М. СИРАЗЕТДИНОВ,г. Уфа
Радио, 2000 год, №9
При сборке мощных УНЧ всегда встает вопрос о защите от импульсных перегрузок в момент включения . Как правило выходной каскад любого мощного усилителя питается от двухполярного источника в котором устанавливаются конденсаторы очень большой емкости (до 10 000 мкФ а порою и выше). При включении блока питания через них начинает протекать очень большой зарядный ток что создает значительную нагрузку на сам источник питания, да и для выходного каскада это тоже не сильно-то хорошо...
Выход из положения- так называемый "мягкий" запуск: плавная подача сетевого напряжения на сетевой трансформатор. В литературе рассматривалось достаточно много устройств и здесь представлено очередное из них.
Главная его отличительная особенность заключается в том что что здесь нарастание сетевого напряжения происходит действительно плавно, а не ступенчато как во многих подобных устройствах.
Схема устройства для мягкого включения УНЧ
Принципиальная схема устройства "мягкого" включения питания УМЗЧ показана на рисунке. Транзистор VT1 через диодный мост VD1-VD4 включен последовательно с первичной обмоткой трансформатора Т1 блока питания. Выбор полевого транзистора МОП-структуры с изолированным затвором обусловлен высоким входным сопротивлением его управляющей цепи, что позволяет уменьшить потребляемую мощность.
Узел управления состоит из цепей, формирующих напряжение на затворе транзистора VT1, и электронного ключа на транзисторах VT2, VT3. Первая цепь образована элементами VD5, C1, R1 - R3, VD7, С4, устанавливающими начальное напряжение на затворе транзистора VT1. Во вторую - входят элементы VD8, R4, R5, С2, СЗ, обеспечивающие плавное нарастание напряжения на затворе транзистора VT1. Стабилитрон VD6 ограничивает напряжение на затворе транзистора VT1 и защищает его от пробоя.
В исходном состоянии конденсаторы цепей узла управления разряжены, поэтому в момент замыкания контактов выключателя сетевого питания SB1 напряжение на затворе транзистора VT1 относительно его истока равно нулю и ток цепи исток-сток отсутствует. Это означает, что ток в первичной обмотке трансформатора Т1 и падение напряжения на ней также равны нулю. С приходом первого положительного полупериода сетевого напряжения конденсатор С1 начинает заряжатьсячерез цепь VD5, VD3 и в течение этого полупериода заряжается до амплитудного значения сетевого напряжения.
Стабилитрон VD7 стабилизирует напряжение на делителе R2R3. Напряжение на нижнем по схеме плече подстро-ечного резистора R3 определяет начальное напряжение затвор-исток транзистора VT1, которое устанавливается близким к пороговому значению 2...4 В. Через несколько периодов сетевого напряжения импульсы тока, протекающие через конденсатор С2, зарядят его до напряжения, превышающего напряжение отсечки транзистора VT3.
Электронный ключ на транзисторах VT2, VT3 закрывается, и конденсатор СЗ начинает заряжаться через цепь VD8, R4, R5, R3, VD3. Напряжение затвор-исток транзистора VT1 определяется в это время суммой напряжения на нижнем плече резистора R3 и плавно возрастающего напряжения на конденсаторе СЗ. По мере роста этого напряжения транзистор VT1 открывается и сопротивление его канала исток-сток становится минимальным. Соответственно напряжение на первичной обмотке трансформатора Т1 плавно увеличивается почти до величины сетевого напряжения. Дальнейший рост напряжения затвор-исток транзистора VT1 ограничивается стабилитроном VD6. В установившемся режиме падение напряжения на диодах моста VD1-VD4 и транзисторе VT1 не превышает 2...3 Вт, так что на дальнейшую работу блока питания УМЗЧ это практически не влияет. Длительность наиболее тяжелого режима работы транзистора VT1 не превышает 2...4 с, поэтому рассеиваемая им мощность невелика. Конденсатор С4 устраняет пульсации напряжения на переходе затвор-исток транзистора VT1. создаваемые импульсами зарядного тока конденсатора СЗ на нижнем плече резистора R3.
Электронный ключ на транзисторах VT2, VT3 быстро разряжает конденсатор СЗ после выключения блока питания УМЗЧ или при кратковременных перебоях в сети питания и подготавливает узел управления к повторному включению.
В авторском варианте устройства защиты использован импортный конденсатор производства фирмы Gloria (С1), а также отечественные: К53-1 (С2, С4) и К52-1 (СЗ). Все постоянные резисторы - МЛТ, подстроечный резистор R3 - СП5-3. Транзистор КП707В (VT1) может быть заменен на другой, например. КП809Д. Важно, чтобы сопротивление его канала в открытом состоянии было минимальным, а предельное напряжение исток-сток составляло не менее 350 В. Вместо транзистора КТ3102Б (VT2) допустимо использовать КТ3102В и КТ3102Д, а вместо КП103И(VTЗ)-КП103Ж.
Транзистор VT1 снабжен небольшим теплоотводом площадью 10...50см 2 .
Настройка устройства заключается в подборе оптимального положения движка подстроечного резистора R3. Первоначально его устанавливают в нижнее (по схеме) положение и через высокоомный делитель подключают к первичной обмотке трансформатора
Т1 осциллограф. Затем замыкают контакты выключателя SB1 и, перемещая движок резистора R3. наблюдают за процессом нарастания амплитуды напряжения на первичной обмотке трансформатора. Движок оставляют в таком положении, при котором временной интервал между включением SB1 и началом нарастания амплитуды напряжения на обмотке Т1 минимален. При необходимости следует подобрать емкость конденсатора СЗ.
Устройство испытывалось с макетом УМЗЧ, близким по структуре к усилителю, описанному в статье А. Орлова "УМЗЧ с однокаскадным усилением напряжения" (см. "Радио". 1997, № 12, с. 14 - 16). Выброс напряжения на выходе УМЗЧ при включении блока питания не превышал 1.5 В
В статье использованы материалы из статьи Алексея Ефремова . Идея разработки устройства плавного старта БП у меня появилась давно, и на первый взгляд должна была реализоваться достаточно просто. Примерное решение предложил Алексей Ефремов в вышеупомянутой статье. В основу устройства он тоже положил ключ на мощном высоковольтном транзисторе.
Цепь до ключа можно представить графически так:
Ясно, что при замыкании SA1 первичная обмотка силового трансформатора фактически подключается к сети. Зачем вообще там диодный мост? - что бы обеспечить питание постоянным током ключа на транзисторе.
Схема с транзисторным ключом:
Приведенные номиналы делителя несколько смущают… хотя надежда на то, что устройство не задымит и не бабахнет остается, возникают сомнения. И все же я опробовал подобный вариант. Только питание выбрал более безобидное - 26В, конечно, выбирал другие номиналы резисторов, в качестве нагрузки использовал не трансформатор, а лампу накаливания 28В/10Вт. И ключевой транзистор использовал BU508A.
Опыты мои показали, что резисторный делитель успешно понижает напряжение, но токоотдача такого источника очень мала (у перехода БЭ низкое внутреннее сопротивление), напряжение на конденсаторе сильно падает. Беспредельно снижать номинал резистора в верхнем плече я не рискнул, в любом случае - даже если нащупать правильное распределение тока в плечах и переход насытится, это все равно будет только смягченный, но не плавный пуск.
По моему мнению, истинно плавный пуск должен происходить как минимум в 2 этапа; сначала ключевой транзистор слегка открывается - пары секунд уже будет достаточно что бы электролиты фильтра в БП подзарядились слабым током. А на втором этапе уже необходимо обеспечить полное открытие транзистора. Схему пришлось несколько усложнить, кроме деления процесса на 2 этапа (ступени) я решил сделать ключ составным (схема Дарлингтона) и в качестве источника управляющего напряжения я решил использовать отдельный маломощный понижающий трансформатор.
*Номиналы резистора R 3 и подстроечника R 5. Для получения напряжения питания схемы 5,1В суммарное сопротивление R 3+R 5 должно быть 740Ом (при выбранном R 4=240Ом). Например, для обеспечения подстройки с небольшим запасом R 3 можно взять 500-640Ом, R 5 - 300-200Ом соответственно.
Как работает схема, полагаю, нет особой необходимости подробно расписывать. Если кратко - запуск первой ступени осуществляет VT4, запуск второй - VT2, а VT1 обеспечивает задержку включения второй ступени. В случае с “отдохнувщим” устройством (все электролиты полностью разряжены) первая ступень стартует через 4 сек. после включения, и еще через 5 сек. стартует вторая ступень. В случае, если устройство отключили от сети и включили снова; первая ступень стартует через 2 сек, а вторая - через 3…4 сек.
Немного наладки:
Вся наладка сводится к установке напряжения холостого хода на выходе стабилизатора, установить его вращением R5 до 5,1 В. Затем - подключить выход стабилизатора в схему.
Еще можно подобрать на свой вкус номинал резистора R2 - чем ниже номинал, тем больше будет открыт ключ на первом этапе. При номинале указанном в схеме напряжение на нагрузке = 1/5 от максимального.
И можно изменять емкости конденсаторов С2, С3, С4 и С5 если возникнет желание изменить время включения ступеней или задержки включения 2 -ой ступени. Транзистор BU508A необходимо установить не теплоотвод площадью 70…100мм2. Остальные транзисторы желательно снабдить небольшими теплоотводами. Мощность всех резисторов в схеме может быть 0,125Вт (или более).
Диодный мост VD1 - любой обычный на 10А, VD2 - любой обычный на 1А.
Напряжение во вторичной обмотке TR2 - от 8 до 20В.
Интересно? Нужна печатка или практические рекомендации?
Продолжение следует...
*Название темы на форуме должно соответствовать виду: Заголовок статьи [обсуждение статьи]
Эти две схемы устройства мощности с тороидальным трансформатором. Обычно стартовый (пусковой) ток очень высок в течение непродолжительного периода пока заряжаются сглаживающие конденсаторы. Это своеобразный стресс для конденсаторов, диодов выпрямителя и самого трансформатора. Также в такой момент может перегореть и предохранитель.
Схема плавного пуска предназначена для того чтобы ограничить пусковой ток до приемлемого уровня. Это достигается путем подключения трансформатора к питающей сети через резистор, который подключается на короткое время с помощью реле.
Схемы объединяют в себе плавный пуск и кнопочное управление, таким образом, получается готовый модуль, который можно использовать в усилителях мощности или совместно с иными электроприборами.
Описание схем плавного пуска
Первая схема построена на микросхемах КМОП-логики (4027), а вторая на интегральной микросхеме NE556, которая представляет собой 2 объединенных в одном корпусе.
Что касается первой схемы, то она использует JK-триггер подключенный как T-триггера.
Т-триггер — это счетный триггер. Т-триггер имеет один счетный (тактирующий) вход и один синхронизирующий.
При нажатии кнопки J2 состояние триггера изменяется. При переходе от выключенного состояния во включенное состояние сигнал передается через резистор и конденсатор на вторую часть схемы. Там второй JK-триггер подключен необычным способом: на вывод сброса подан высокий уровень, а вывод SET используется в качестве входа.
В таблице истинности можно обнаружить, что когда на вывод сброса подан высокий уровень, все другие входы игнорируются, за исключением вывода SET. Когда на выводе SET высокий уровень на выходе так же высокий и на оборот.
Резистор R6 и конденсатор С6 используются для задержки сигнала в момент включения. При тех значениях, которые указаны на схеме, задержка составляет 1 секунду. При необходимости меня параметры R6 и С6 можно изменить время задержки. Диод VD2 шунтирует резистор R6, вследствие чего при выключении реле отключается без задержек.
Вторая схема использует сдвоенный таймер NE556. Первый таймер используется как кнопочный выключатель, а второй как выключатель, связанный с задержкой созданной элементами R5, VD2 и C6.
Резисторы R8 — R10 имеют сопротивление 150 Ом и мощность 10Вт. Они соединены параллельно в результате получается резистор на 50 Ом и мощностью 30 Вт. На печатной плате два из них располагаются рядом, а третий находится в середине поверх них. Мощность трансформатора Tр1 около 5 Вт с напряжением во вторичной обмотке 12-15 В. Разъем J1 используется, если понадобится питание 12 вольт для других внешних устройств.
Реле K1 и K2 на 12В контактные группы которых должны быть рассчитаны на коммутацию 220 В / 16A. Номинал предохранителя F1 должен выбираться в соответствии с устройством, которое будет подключено к модулю плавного пуска.
Обе схемы были протестированы на макетной плате и обе работали, но вторая схема подвержена помехам — если провод, идущий к кнопке, достаточно длинный, что в свою очередь приводит к ложному переключению.
Большинство резисторов, конденсаторов и диодов — SMD. В последнее время я использую все больше и больше SMD элементов в конструкциях, потому что нет необходимости сверлить отверстия. Если вы решите использовать любую из этих двух печатных плат, проверьте их тщательно, потому что они не проверялись.
(unknown, скачано: 1 192)
Всем привет камрадам!
История продолжается.
Сегодня у нас: усилитель мощности, мягкий старт, блок питания для усилителя мощности.
Усилитель мощности LM3886
Когда-то я делал усилитель на микросхеме , теперь пришло время послушать . Схема классическая, неинвертирующая. Выполнил некоторые общеизвестные рекомендации. Конденсатор C3 - фильтр от высокочастотных помех. R6 - защищает неинвертирующий вход в момент выключения системы (когда внутренняя система защиты от пониженного напряжения питания выключена, есть вероятность выхода микросхемы из строя). Диоды D1 и D2 защищают выходной каскад от ЭДС индуктивной нагрузки. Конденсаторы С5 - С8 лучше ставить с бОльшей ёмкостью, но у меня критически не хватало места, и я поставил всего лишь 200 мкФ.Я взял на себя смелость и изменил коэффициент усиления схемы в сторону уменьшения (21 → 11). Говорят, с его уменьшением растет вероятность самовозбуждения усилителя, но у меня все хорошо даже без цепочки R9-R10-C9. Я её так и не подключил. И без нее все вроде отлично, по крайней мере, на слух. Дело в том, что при данном коэффициенте усиления и при уровне громкости 0 dB (значение регулятора громкости), получается максимальная неискаженная выходная мощность 2×45 Ватт (синус на резисторах в качестве нагрузки). См. осциллограммы в разделе «Измерения».
Если громче, то попадаем в клиппинг. Исключить клиппинг - это, пожалуй, самый простой шаг в сторону качественного звучания системы. Можно изменить коэффициент усиления усилителя, поставив делитель на входе усилителя мощности. Можно было ограничить уровень сигнала в самом регуляторе громкости (занизить максимально возможную громкость программно в параметрах). Здесь каждый решает сам, как лучше.
Входной сигнал «MUTE» используем для исключения различных переходных процессов при включении и выключении плеера. Чтобы усилитель включить, нужно через резистор соединить 7-й вывод микросхемы с отрицательным источником напряжения и обеспечить ток хотя бы 1 мА. Неудобно по сравнению с . Оптрон так и просился в схему. Напряжение 5V на разъём X2 придет с платы плавного пуска усилителя - см. рисунок 3.
Блок питания УЗМЧ
Рис. 3.
Блок питания усилителя и схема плавного пуска
Обычно для первых запусков своих конструкций (усилителей, блоков питания) радиолюбители включают последовательно лампочку, чтобы ничего не стрельнуло в случае ошибок. Как-то раз я подумал - почему бы не оставить лампочку в устройстве навсегда. Только, естественно, лампочка должна быть маленькая, галогенная подойдет в самый раз.
Галогенная лампа 50 Вт на 220 В, тип G6.35
В моем предыдущем самодельном усилителе на я успешно обкатал схему плавного пуска на галогенной лампочке. Мне она так понравилась, что я решил применить ее вновь. Сразу отмечу, что лампочка со временем не перегорает, но при отсутствии аварийных ситуаций, все же, менее надежна, чем резистор.
Когда у меня вылетели (вероятно от статики), я понял, что данное решение работает ещё и как защита от короткого замыкания. Колонки при аварии не пострадали.
Суть схемы проста: балласт (лампочку) шунтируем, когда напряжения на выходных конденсаторах будут в норме (>27V). И наоборот – если устроить КЗ, то лампочка снова включается в цепь первичной обмотки трансформатора.
На каждое плечо БП установлена схема-компаратор на основе TL431. Оптрон OP1 обеспечивает небольшой гистерезис (меньше 15V - авария), OP2 - для удобства суммирования сигналов с 4–х плеч.
Схема начинает работать сразу после включения 5-вольтового блока питания аудиоплеера. Напряжение 5V подается на разъём X2, после чего реле К1 включает трансформатор через лампочку. После заряда конденсаторов на разъём X3 приходит сигнал, который выключает К1 и включает К2. Всё, плавный пуск завершен. Через некоторое время (задается цепочкой R2-C4) на разъёме X7 имеем 5V, которые открывают оптроны OP1 в усилителях мощности. При выключении аудиоплеера 5V на разъёме X2 исчезают и оба реле выключаются из-за отсутствия на них питания. Трансформатор полностью отключен!
Для снижения тепловой нагрузки на диоды - на каждый канал усилителя установлен отдельный выпрямитель.
Реализация. Фотки
Рис. 4.
Трансформатор
Трансформатор мотал сам. Когда-то сохранил, не выбросил, сгоревший буржуйский трансформатор, железо в нём шикарное. Каркас сделал из стеклотекстолита, окно получилось больше, чем с родным каркасом. Каждый слой всех обмоток отдельно пропитан обмоточным лаком и индивидуально высушен в печке при 100°С.
Рис. 5.
Плата плавного пуска (вид сверху)
Рис. 6.
Плата плавного пуска (вид снизу)
Платы теперь я покрываю акриловым лаком PLASTIK 71. Платы, покрытые лаком, выглядят изумительно, рекомендую.
Рис. 7.
Диодный мост (вид сверху)
Рис. 8.
Диодные мосты (вид снизу)
Рис. 9.
Усилитель мощности
Плата усилителя получилась на редкость извращенной, всё это из-за дефицита места в корпусе. Пришлось загибать выводы микросхемы и делать плату двусторонней. Платы левого и правого канала немного различаются, некоторые компоненты пришлось сдвинуть, так как упирались в плату плавного пуска.
Рис. 10.
Выходные разъёмы
Выходные разъёмы выполнены из старых мощных советских (военных) разъёмов, точнее из их штырьков (папа/мама).
Рис. 11.
Выходной разъём, установленный в корпус
Рис. 12.
Разъёмы 220V и Ethernet
Измерения УМЗЧ
Рис. 13.
Фото в момент теста максимально-возможной выходной мощности
Все измерения сделаны осциллографом при нагруженных каналах на резистивную нагрузку 7,8 Ом. Цель – определить максимальную мощность при данном блоке питания.
Рис. 14. Напряжение питания (холостой ход)
Интересно, насколько просядет напряжение питания под максимальной нагрузкой. Напомню, что во время измерения, трансформатор у меня будет нагружен двумя каналами, а измерения питания получаются на диодном мосту одного канала, так как у меня для каждого усилителя свой диодный мост.
Рис. 15. Просадка напряжения питания одного канала под нагрузкой 45 Вт
Напряжение просело на 3,6 V. Между максимальным выходным значением синуса и напряжением питания около 3 V. Можно было конечно сделать ещё чуть громче, но дальше начинается клиппинг.
Рис. 16.
Пульсации напряжения питания под нагрузкой 45 Вт
Пульсации не больше 1 V, наблюдается небольшая модуляция 1 КГц (тестовый сигнал 1 КГц).
Рис 17. Выход L R каналов 1КГц
На рисунке 17 долгожданные синусы 1 КГц, 2×45 Вт. (45 = 18.8×18.8 / 7.8)
Рис. 18
Выход L, R каналов 20 КГц
Не помешает посмотреть спектр, к ПК подключать лень, надо делать делитель. Глянем осциллографом да и всё. См. рисунок 19.
Рис. 19.
Спектр сигнала 1 КГц (сверху), 20 КГц (снизу)
В качестве спектроанализатора 8-битный осциллограф уступает звуковой карте. Но, по крайней мере, в диапазоне 60 dB катастрофы не случилось и слава Богу.
Схема плавного включения питания (софт-старт или ступенчатое включение) для усилителя мощности НЧ или другого устройства. Это простое приспособление позволяет повысить надежность вашей радиоаппаратуры и уменьшить помехи в сети в момент включения.
Принципиальная схема
Любой блок питания радиоаппаратуры содержит выпрямительные диоды и конденсаторы большой емкости. В начальный момент включения сетевого питания происходит импульсный скачок тока — пока идет заряд емкостей фильтра.
Амплитуда импульса тока зависит от величины емкости и напряжения на выходе выпрямителя. Так, при напряжении 45 В и емкости 10000 мкФ ток зарядки такого конденсатора может составить 12 А. При этом трансформатор и выпрямительные диоды кратковременно работают в режиме короткого замыкания.
Для устранения опасности выхода этих элементов из строя путем уменьшения броска тока в момент первоначального включения и служит приведенная на рисунке 1 схема. Она также позволяет облегчить режимы и других элементов в усилителе на время переходных процессов.
Рис. 1. Принципиальная схема плавного включения источника питания с применением реле.
В начальный момент, когда подано питание, конденсаторы С2 и С3 будут заряжаться через резисторы R2 и R3 — они ограничивают ток до безопасного для деталей выпрямителя значения.
Через 1...2 секунды, после того как зарядится конденсатор С1 и напряжение на реле К1 возрастет до величины, при которой оно сработает и своими контактами К1.1 и К1.2 зашунтирует ограничительные резисторы R2, R3.
В устройстве можно использовать любое реле с напряжением срабатывания меньшим, чем действует на выходе выпрямителя, а резистор R1 подбирается таким, чтобы на нем падало "лишнее" напряжение. Контакты реле должны быть рассчитаны на действующий в цепях питания усилителя максимальный ток.
В схеме применено реле РЭС47 РФ4.500.407-00 (РФ4.500.407-07 или др.) с номинальным рабочим напряжением 27 В (сопротивление обмотки 650 Ом; ток, коммутируемый контактами, может быть до 3 А). Фактически реле срабатывает уже при 16...17 В, а резистор R1 выбран величиной 1 кОм, при этом напряжение на реле будет 19...20 В.
Конденсатор С1 типа К50-29-25В или К50-35-25В. Резисторы R1 типа МЛТ-2, R2 и R3 типа С5-35В-10 (ПЭВ-10) или аналогичные. Величина номиналов резисторов R2, R3 зависит от тока нагрузки, и их сопротивление может быть значительно уменьшено.
Улучшенная схема устройства
Вторая схема, приведенная на рис. 2, выполняет ту же самую задачу, но позволяет уменьшить габариты устройства за счет использования времязадающего конденсатора С1 меньшей емкости.
Транзистор VT1 включает реле К1 с задержкой, после того как зарядится конденсатор С1 (типа К53-1А). Схема позволяет также вместо коммутации вторичных цепей обеспечивать ступенчатую подачу напряжения на первичную обмотку. В этом случае можно использовать реле только с одной группой контактов.
Рис. 2. Улучшенная принципиальная схема плавного включения источника питания УМЗЧ.
Величина сопротивления R1 (ПЭВ-25) зависит от мощности нагрузки и выбирается такой, чтобы напряжение во вторичной обмотке трансформатора составляло 70 процентов от номинального значения при включенном резисторе (47...300 Ом). Настройка схемы состоит в установке времени задержки включения реле подбором номинала резистора R2, а также выборе R1.
В завершение
Приведенные схемы можно использовать при изготовлении нового усилителя или же при модернизации уже существующих, в том числе и промышленного изготовления.
По сравнению с аналогичными по назначению устройствами для двухступенчатой подачи напряжения питания, приведенными в различных журналах, описанные здесь — самые простые.
Первосточник: неизвестен.
