КИПД02Г-1Л можно применить све-тодиоды КИПД36Ж1-Р, КИПД36И1-Р, КИПМ15М-1Р, КИПД02В-1Л, АЛ307ГМ, АЛ307НМ, АЛ307ПМ, а взамен оптопары РС817 - LTV816, LTV817, LTV817A или РС816. Выключатель питания должен обеспечивать коммутацию переменного напряжения 250 В при токе до 3 А, подойдет, например, SC768.Дроссель L1 намотан проводом ПЭЛШО 0,8 на магнитопроводе КП15х7х6,5 из материала МП-140. Намотку ведут вдвое сложенным проводом до заполнения окна. Для изго-
товления импульсного трансформатора применен магнитопровод Ш 12x15 из феррита 3000НМС, специально разработанного для работы в сильных магнитных полях. Толщина зазора в магнитопроводе составляет 0,16 мм. Обмотка I содержит 60 витков провода ПЭВ-2, ПЭЛШО 0,6, а обмотка II - 5 витков такого же провода диаметром 0,12 мм. Обмотка III содержит 15+2+2+15 витков литценд-рата, состоящего из 16 жил изолированного провода с диаметром каждой 0,15 мм. Обмотки изолируют одну от другой тремя слоями фторопластовой, майларовой или лакотканевой ленты. Такой же литцендрат применен для изготовления дросселя 12 - он намотан на тороидальном магнитопроводе КП24х13x6,5 мм из материала МП-140, намотку также ведут вдвое сложенным проводом до заполнения.Микросхему TOP250Y (в корпусе ТО-220-7С) допустимо заменить на TOP250R (в корпусе ТО-263-7С) или TOP250F (в корпусе ТО-262-7С). В любом случае микросхему крепят на теп-лоотводе с площадью поверхности не менее 40 см2. Место теплового контакта микросхемы и теплоотвода желательно смазать теплопроводной пастой, например КПТ-8. На этом же теп-лоотводе через диэлектрические теп-лопроводящие прокладки крепят диоды VD6 и VD7.Вентилятор М1 размерами 40x40x12 мм и напряжением питания 12 В - производства фирмы Gembird, но можно применить аналогичный от компьютерной техники. Налаживание сводится к точной установке постоянных выходных напряжений подстроечным резистором R5. Раздел:

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.

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:

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».

Продолжение следует...

Статья подготовлена по материалам журнала «Практическая электроника каждый день»

Вольный перевод: Главного редактора «РадиоГазеты»