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

Он имеет защиту от короткого замыкания и должен обеспечить непрерывную мощность 250 Вт. Преобразователь также имеет дополнительное выходное напряжение +/- 9..12 В, которое будет использоваться для питания предусилителя, вентиляторов и т.д.

Импульсный БП для усилителя – схема

Преобразователь выполнен в соответствии с этой схемой. Размеры платы 150×100 мм.

Инвертор состоит из нескольких базовых модулей, присутствующих в большинстве похожих БП, таких как блок питания ATX. Предохранитель, термистор и сетевой фильтр, состоящий из C21, R21 и L5, идут к источнику питания переменного тока 220 В. Затем выпрямительный мост D26-D29, входные конденсаторы инвертора C18 и C19 и силовые транзисторы Q8 и Q9 для переключения напряжения на трансформаторе. Силовые транзисторы управляются с помощью дополнительного трансформатора T2 одним из самых популярных ШИМ-контроллеров – TL494 (KA7500). Трансформатор тока Т3 для измерения выходной мощности последовательно соединен с первичной обмоткой. Трансформатор T1 имеет две разделенные вторичные обмотки. Одна из них формирует напряжение 2×35 В, а другая 2×12 В. На каждой из обмоток есть фаст диоды D14-D17 и D22-D25, которые в общей сложности образуют 2 выпрямительных моста.

После нагрузки линии +/- 34 В резистором 14 Ом, напряжение падает до +/- 31 В. Это довольно хороший результат для такого небольшого ферритового сердечника. Через 5 минут диоды D22-D25, основной трансформатор и MOSFET нагревались до температуры порядка 50C, что вполне безопасно. После подключения двух каналов TDA7294 напряжение упало до +/- 30 В. Инверторные элементы нагревались подобно резистивной нагрузке. После экспериментов выходная цепь оснащена конденсаторами 2200uF и дросселями 22uH / 14A. Падение напряжения немного выше, чем в случае с 6.8uH, однако их использование явно уменьшает нагрев МОП-транзисторов.

Выходное напряжение под нагрузкой обоих выходов с лампочками мощностью 20 Вт:

Принцип работы импульсного блока питания

Напряжение 220 В выпрямляется мостом с диодами D26-D29. Входные конденсаторы C18 и C19 заряжаются до общего напряжения 320 В, а поскольку инвертор работает в полумостовой системе, они делят их на половину, что дает 160 В на конденсатор. Это напряжение дополнительно уравновешивается резисторами R16 и R17. Благодаря этому разделению можно подключить трансформатор Т1 к одному каналу. Тогда потенциал между конденсаторами обрабатывается как масса, один конец первичной обмотки подключен к +160 В, другой к -160 В. Напряжение переключения первичной обмотки трансформатора Т1 осуществляется с помощью переменного транзистора N-MOSFET Q8 и Q9.

Конденсатор C10 и первичная обмотка трансформатора тока T3 расположены последовательно с первичной обмоткой. Конденсатор связи не нужен для функционирования схемы, но он играет очень важную роль – защищает от несбалансированного потребления энергии от входных конденсаторов и, следовательно, перед зарядкой одного из них до более чем 200 В. Трансформатор тока Т3, также расположенный последовательно с первичной обмоткой, действует как защита от короткого замыкания. Трансформатор тока обеспечивает гальваническую развязку и позволяет измерять величину тока, уменьшенную до точности ее передачи. Его задача – информировать контроллер о величине тока, протекающего через первичную обмотку T1.

Параллельно с первичной обмоткой основного трансформатора имеется так называемая схема гашения импульсов, которую образуют C13 и R18. Она подавляет всплески напряжения, возбуждаемые при переключении силовых транзисторов. Они не опасны для МОП-транзисторов, поскольку их встроенные диоды эффективно защищают от перенапряжения на стоках. Однако всплески напряжения могут отрицательно влиять на эффективность инвертора, поэтому важно их устранить.

Силовые МОП-транзисторы не могут управляться напрямую от контроллера из-за изменения потенциала верхнего транзисторного источника. Транзисторы управляются с помощью специального трансформатора Т2. Это обычный импульсный трансформатор, работающий в двухтактном режиме, открывающий силовые транзисторы. Управляющий трансформатор Т2 имеет на входе набор элементов управления напряжением на обмотках, которые помимо генерирования напряжения, продиктованного контроллером, защищают от возникновения размагничивающего напряжения сердечника. Неконтролируемое напряжение размагничивания удерживало бы транзистор открытым. Элементами, непосредственно ответственными за устранение напряжения размагничивания, являются диоды D7 и D9, а также транзисторы Q3 и Q5. Во время простоя, когда оба МОП-транзистора закрыты, ток протекает через D7 и Q5 (или D9 и Q3) и поддерживает напряжение размагничивания около 1,4 В. Это напряжение безопасно и не может открыть силовой транзистор.

Осциллограмма напряжения на входах MOSFET:

На осциллограмме можно четко видеть момент, когда сердечник ​​перестает размагничиваться диодами D7 и D8 (D6 и D9) и начинает намагничиваться в противоположном направлении транзисторами Q3 и Q4 (Q2 и Q5). В фазе размагничивания сердечника напряжение на затворе Т2 достигает 18 В, а на фазе намагничивания оно падает примерно до 14 В. Почему не использован один из драйверов типа IR? Прежде всего управляющий трансформатор более надежный, более предсказуемый. IR-драйверы очень капризны и подвержены ошибкам.

На вторичной обмотке основного трансформатора Т1 генерируется переменное напряжение, поэтому необходимо его выпрямить. Роль выпрямителя играют выпрямительные фаст диоды, генерирующие симметричное напряжение. Выходные дроссели расположены за диодами – их присутствие влияет на эффективность инвертора, подавляя всплески заряжающие выходные конденсаторы при включении одного из силовых транзисторов. Далее выходные конденсаторы с резисторами предварительной нагрузки, которые препятствуют подъёма напряжения до слишком высоких значений.

Практическая методика измерения синфазной помехи

Специальное, особенно сертифицированное оборудование для измерения синфазной помехи не всегда доступно инженеру при исследовании макетов источников питания на этапе разработки. Однако для приблизительной оценки уровней помех в области относительно низких частот можно использовать более доступные средства — например, цифровой осциллограф. Идея состоит в том, чтобы оцифровать осциллограммы напряжения на тестовых резисторах, являющиеся периодическими сигналами, а затем рассчитать их гармонический состав посредством преобразования Фурье.

На рис. 2 показаны осциллограммы напряжения Uизм1 и Uизм2 относительно заземления (согласно рис. 1) для блока RCA300.10240A [2] при следующих параметрах: Vin = 60 V, Vo = 24 V, Io = 1,25 A. Данный блок питается от сети постоянного напряжения, но имеет в своем составе фильтр синфазной помехи. Там же показан спектральный состав измеренных сигналов, рассчитанный с помощью преобразования Фурье до частоты, равной половине от частоты дискретизации оцифрованного сигнала (в данном случае до 12,5 МГц).

Рис. 2. Осциллограммы и спектральный состав синфазной помехи блока RCA300.10240A

На рис. 2 черным цветом показана ограничительная кривая по Class A, а синим цветом — по Class B. Как видно из рисунка, наиболее критичный диапазон с точки зрения удовлетворения требованиям стандарта — первые пять гармоник частоты преобразования (однако первая гармоника, чуть выше 100 кГц, не попадает еще в интересующий нас диапазон частот). Следует отметить, что различие в осциллограммах и спектрах сигналов, снятых на разных выводах блока, связано с отсутствием фильтра дифференциальной помехи в его составе, так что сигнал дифференциальной помехи в первом случае (осциллограмма слева) вычитается из сигнала синфазной помехи, а во втором случае (справа) складывается с ним. Тем не менее и в том, и в другом случае блок не удовлетворяет требованиям по Class B, но «проходит» по Class A.

Контроллер импульсного ИП

Контроллер является основой инвертора, поэтому опишем его более подробно. В инверторе использован контроллер TL494 с установленной частотой работы такой же, как и в блоках питания ATX, то есть 30 кГц. Инвертор не имеет стабилизации выходного напряжения, поэтому контроллер работает с максимальным коэффициентом заполнения импульсов, который составляет 85%. Контроллер оснащен системой плавного пуска, состоящей из элементов C5 и R7. После запуска инвертора схема обеспечивает плавное увеличение коэффициента заполнения начиная с 0%, что устраняет всплеск зарядки выходных конденсаторов. TL494 может работать от 7 В, и такое напряжение, подающее буфер управляющего трансформатора Т2, вызывает генерацию напряжения на затворах порядка 3 В. Такие не полностью открытые транзисторы выдадут десятки вольт, что приведет к огромным потерям мощности и существует высокая вероятность превышения опасного предела. Чтобы предотвратить это, сделана защита от слишком высокого падения напряжения. Она состоит из резисторного делителя R4 – R5 и транзистора Q1. После того как напряжение падает до 14,1 В, Q1 разряжает конденсатор плавного пуска, тем самым уменьшая заполнение до 0%.

Другая функция контроллера – защитить инвертор от короткого замыкания. Информация о токе первичной обмотки получается контроллером через трансформатор тока Т3. Ток вторичной обмотки Т3 протекает через резистор R9, на котором падает небольшое напряжение. Информация о напряжении на R9 через потенциометр PR1 поступает на усилитель ошибки TL494 и сравнивается с напряжением резисторного делителя R1 и R2. Если контроллер распознает напряжение выше 1,6 В на потенциометре PR1, он закрывает транзисторы до того, как они пересекут опасный предел и фиксируется через D1 и R3. Силовые транзисторы остаются закрытыми до тех пор, пока инвертор не будет перезапущен. К сожалению, эта защита работает правильно только на линии +/- 35 В. Линия +/- 12 В намного слабее и в случае короткого замыкания может быть недостаточно тока, чтоб защита сработала.

Источник питания контроллера – безтрансформаторный с использованием сопротивления конденсатора. Два конденсатора C20 и C24 потребляют реактивную энергию от сети, и, следовательно, заставляя ток течь, они заряжают фильтрующий конденсатор C1 через выпрямитель D10-D13. Стабилитрон DZ1 защищает от слишком высокого напряжения на C1 и стабилизирует их при 18 В.

Импульсные трансформаторы в БП

Качество и производительность импульсного трансформатора влияют эффективность всего преобразователя и выходное напряжение. Однако трансформатор выполняет функцию не только преобразования электричества, но также обеспечивает гальваническую изоляцию от сети 220 В и, таким образом, оказывает большое влияние на безопасность.

Вот как правильно сделать такой трансформатор. Прежде всего должен быть ферритовый сердечник. Он не может иметь воздушный зазор, его половинки должны отлично соединяться друг с другом. Теоретически здесь можно использовать тороидальный сердечник, но сделать хорошую изоляцию и обмотку будет довольно нелегко.

Рекомендуем брать основной ETD34, ETD29 в крайнем случае, но тогда максимальная непрерывная мощность будет составлять не более 180 Вт. Они стоят немного, поэтому лучшим решением будет получить поврежденный блок питания ATX. На сгоревших источниках питания от ПК в дополнение ко всем необходимым трансформаторам содержится ещё много полезных элементов, в том числе сетевой фильтр, конденсаторы, диоды, а иногда и TL494 (KA7500).

Трансформаторы должны быть осторожно выпаяны с платы блока питания ATX, предпочтительно с помощью термофена. После распайки не пытайтесь разобрать трансформатор, потому что он ​​сломается. Трансформатор следует класть в воду и кипятить. После 5 минут нужно осторожно захватив половинки сердечника через ткань, разделить. Если они не хотят расходиться, не тяните сильно – сломаете! Положить обратно и варите еще 5 минут.

Процесс намотки основного трансформатора должен начинаться с подсчета количества провода, который будет намотан. Из-за постоянной рабочей частоты и заданной максимальной индукции, количество обмоток первички зависит только от площади поперечного сечения основного столба ферритового сердечника. Максимальная индукция ограничена 250 мТ из-за работы в полумостовом режиме – здесь асимметрия намагниченности проста.

Формула для вычисления числа витков:

n = 53 / Qr,

• где n – количество обмоток первичной обмотки,
• Qr – площадь поперечного сечения основного стержня сердечника, приведенного в см2.

Таким образом, для сердечника с поперечным сечением 0,5 см2 необходимо наматывать 106 витков, а для сердечника с поперечным сечением 1,5 см2 потребуется только 35. Помните, что не стоит наматывать половину витка – всегда округлите до одного в плюс. Расчет количества обмоток вторички такой же, как и для любого другого трансформатора – отношение выходного напряжения к входному напряжению в точности равно отношению количества вторичных обмоток к числу обмоток первички.

Следующий шаг – рассчитать толщину проводов обмоток. Самое важное, что следует учитывать при расчете толщины проводов, – это необходимость заполнить все окно ядра проволокой – от этого зависит магнитное соединение обмоток трансформатора, и, следовательно, падение выходного напряжения. Полное поперечное сечение всех проводов, проходящих через окно сердечника, должно составлять около 40-50% поперечного сечения основного окна (основное окно – место, где провод проходит через сердечник). Если вы впервые мотаете трансформатор, нужно приблизиться к этим 40%. В расчетах также должны учитываться токи, протекающие через поперечное сечение обмоток. Обычно плотность тока составляет 5 А / мм2, и это значение не стоит превышать, использование более низких плотностей тока является желательным. При моделировании ток первичной стороны составляет 220 Вт / 140 В = 1,6 А, поэтому сечение провода должно быть 0,32 мм2, значит его толщина составит 0,6 мм. На вторичной стороне ток 220 Вт / 54 В будет равен 4,1 А, что приводит к поперечному сечению 0,82 мм и реальной толщине провода 1 мм. В обоих случаях учитывалось максимальное падение напряжения при загрузке. Следует также помнить, что из-за скин-эффекта импульсных трансформаторов толщина провода ограничена рабочей частотой – в нашем случае на 30 кГц максимальная толщина провода составляет 0,9 мм. Вместо провода толщиной 1 мм лучше использовать два более тонких провода. После расчета количества катушек и проводов проверьте, соответствует ли расчетное заполнение медного окна 40-50%.

Полезное: Высококачественный усилитель для наушников на ОУ и полевых транзисторах

Первичная обмотка трансформатора должна быть размещена в двух частях. Первая часть первички (из 35 витков) мотается как первая, на пустой каркас. Необходимо сохранить направление обмотки к каркасу – вторая часть обмотки должна быть намотана в том же направлении. После намотки первой части необходимо припаять другой конец к переходному, укороченному штифту, который не входит в плату. Затем наложите 4 слоя изоляционной ленты на обмотку и намотайте всю вторичную обмотку – это означает метод намотки. Это улучшает симметрию обмоток. Следующая вторичная обмотка для напряжения +/- 12 В может быть намотана непосредственно на обмотку +/- 35 В в местах, где было сохранено небольшое количество свободного места, а затем полностью изолирована 4 слоями изоляционной ленты. Конечно также необходимо изолировать места, где концы обмоток приводятся к штифтам корпуса. В качестве последней обмотки намотайте вторую часть первичной обмотки, обязательно в том же направлении, что и предыдущий. После намотки можно изолировать последнюю обмотку, но не обязательно.

Когда обмотки готовы, сложите половинки сердечника. Лучшее и проверенное решение – это соединение изолентой с капелькой клея. Несколько раз обматываем сердечник изоляционной лентой.

Управляющий трансформатор сделан как и любой другой импульсный трансформатор. В качестве сердечника можно использовать небольшой EE / EI, полученный от блоков питания ATX. Также можете купить тороидальный сердечник TN-13 или TN-16. Количество обмоток зависит, как обычно, от поперечного сечения сердечника.

В случае тороидальных формула такая:

n = 8 / Qr,

• где n – количество обмоток первичной обмотки,
• Qr – площадь поперечного сечения сердечника, приведенная в см2.

Вторичные обмотки должны быть намотаны с таким же количеством витков, что и первичные, допускаются только незначительные отклонения. Поскольку трансформатор будет управлять только одной парой МОП-транзисторов, толщина провода не важна, его минимальная толщина составляет менее 0,1 мм. В этом случае 0,3 мм. Первая половина первичной обмотки должна быть намотана последовательно – изоляционный слой – первая вторичная обмотка – изоляционный слой – вторая вторичная обмотка – изоляционный слой – вторая половина первичной обмотки. Направление обмотки обмоток очень важно, здесь MOSFET-ы необходимо включать поочередно, а не одновременно. После намотки соединяем сердечник так же, как и в предыдущем трансформаторе.

Трансформатор тока похож на вышеуказанные. Количество катушек здесь произвольно, в принципе, достаточно количества обмоток вторичной обмотки:

n = 4 / Qr,

• где n – количество обмоток вторичной обмотки,
• Qr – площадь поперечного сечения окружности сердечника, приведенная в см2.

Но поскольку токи тут очень малы, лучше всегда использовать большее количество витков. С другой стороны, более важно поддерживать соответствующее соотношение количества витков обеих обмоток. Если решите изменить это соотношение, придется отрегулировать значение резистора R9.

Вот формула для вычисления R9 в зависимости от количества витков:

R9 = (0.9Ω * n2) / n1,

• где n2 – количество обмоток вторичной обмотки,
• n1 – количество обмоток первичной обмотки.

С изменением R9 также необходимо изменить C7 соответственно. Трансформатор тока легче наматывать на тороидальный сердечник, рекомендуем TN-13 или TN-16. Тем не менее, вы можете сделать трансформатор на Ш-сердечника. Если намотаете трансформатор на тороидальный сердечник, сначала намотайте вторичную обмотку большим количеством витков. Затем изоляционную ленту и, наконец, первичную обмотку проволокой толщиной 0.8 мм.

Добавить ссылку на обсуждение статьи на форуме

РадиоКот >Схемы >Питание >Блоки питания >

Импульсный блок питания мощностью 200 Вт для УМЗЧ

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

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

ВНИМАНИЕ!

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

Итак, начнем.

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

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

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

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

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

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

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

Ну прям то что надо! Рассмотрим теперь сам ИИП.

Технические характеристики

Входное напряжение, В…………………………………………….. 176…265;

Номинальная суммарная мощность нагрузки, Вт………………. 217,5;

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

Уровень сигнала, при котором БП выключен…………………… <0,6 В или NC;

КПД при максимальной нагрузке, %……………………………… 80;

Габариты (ДхШхВ), мм………………………………………………..212х97х45

Выходные напряжения

Принципиальная схема

Принципиальная схема ИИП показана на рисунке.

По архитектуре данный БП напоминает ИИП компьютеров формата ATX. Напряжение сети через предохранители FU1 и FU2 подается на сетевой фильтр и трансформатор дежурного питания. Использование двух предохранителей необходимо по соображениям безопасности – с одним общим предохранителем в случае КЗ в обмотке Т1 ток в ее цепи будет недостаточен для пережигания этого предохранителя, а мощность, выделяющаяся на вышедшем из строя трансформаторе достаточна для его возгорания.

Сетевой фильтр содержит двухобмоточный дроссель L1, X-конденсаторы С1, С2 и Y-конденсаторы С3, С4 и особенностей не имеет. Варистор RV1 защищает ИИП от высоковольтных выбросов в сети и при превышении напряжением сети максимально допустимого значения.

NTC-терморезистор RK1 ограничивает ток зарядки конденсатора С5 при включении ИИП в сеть.

Напряжение, выпрямленное мостом VD1 и сглаженное конденсатором С5, поступает на полумостовой инвертор, образованный МОП-транзисторами VT1, VT2 и конденсаторами емкостного делителя С6, С7. Раздельное построение входного фильтра и емкостного делителя позволяет облегчить режим работы оксидного конденсатора фильтра, имеющего сравнительно большое значение ЭПС. Резисторы R5, R6 выравнивают напряжение на конденсаторах делителя.

В диагональ полумоста включен силовой импульсный трансформатор Т4.

Выходные цепи ИИП содержат выпрямители на диодах VD5 – VD8, VD9 – VD12, дроссель групповой стабилизации (ДГС) L3 и П-образные фильтры С11 – C16, L4, L5 и C17 – С22, L6, L7. Керамические конденсаторы С13, С14, С17, С18 облегчают режим работы соответствующих электролитов. Резисторы R11 – R14 создают начальную нагрузку, необходимую для нормальной работы ИИП на холостом ходу.

Цепочки C8, R7; C9, R9; C10, R10 – демпфирующие. Они ограничивают выбросы ЭДС самоиндукции индуктивности рассеяния и снижают создаваемые ИИП помехи.

Схема управления на основной плате не помещалась, поэтому собрана в виде модуля А1 на дополнительной плате.

Как вы наверно уже догадались, ее основой является микросхема DA2 UC3825AN. Питается она от интегрального стабилизатора на КРЕНке DA1. Конденсаторы С1 и С7 – фильтр питания. Они, как гласит ДШ, должны быть расположены максимально близко к соответствующим выводам DA2. Конденсатор С5 и резистор R8 – частотозадающие. При указанных на схеме номиналах частота преобразования БП примерно равна 56 кГц (частота работы ИМС при этом в 2 раза выше – у нас ведь двухтактный ИИП). Конденсатор С4 задает длительность плавного старта, в данном случае – 78 мс. Конденсатор С2 фильтрует помехи на выходе источника опорного напряжения. Элементы С6, R9, R10 – цепь компенсации усилителя ошибки, а R4, R6 – делитель выходного напряжения БП, с которого снимается сигнал обратной связи.

Защита от перегрузки по току реализована на трансформаторе тока Т3. Сигнал с его вторичной обмотки выпрямляется выпрямителем на диодах VD3, VD4 (основной платы). Резистор R8 (на основной плате) является нагрузкой трансформатора тока. Сигнал с R8 через фильтрующую цепочку R7, C3 (в модуле А1) подается на вход ограничения тока DA2. В этом БП реализовано потактовое ограничение тока, т. е. микросхема не дает току через ключи нарасти до опасных значений. При достижении напряжения 1 В на выводе 9 микросхема ограничивает ширину импульсов. Если же в нагрузке произошло КЗ и ток ключей увеличился быстрее, чем DA2 успела среагировать на это, напряжение на выводе 9 превысит 1,4 В. Микросхема разряжает С4 и вырубается. Ток в цепи первичной обмотки пропадает и микросхема перезапускается. Таким образом, при КЗ в нагрузке ИИП переходит в «икающий» режим.

Управление затворами полевых транзисторов реализовано с помощью трансформатора Т2. В настоящее время получило распространение использование всяких бутстрепных высоковольтных драйверов типа IR2110 и т. п. Однако недостатком таких микросхем является то, что при выходе из строя какого-либо элемента выгорает ВСЯ высоковольтная часть БП и гальванически связанные с ней узлы (с чем мне и пришлось столкнуться в процессе экспериментов с данными микросхемами). Кроме того, данные ИМС не обеспечивают гальванической развязки схемы управления от высоковольтной части, что при выбранной архитектуре недопустимо. Про особенности управления затворами можно прочитать в [3], а в [4] можно скачать программу для расчета трансформатора управления.

Диоды Шотки VD1 – VD4 в модуле А1 защищают выходы драйвера микросхемы управления. Этому также способствует резистор R11.

На элементах VT1, VT2, R1 – R5 собрана схема выключения ИИП. Смысл всего этого – коротить С4, переводя тем самым микросхему управления в ждущий режим. Такие навороты нужны для гарантированного выключения ИИП даже если вход выключения вдруг повис в воздухе (сгорел проц в блоке управления, оборвался провод) или же вышел из строя источник дежурного питания. Иными словами, работа DA2 будет заблокирована до тех пор, пока на нее подано питание и при этом на вход управления ИИП не подан уровень лог. 1.

В ИИП имеется дежурный источник питания, который может использоваться для питания блока управления усилителем с функцией дистанционного включения.

Основа дежурного источника питания – трансформатор Т1. Применение «обычного», 50-герцового трансформатора повышает надежность устройства по сравнению с получившими широкое распространение в компьютерных БП импульсными обратноходовыми преобразователями, которые очень часто дохнут, создавая различные пиротехнические эффекты. Все-таки дежурка предполагает круглосуточную работу. Выпрямленное мостом VD2 и сглаженное конденсатором С23 напряжение (около 15 В) поступает модуль А1 и на Step-Down (понижающий) импульсный преобразователь на всем известной МС34063 (русский аналог К1156ЕУ5АР). Про эту микруху можно почитать в ДШ [5]. Кто-то скажет, а зачем такие сложности? Чем не угодила КРЕНка? Дело в том, что для нормальной работы UC3825 нужно минимум 12 В во всем допустимом диапазоне напряжений сети. При максимальном же напряжении в сети (мы ведь должны учесть всё) на выходе моста VD2 может быть аж 18-20 В. При этом если ваш микропроцессорный блок потребляет больше 50 мА, КРЕНка превратится в большую печку.

Супрессор VD14 защищает нагрузку дежурки (ваш мегасложный и супернавороченный микроконтроллерный блок управления) в случае выхода из строя источника дежурного питания (например, при пробое ключа МС34063 на ее выходе могут оказаться все 15 В).

Конструкция и детали

Поскольку я не люблю «соплей», а данное устройство любит правильную разводку, ИИП собран на односторонней печатной плате, рисунок которой приведен ниже: На основной плате установлены две перемычки из провода МГТФ — J1 со стороны деталей и J2 — со стороны дорожек. Как уже отмечалось выше, схема управления не поместилась на основной плате и поэтому собрана на вспомогательной плате: Применение SMD-элементов здесь вызвано не столько желанием сделать ультрамаленький модуль и усложнить задачу покупки элементов радиолюбителям из отдаленных от г. Москва регионов, сколько требованиями по разводке высокочастотных цепей вокруг UC3825. Благодаря использованию SMD-элементов удалось сделать все печатные проводники минимальной длины. Кто хочет, может попробовать красиво нарисовать платку под обычные детальки – у меня не получилось =))

Замечу также, что сильно отклоняться от приведенной разводки платы я настоятельно не рекомендую, т. к. БП может либо начать «гадить» в эфир, либо вообще не будет работать.

Теперь о деталях. Многие из них можно вытащить из неисправных или устаревших компьютерных БП. Основная плата рассчитана на установку резисторов С2-23 (МЛТ, ОМЛТ и т. п.), резисторы R10, R13 и R14 импортные (они тоньше МЛТ). Керамические конденсаторы – К10-17Б или аналогичные импортные, С25 должен быть обязательно из диэлектрика NPO или аналогичного, С6, С7 – пленочные К73-17.

Помехоподавляющие конденсаторы С1, С2 должны быть категории Х2, а С3 и С4 – Y2. К последним это требование обязательно, т. к. от них зависит электробезопасность ИИП. Конденсаторы С8 – С10 – керамические дисковые высоковольтные импортные. Можно поставить К15-5, но они больше, придется подправить плату.

Все оксидные конденсаторы должны быть с низким эквивалентным последовательным сопротивлением (Low ESR). Подойдут конденсаторы Jamicon серии WL. В качестве С5 подойдет Jamicon HS.

Дроссель L1 – от компового БП, выдранный из аналогичного места. На моем было написано “YX EE-25-02”. Дроссели L2, L4, L5 – стандартные на гантельках диаметром 9 мм, например, серии RLB0914. Дроссель L2 должен быть рассчитан на ток не менее 0,8А, L4, L5 – не менее 0,5 А. Дроссели L6 и L7 намотаны на кольцах T72 (К18,3х7,11х6,60) из распыленного железа марки -26 (желто-белого цвета). Я использовал уже готовые, поэтому сколько там витков не знаю, но при желании число витков можно рассчитать в программе «DrosselRing» [6]. Измеренная индуктивность моих дросселей 287 мкГн.

Транзисторы VT1, VT2 – n-канальные MOSFET с напряжением сток-исток не менее 500 В и током стока не менее 8 А. Следует выбирать транзисторы с минимальным сопротивлением открытого канала (Rds_on) и минимальным зарядом затвора.

Мост VD1 – любой на 800-1000 В, 6А, VD2 – любой >50В, 1А. В качестве VD3, VD4 подойдут КД522. Диоды VD5 – VD8 – Шоттки на напряжение не менее 80 В и ток не менее 1 А, VD9 – VD12 – быстродействующие (ultrafast) на напряжение не менее 200 В, ток 10…15 А и временем обратного восстановления не более 35 нс (в крайнем случае 75…50 нс). Будет совсем шикарно, если найдете Шоттки на такое напряжение. Диод VD13 – любой Шоттки 40 В, 1А.

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

XP3 – разъем с ATX-материнки.

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

Трансформатор управления Т2

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

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

С тороидальным трансформатором, намотанным как написано выше, осциллограмма имеет такой вид: При монтаже трансформатора управления необходимо соблюдать фазировку обмоток! При неправильной фазировке при включении сгорят транзисторы полумоста!

Трансформатор тока Т3

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

Силовой импульсный трансформатор Т4

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

Такая намотка трансформатора позволяет уменьшить индуктивность рассеяния в четыре раза.

На все выводы первичной обмотки надевают фторопластовые трубки.

Дроссель групповой стабилизации L3

ДГС рассчитан в программе «CalcGRI» [8].

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

Все моточные изделия рекомендуется пропитать лаком PLASTIK-71.

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

Выглядит собранный ИИП так:

Сборка и настройка

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

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

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

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

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

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

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

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

Удачной сборки!

Литература

1. Схемы ШИМ-контроллеров К1156ЕУ2, К1156ЕУ3 https://www.sitsemi.ru/kat/1156eu23.pdf
2. Широтно-импульсные контроллеры серий КР1156ЕУ2 и КР1156ЕУ3. – Радио, 2003, №6, с. 47 – 50.
3. Разработка и применение высокоскоростных схем управления силовыми полевыми транзисторами https://valvolodin.narod.ru/articles/FETsCntr.pdf
4. Расчет и применение GDT https://bsvi.ru/raschet-i-primenenie-gdt/
5. DC-DC конвертер К1156ЕУ5 https://www.sitsemi.ru/kat/1156eu5c.pdf
6. Программа «DrosselRing» https://radiokot.ru/forum/download/file.php?id=106660
7. Программа «ExcellentIT(5000)» https://radiokot.ru/forum/download/file.php?id=106659
8. Программа «CalcGRI» https://radiokot.ru/forum/download/file.php?id=106664

Файлы:

Плата в формате Sprint Layout 5.0

Все вопросы в Форум.

Описание элементов схемы

Почти все элементы можно найти в блоке питания ATX. Диоды D26-D29 с напряжением пробоя 400 В, но лучше взять немного выше, по меньшей мере 600 В. Готовый выпрямитель можно найти в блоке питания ATX. Диодные мосты для питания контроллера также целесообразно применять не менее 600 В. Но они могут быть дешевыми и популярными 1N4007 или похожими.

Стабилитрон, ограничивающий напряжение питания контроллера, должен выдерживать мощность 0,7 Вт, поэтому его номинальная мощность должна составлять 1 Вт или более.

Конденсаторы C18 и C19 могут использоваться с другой емкостью, но не менее 220 мкФ. Емкость более 470 мкФ также не должна использоваться из-за излишне увеличенного тока при включении инвертора в сеть и больших размеров – они могут просто не влезть на плату. Конденсаторы C18 и C19 также находятся в каждом блоке питания ATX.

Силовые транзисторы Q8 и Q9 – очень популярные IRF840, доступные в большинстве электронных магазинов по 30 рублей. В принципе, вы можете использовать другие МОП-транзисторы на 500 В, но это повлечет изменение резисторов R12 и R13. Установленные на 75 Ом обеспечивают время открытия / закрытия затвора около 1 мкс. В качестве альтернативы, их можно заменить либо на 68 – 82 Ома.

Буферы перед входами MOSFET и управляющим трансформатором I, на транзисторах BD135 / 136. Здесь могут использоваться любые другие транзисторы с напряжением пробоя выше 40 В, такие как BC639 / BC640 или 2SC945 / 2SA1015. Последний может быть выдран из блоков питания ATX, мониторов и т. д. Очень важным элементом инвертора является конденсатор C10. Это должен быть полипропиленовый конденсатор, адаптированный к большим импульсным токам. Такой конденсатор находится в блоках питания ATX. К сожалению, иногда он является причиной отказа источника питания, поэтому нужно тщательно его проверить прежде чем паять в схему.

Диоды D22-D25, которые выпрямляют напряжение +/- 35 В, использованы UF5408, подключенные параллельно, но лучшим решением было бы использовать одиночные диоды BY500 / 600, которые имеют более низкое напряжение падения и более высокий номинальный ток. Если возможно, эти диоды должны быть спаяны на длинных проводах – это улучшит их охлаждение.

Дроссели L3 и L4 намотаны на тороидальные порошковые сердечники из источников питания ATX – они характеризуются преобладающим желтым цветом и белой окраской. Достаточны сердечники диаметром 23 мм, 15-20 витков на каждом из них. Однако испытания показали, что они не нужны – инвертор работает и без них, достигает своей мощности, но транзисторы, диоды и конденсатор C10 становятся более горячие из-за импульсных токов. Дроссели L3 и L4 повышают эффективность инвертора и снижают частоту отказов.

Выпрямители D14-D17 +/- 12 В оказывают большое влияние на эффективность этой линии. Если эта линия будет питать предусилитель, дополнительные вентиляторы, дополнительный усилитель для наушников и, например, индикатор уровня, диоды должны использоваться по крайней мере на 1 A. Однако, если линия +/- 12 В будет питать только предусилитель, который тянет до 80 мА, даже можно использовать тут 1N4148. Дроссели L1 и L2 практически не нужны, но их присутствие улучшает фильтрацию помех от электросети. В крайнем случае вместо них можно использовать резисторы на 4,7 Ом.

Ограничители напряжения R22 и R23 могут состоять из серии силовых резисторов, соединенных последовательно или параллельно, чтобы получить один резистор с более высокой мощностью и соответствующее сопротивление.

Конденсаторы

Типичная зависимость импеданса (модуля полного сопротивления) электролитического конденсатора ёмкостью 10000 мкФ от частоты показана на рисунке 4 (по данным компании Nichicon, красные точки на графике поставил я). Пунктирными прямыми линиями на графике показано поведение идеального конденсатора (линия Xc) и идеальной катушки индуктивности (линия XL).

На низких частотах конденсатор ведёт себя «правильно», и имеет свойства конденсатора: при увеличении частоты его импеданс пропорционально уменьшается. Это происходит левее точки A на рисунке 4, когда график, отображающий свойства конденсатора, совпадает с идеальной линией Xc. На более высоких частотах (между точками A и B) ёмкостные свойства конденсатора ухудшаются и начинают сказываться его активное сопротивление и индуктивность. В точке B конденсатор представляет собой уже просто резистор, а на более высоких частотах (между точками B и C) он обладает индуктивным характером. На ещё более высоких частотах (правее точки C) конденсатор представляет собой индуктивность, там его свойства совпадают с линией индуктивности XL.

Так что конденсатор, характеристика которого показана на рисунке 4, хорошо работает на частотах примерно до 1 кГц, а на частоте 20 кГц он является практически резистором. На более высоких частотах он является индуктивностью. Конденсаторы с большей ёмкостью имеют ещё более низкую максимальную рабочую частоту.

На самом деле не всё так плохо, как кажется. Даже на этих высоких частотах конденсатор способен запасать и отдавать энергию. То есть, он работает и делает своё дело. Но вот то, что конденсатор проявляет свойства индуктивности, может вызвать неустойчивую работу усилителя. Иногда в усилителях возникают высокочастотные колебания (усилители самовозбуждаются) из-за индуктивного характера цепи питания. Поэтому параллельно электролитическим конденсаторам подключаются плёночные конденсаторы достаточно большой ёмкости. У них максимальная рабочая частота намного выше, и они сохраняют ёмкостный режим работы в звуковом и ультразвуковом диапазоне, компенсируя индуктивный характер электролитических конденсаторов.

Если говорить честно, то в этом месте плёночные конденсаторы не нужны. Внутри блока питания усилителя, выполненного в виде отдельного узла, дополнительные плёночные конденсаторы пользы практически не приносят. Потому что усилитель подключается к блоку питания при помощи кабеля. Сопротивление и индуктивность кабеля «съедают» всю ёмкостную составляющую, создаваемую плёночными конденсаторами. Так что польза от конденсаторов C13 и C14 очень мала. Но они не приносят никакого вреда. Такие конденсаторы просто необходимо устанавливать на плате усилителя вблизи выходных транзисторов. В том месте они работают хорошо, и без таких конденсаторов, установленных на плате усилителя, получить высокое качество звучания практически невозможно. При отсутствии либо недостаточной ёмкости этих плёночных конденсаторов на плате усилителя, в усилителях возникают высокочастотные колебания (осцилляции). Но поскольку от плёночных конденсаторов нет и вреда, то пусть будут, хотя бы маленькую пользу они принесут. В конце концов, они помогут подавить высокочастотные помехи, прошедшие сквозь все наши фильтры. С плёночными конденсаторами такие помехи не имеют ни одного шанса. Важно, чтобы установка на печатную плату таких конденсаторов не ухудшило работу блока питания – чтобы не повысились сопротивление и индуктивность проводников.

Этот блок питания для усилителя содержит три пары электролитических конденсаторов. А сколько пар конденсаторов должно быть? При параллельном соединении ёмкости конденсаторов суммируются. Три конденсатора по 10000 мкФ, соединённые параллельно, имеют эквивалентную ёмкость, равную 30000 мкФ. Можно ли вместо трёх этих конденсаторов применить один конденсатор ёмкостью 30000 мкф? Можно! Почему же я так не сделал? Тут несколько причин:

• конденсаторы большой ёмкости дефицитные и дорогие;
• конденсаторы большой ёмкости имеют большие габариты, поэтому их не всегда удобно размещать в корпусе;
• для наиболее эффективной работы конденсатора, его реальное физическое подключение (подключение, показанное на принципиальной схеме, является условным) должно быть правильным. Крупногабаритные конденсаторы обычно располагаются вне печатной платы, и подключаются проводами. В этом случае правильное подключение обеспечить сложнее, рис. 5. Да и сопротивление соединительных проводов будет больше.

Сколько пар конденсаторов можно использовать? Обычно от одной до четырёх-пяти. Но чаще всего две-три. В этом случае конструкция блока питания получается наиболее удобной. Кстати, использование нескольких конденсаторов меньшей ёмкости вместо одного большого может оказаться удачным решением ещё и потому, что чем ёмкость конденсатора меньше, тем лучше у него высокочастотные свойства (см. рис. 4).

Запуск и настройка инвертора

После травления плат начните сборку элементов, начиная от самых маленьких до самых больших. Необходимо припаять все компоненты, кроме дросселя L5. После завершения сборки и проверки платы установите потенциометр PR1 в крайнее левое положение и подключите сетевое напряжение к разъему INPUT 220 В. На конденсаторе C1 должно присутствовать напряжение 18 В. Если напряжение останавливается примерно на уровне 14 В, это означает проблему управления трансформатором или силовыми транзисторами, то есть короткое замыкание в цепи управления. Владельцы осциллографа могут проверить напряжение на транзисторных затворах. Если контроллер работает правильно, проверьте правильность переключения MOSFET.

После включения питания 12 В и источника питания контроллера на линии +/- 35 В должно появиться +/- 2 В. Такое дело означает, что транзисторы контролируются должным образом, поочередно. Если лампочка на блоке питания 12 В была включена и на выходе не было напряжения, это означало бы, что оба силовых транзистора открываются одновременно. В этом случае управляющий трансформатор должен быть отсоединен, а провода одной из вторичных обмоток трансформатора должны быть поменяны. Далее припаять трансформатор назад и повторить попытку с источником питания 12 В и лампой. Если тест пройдет успешно и получим на выходе +/- 2 В, можно отключить источник питания лампы и припаять индуктивность L5. С этого момента инвертор должен работать от сети 220 В через лампу на 60 Вт. После подключения к сети лампочка должна кратковременно мигнуть и немедленно полностью отключиться. На выходе должно появиться +/- 35 и +/- 12 В (или другое напряжение в зависимости от соотношения оборотов трансформатора).

Загрузить их небольшой мощностью (например от электронной нагрузки) для тестирования и лампочка на входе начнет немного светиться. После этого теста нужно переключить инвертор непосредственно на сеть, а на линию +/- 35 В подключить нагрузку с сопротивлением около 20 Ом для проверки мощности. PR1 следует отрегулировать так, чтоб инвертор не отключается после зарядки нагревателя. Когда инвертор начнет нагреваться, вы можете проверить падение напряжения на линии +/- 35 В и рассчитать выходную мощность. Для проверки силовой мощности инвертора достаточно 5-10-минутного теста. За это время все компоненты инвертора смогут нагреться до их номинальной температуры. Стоит измерить температуру радиатора MOSFET, она не должна превышать 60C при температуре окружающей среды 25C. Наконец, необходимо нагрузить инвертор усилителем и установить потенциометр PR1 как можно больше влево, но чтобы инвертор не выключался.

Раздельное питание?

Иногда можно услышать, что у высококачественного усилителя должно быть раздельное питание – каждый из стереоканалов должен питаться от отдельного блока питания. Существует принцип конструирования усилителей «двойное моно», когда в одном корпусе установлены два независимых монофонических усилителя. Иногда усилители даже делают в виде моноблоков – полностью одноканальный усилитель со своим блоком питания, помещённый в отдельный собственный корпус. На самом деле моноблок – это маркетинговый трюк. Конструкция «двойное моно» позволяет снизить затраты на производство: вместо разработки двухканальных печатных плат, инженеру платят за одноканальную плату вдвое меньших размеров. Сборка и наладка маленьких одноканальных плат также обходятся дешевле. И брак одной маленькой платы вызывает меньшие потери, чем большой двухканальной платы.

Так есть ли необходимость в раздельном питании стереоканалов усилителя? В принципе да. Ведь просадки напряжения питания, вызванные работой одного канала усилителя, попадают в другой канал. Но давайте разберёмся, что происходит на самом деле. Экспериментальное исследование данного вопроса описано в статье Раздельное питание каналов стерео усилителя.

Взаимное влияние усилителей через общий источник питания происходит двумя путями:

1. Просадки напряжения питания, вызванные работой одного канала усилителя, приводят к снижению напряжения питания во втором канале. И следовательно, к возможности возникновения в нём клиппинга.
2. Нестабильность питания, вызванная другим каналом усилителя, проникает в «чистый» канал усилителя и вызывает в нём появление помех.

Начнём со второго пункта. Чем лучше усилитель (это закладывается в его конструкцию), тем меньше на него влияют помехи, приходящие по питанию. Существует даже такой параметр усилителя: коэффициент подавления пульсаций (нестабильности) напряжения питания (PSRR, или kSVR) .

У хороших усилителей этот коэффициент довольно большой. То есть, у хороших усилителей помехи, приходящие по питанию, практически не воздействуют на усиливаемый сигнал. Поэтому их можно не бояться (если всё делать правильно). А вот у плохих усилителей с маленьким значением PSRR помехи из цепи питания вполне могут заметно повлиять на сигнал.

Но тогда получается, что раздельное питание в большей степени необходимо именно плохим усилителям!

Действительно, в высококачественных усилителях помехи в цепи питания подавляются настолько хорошо, что то их количество, которое попадает в сигнал, никак не влияет на качество звука. Взаимные помехи стереоканалов по цепи питания настолько малы, что теряются на фоне других видов помех и искажений. Естественно, это происходит только при грамотной конструкции всего устройства в целом. Так что с этой стороны проблем мы не получим.

Гораздо важнее первый пункт – влияние просадок напряжения, вызванных одним каналом на другой канал усилителя. Ведь если напряжение питания уменьшается, уменьшается и максимальная выходная мощность усилителя. Появляется возможность для возникновения клиппинга. Но на самом деле, один общий блок питания для нескольких каналов ничуть не хуже, а иногда даже лучше двух отдельных блоков.

Проведём мысленный эксперимент. Допустим, у нас есть одноканальный усилитель (или моноблок), предназначенный для воспроизведения монофонического сигнала. Усилитель снабжён блоком питания, в котором трансформатор имеет мощность 50 Вт, а ёмкость накопительных конденсаторов в фильтре питания 10000 мкФ. Для стереосигнала надо использовать два таких усилителя. Объединим их в общий корпус и снабдим общим блоком питания. В получившемся стерео варианте усилителя используется трансформатор мощностью 100 Вт (=2∙50) и накопительные конденсаторы ёмкостью 20000 мкФ (=2∙10000). Теперь давайте сравним эти два усилителя: один со структурой двойное моно, а второй — стерео с «удвоенным» блоком питания.

Рассмотрим один из двух крайних случаев. Подадим в оба стереоканала этого усилителя один и тот же монофонический сигнал. Не будет никакой разницы, работает ли два канала усилителя от двух раздельных блоков питания или от одного блока питания удвоенной мощности. Все напряжения – максимальное, минимальное, среднее, а также величина пульсаций будут одинаковыми. Потому что мы с одной стороны удвоили число каналов, а значит и потребляемый ток, а с другой стороны, точно также удвоили мощность блока питания. Так что в этом случае разницы никакой нет, используется один общий блок питания, либо два отдельных.

Другой крайний случай. Теперь подадим на входы нашего усилителя стереосигнал. Он отличается от монофонического тем, что в каждом из каналов свой звук. Так вот, крайний случай состоит в том, что в одном из каналов звук есть, а в другом нет. Такое иногда бывает в начале или конце музыкальной композиции. Как ведут себя наши стерео усилители, один из которых оснащён раздельными блоками питания, а второй общим блоком питания для двух каналов?

Усилитель с раздельными блоками питания работает так: один их каналов простаивает, а второй работает в стандартном режиме. Его питание обеспечивают накопительные конденсаторы ёмкостью 10000 мкФ в его отдельном блоке питания. Соответственно напряжения и пульсации имеют заданную величину.

Усилитель с общим блоком питания работает в улучшенных условиях: в его распоряжении находятся ресурсы обоих каналов питания! То есть для получения того же сигнала мы пользуемся трансформатором мощностью 100 Вт и накопительными конденсаторами ёмкостью 20000 мкФ. В результате пульсации будут вдвое меньше, а минимальное напряжение питания несколько больше, чем у усилителя с отдельными блоками питания.

Действительно, пока один из отдельных блоков питания простаивает, общий блок питания работает в полную силу на другой канал усилителя.

Свойства реального стереосигнала находятся примерно посередине. Громкость музыки больше то в одном канале, то в другом. Когда громкость в одном из стереоканалов меньше, соответствующий усилитель потребляет от блока питания меньшую мощность. И каждый раз общий блок питания высвободившиеся ресурсы отдаёт тому стереоканалу, который в них нуждается больше. Это эквивалентно увеличению мощности блока питания примерно на 5…15%. Раздельные блоки питания на такое неспособны.

Я это вижу особенно хорошо, когда пользуюсь своим AV ресивером. Он имеет пять каналов с общим блоком питания. Когда я слушаю стереозвук, вся мощность этого блока питания поступает на два усилителя фронтальных каналов. И эти два усилителя никогда не испытывают недостатка в энергии, поступающей от блока питания, расчитанного на пять каналов.

Таким образом, делать отдельные блоки питания для каждого из каналов усилителя нет смысла.

Но иногда всё же используют раздельные блоки питания. В этих случаях всегда существуют достаточно веские причины другого характера. Например, один трансформатор большой мощности не помещается в корпус. Либо два трансформатора устанавливают так, чтобы создаваемые ими магнитные поля взаимно компенсировались. Либо конструктивно удобнее разместить в корпусе два небольших блока питания вместо одного большого. Либо каждый из каналов усиления должен быть отдельным независимым модулем с возможностью оперативного наращивания количества каналов. Либо что-то ещё.

Рекомендации по монтажу и повышению мощности

Инвертор может быть адаптирован к любым потребностям по питанию различных УМЗЧ. При проектировании пластины старались, чтобы она была как можно более универсальной, для монтажа различных типов элементов. Расположение трансформатора и конденсаторов позволяет монтировать довольно большой радиатор МОП-транзисторов по всей длине платы. После надлежащего изгиба выводов диодных мостов, их можно установить в металлический корпус. Увеличение теплоотвода позволяет увеличить мощность преобразователя теоретически до 400 Вт. Затем необходимо использовать трансформатор на ETD39. Для этого изменения конденсаторы C18 и C19 требуются на 470 мкФ, C10 на 1.5-2.2 мкФ и использование 8 диодов BY500.