Računalno napajanje za auto pojačalo. Snažan pretvarač napona za auto pojačalo. Odrežite žicu za uzemljenje s konektora i skinite rub izolacije.

Nedavno je odlučeno ponoviti dobro poznati krug pretvarača napona akumulatora od 12 volti u povećani bipolarni napon za napajanje moćnih UMZCH. Prikazana je osnova sheme; zatim je možete "poboljšati" prema svojim željama. Krug je jednostavan, pouzdan, a pri snazi blizu maksimuma praktički nema zagrijavanja dioda mosta, transformatora i izlaznih sklopki. Iako generator pretvarača sadrži klasični TL494, krug radi s praskom.

Cijeli pretvarač snage sastavljen je na maloj tiskanoj pločici od folije od stakloplastike, tranzistori i snažne diode zalemljeni su prema van metalnim prirubnicama - na njih je pričvršćen masivni aluminijski radijator. Njegove dimenzije ovise o opterećenju spojenom na uređaj.

Sljedeća fotografija prikazuje pogled sa strane instalacije. Crtanje pločice i sklopa u Layoutu - na forumu.

Kao ispravljačke diode koriste se Schottky diode. Koristio sam ovu spravu za njihanje dva STK4044 u autu, subjektivna ocjena - jako dobro!

Na izlaznom naponu U=+-51V, za normalan rad STK mikro krugova u praznom hodu, na P=max smanjenje je oko 1,5 Volta po kraku. Mislim da je ovaj kvar jedva vidljiv uhu, pogotovo jer rijetko tko sluša pojačalo na maksimumu cijelo vrijeme. Ploča je dizajnirana ručno, reklo bi se na brzinu, pa je možete usavršavati po želji. Općenito, ovaj domaći pretvarač za automobilski ULF radi 100% - preporučujem da ga ponovite. Ovisnost snage o izlaznom naponu i otporu zvučnika UMZCH-a detaljnije je prikazana u tablici.

Čini se da bi moglo biti jednostavnije, spojiti pojačalo napajanje, i možete uživati u svojoj omiljenoj glazbi?

Međutim, ako se sjetimo da pojačalo u biti modulira napon izvora struje prema zakonu ulaznog signala, postaje jasno da problemi dizajna i instalacije napajanje treba pristupiti vrlo odgovorno.

Inače, pogreške i pogrešne procjene u ovom slučaju mogu uništiti (u smislu zvuka) bilo koje, čak i najkvalitetnije i najskuplje pojačalo.

Stabilizator ili filter?

Iznenađujuće, najčešće se za napajanje pojačala snage koriste jednostavni sklopovi s transformatorom, ispravljačem i kondenzatorom za izglađivanje. Iako većina elektroničkih uređaja danas koristi stabilizirane izvore napajanja. Razlog za to je što je jeftinije i lakše dizajnirati pojačalo koje ima visok koeficijent potiskivanja valovitosti napajanja nego napraviti relativno snažan stabilizator. Danas je razina potiskivanja valovitosti tipičnog pojačala oko 60 dB za frekvenciju od 100 Hz, što praktički odgovara parametrima stabilizatora napona. Primjena izvora istosmjerne struje, diferencijalnih stupnjeva, zasebnih filtara u strujnim krugovima napajanja stupnjeva i druge sklopovske tehnike u stupnjevima pojačala omogućuje postizanje još većih vrijednosti.

Prehrana izlazni stupnjevi najčešće izrađeni nestabilizirani. Zbog prisutnosti 100% negativne povratne sprege, jedinstvenog dobitka i prisutnosti OOOS, spriječen je prodor valovitosti pozadinskog i opskrbnog napona u izlaz.

Izlazni stupanj pojačala je u biti regulator napona (opskrbe) sve dok ne uđe u režim ograničenja (ograničenja). Tada valovitost napona napajanja (100 Hz) modulira izlazni signal, što zvuči jednostavno užasno:

Ako se kod pojačala s unipolarnim napajanjem modulira samo gornji poluval signala, onda se kod pojačala s bipolarnim napajanjem moduliraju oba poluvala signala. Većinu pojačala karakterizira ovaj učinak na visokim signalima (snagama), ali se to ni na koji način ne odražava na tehničke karakteristike. U dobro dizajniranom pojačalu ne bi trebalo doći do isjecanja.

Kako biste testirali svoje pojačalo (točnije, napajanje vašeg pojačala), možete provesti eksperiment. Primijenite signal na ulaz pojačala s frekvencijom nešto višom od one koju možete čuti. U mom slučaju dovoljno je 15 kHz:(. Povećajte amplitudu ulaznog signala dok pojačalo ne uđe u kliping. U tom slučaju ćete čuti zujanje (100 Hz) u zvučnicima. Po njegovoj razini možete procijeniti kvalitetu napajanja pojačala.

Upozorenje! Obavezno isključite visokotonac vašeg sustava zvučnika prije ovog eksperimenta, inače bi mogao propasti.

Stabilizirano napajanje izbjegava ovaj učinak i dovodi do smanjenog izobličenja tijekom dugotrajnih preopterećenja. Međutim, uzimajući u obzir nestabilnost mrežnog napona, gubitak snage na samom stabilizatoru iznosi približno 20%.

Drugi način da se smanji učinak izrezivanja je da se stupnjevi napajaju kroz zasebne RC filtre, što također donekle smanjuje snagu.

Ovo se rijetko koristi u serijskoj tehnologiji, jer osim smanjenja snage, povećava se i cijena proizvoda. Osim toga, uporaba stabilizatora u pojačalima klase AB može dovesti do pobude pojačala zbog rezonancije petlji povratne veze pojačala i stabilizatora.

Gubici snage mogu se značajno smanjiti ako koristite suvremene sklopne izvore napajanja. Međutim, ovdje se pojavljuju drugi problemi: niska pouzdanost (broj elemenata u takvom napajanju je znatno veći), visoka cijena (za pojedinačnu i malu proizvodnju), visoka razina RF smetnji.

Tipični krug napajanja za pojačalo s izlaznom snagom od 50 W prikazan je na slici:

Izlazni napon zbog izglađujućih kondenzatora je približno 1,4 puta veći od izlaznog napona transformatora.

Vršna snaga

Unatoč ovim nedostacima, kada se pojačalo napaja iz nestabilizirana izvora, možete dobiti neki bonus - kratkotrajna (vršna) snaga je veća od snage napajanja zbog velikog kapaciteta filterskih kondenzatora. Iskustvo pokazuje da je potrebno minimalno 2000uF za svakih 10W izlazne snage. Zbog ovog učinka možete uštedjeti na transformatoru snage - možete koristiti manje snažan i, prema tome, jeftiniji transformator. Imajte na umu da mjerenja na stacionarnom signalu neće otkriti ovaj učinak, on se pojavljuje samo tijekom kratkotrajnih vršnih signala, odnosno prilikom slušanja glazbe.

Stabilizirano napajanje nema taj učinak.

Paralelni ili serijski regulator?

Postoji mišljenje da su paralelni stabilizatori bolji u audio uređajima, budući da je strujni krug zatvoren u lokalnoj petlji stabilizatora opterećenja (napajanje je isključeno), kao što je prikazano na slici:

Ugradnja kondenzatora za odvajanje na izlaz ima isti učinak. Ali u ovom slučaju, niža frekvencija pojačanog signala ga ograničava.

Zaštitni otpornici

Svakom radioamateru vjerojatno je poznat miris spaljenog otpornika. To je miris zapaljenog laka, epoksidne smole i... novca. U međuvremenu, jeftini otpornik može spasiti vaše pojačalo!

Autor, kada prvi put uključuje pojačalo, u strujne krugove umjesto osigurača ugrađuje otpornike niskog otpora (47-100 Ohma), koji su nekoliko puta jeftiniji od osigurača. Ovo je više nego jednom spasilo skupe elemente pojačala od pogrešaka pri instalaciji, pogrešno postavljene struje mirovanja (regulator je bio postavljen na maksimum umjesto na minimum), obrnutog polariteta napajanja, i tako dalje.

Na fotografiji je prikazano pojačalo gdje je instalater pomiješao tranzistore TIP3055 s TIP2955.

Tranzistori na kraju nisu oštećeni. Sve je dobro završilo, ali ne i za otpornike, već je prostoriju trebalo prozračiti.

Glavna stvar je pad napona

Pri projektiranju tiskanih pločica za napajanje i drugo, ne smijemo zaboraviti da bakar nije supravodič. Ovo je posebno važno za "uzemljene" (zajedničke) vodiče. Ako su tanki i tvore zatvorene petlje ili dugačke strujne krugove, tada zbog struje koja kroz njih teče dolazi do pada napona i potencijal u različitim točkama se pokazuje drugačijim.

Da bi se razlika potencijala svela na najmanju moguću mjeru, uobičajeno je da se zajednička žica (uzemljenje) vodi u obliku zvijezde - kada svaki potrošač ima svoj vodič. Izraz "zvijezda" ne treba shvatiti doslovno. Fotografija prikazuje primjer takvog ispravnog ožičenja zajedničke žice:

Kod cijevnih pojačala otpor anodnog opterećenja kaskada je dosta visok, oko 4 kOhm i više, a struje nisu jako velike, pa otpor vodiča ne igra bitnu ulogu. Kod tranzistorskih pojačala otpor stupnjeva je znatno manji (opterećenje općenito ima otpor od 4 Ohma), a struje su znatno veće nego kod cijevnih pojačala. Stoga utjecaj vodiča ovdje može biti vrlo značajan.

Otpor traga na tiskanoj pločici šest je puta veći od otpora komada bakrene žice iste duljine. Promjer se uzima 0,71 mm, ovo je tipična žica koja se koristi pri ugradnji cijevnih pojačala.

0,036 Ohma za razliku od 0,0064 Ohma! Uzimajući u obzir da struje u izlaznim stupnjevima tranzistorskih pojačala mogu biti tisuću puta veće od struje u cijevnom pojačalu, nalazimo da pad napona na vodičima može biti 6000! puta više. Ovo može biti jedan od razloga zašto tranzistorska pojačala zvuče lošije od cijevnih. To također objašnjava zašto cijevna pojačala sastavljena od PCB-a često zvuče lošije od prototipova koji se montiraju na površinu.

Ne zaboravite Ohmov zakon! Da biste smanjili otpor tiskanih vodiča, možete koristiti različite tehnike. Na primjer, prekrijte stazu debelim slojem kositra ili lemite pokositrenu debelu žicu duž staze. Opcije su prikazane na fotografiji:

Pulsevi punjenja

Kako bi se spriječio prodor mrežne pozadine u pojačalo, potrebno je poduzeti mjere za sprječavanje prodora impulsa naboja kondenzatora filtera u pojačalo. Da biste to učinili, staze iz ispravljača moraju ići izravno na kondenzatore filtera. Kroz njih cirkuliraju snažni impulsi struje punjenja, tako da se ništa drugo ne može spojiti na njih. Krugovi napajanja pojačala moraju biti spojeni na priključke kondenzatora filtera.

Ispravno spajanje (instalacija) napajanja za pojačalo s jednostrukim napajanjem prikazano je na slici:

Kliknite za povećanje

Na slici je prikazana verzija tiskane pločice:

Mreškanje

Većina nestabiliziranih izvora napajanja ima samo jedan kondenzator za izravnavanje (ili nekoliko paralelno spojenih) nakon ispravljača. Kako biste poboljšali kvalitetu struje, možete se poslužiti jednostavnim trikom: jednu posudu podijelite na dvije, a između njih spojite mali otpornik od 0,2-1 Ohm. Štoviše, čak i dva spremnika manje nominalne vrijednosti mogu ispasti jeftinija od jednog velikog.

Ovo daje glatkiju valovitost izlaznog napona s nižim razinama harmonika:

Pri velikim strujama, pad napona na otporniku može postati značajan. Da biste ga ograničili na 0,7 V, možete spojiti jaku diodu paralelno s otpornikom. U ovom slučaju, međutim, na vrhovima signala, kada se dioda otvori, valovi izlaznog napona ponovno će postati "tvrdi".

Nastavit će se...

Članak je pripremljen na temelju materijala iz časopisa “Praktična elektronika svaki dan”

Slobodan prijevod: Glavni urednik RadioGazete

Izrada dobrog napajanja za pojačalo snage (UPA) ili neki drugi elektronički uređaj vrlo je odgovoran zadatak. Kvaliteta i stabilnost cijelog uređaja ovisi o izvoru napajanja.

U ovoj publikaciji ću vam reći o izradi jednostavnog transformatorskog napajanja za moje domaće niskofrekventno pojačalo "Phoenix P-400".

Ovako jednostavno napajanje može se koristiti za napajanje raznih strujnih krugova niskofrekventnih pojačala.

Predgovor

Za buduću jedinicu napajanja (PSU) za pojačalo već sam imao toroidalnu jezgru s namotanim primarnim namotom od ~220V, tako da zadatak odabira "preklopnog PSU-a ili na temelju mrežnog transformatora" nije bio prisutan.

Preklopna napajanja imaju male dimenzije i težinu, veliku izlaznu snagu i visoku učinkovitost. Napajanje temeljeno na mrežnom transformatoru je teško, lako se proizvodi i postavlja, a ne morate se baviti opasnim naponima prilikom postavljanja kruga, što je posebno važno za početnike poput mene.

Toroidalni transformator

Toroidalni transformatori, u usporedbi s transformatorima s oklopnim jezgrama izrađenim od ploča u obliku slova W, imaju nekoliko prednosti:

manji volumen i težina;
veća učinkovitost;
bolje hlađenje namota.

Primarni namot je već sadržavao približno 800 zavoja PELSHO žice od 0,8 mm; bio je ispunjen parafinom i izoliran slojem tanke fluoroplastične trake.

Mjerenjem približnih dimenzija transformatorskog željeza možete izračunati njegovu ukupnu snagu, tako da možete procijeniti je li jezgra prikladna za dobivanje potrebne snage ili ne.

Riža. 1. Mjere željezne jezgre za torusni transformator.

Ukupna snaga (W) = površina prozora (cm 2) * površina presjeka (cm 2)
Površina prozora = 3,14 * (d/2) 2
Površina presjeka = h * ((D-d)/2)

Na primjer, izračunajmo transformator s dimenzijama željeza: D=14cm, d=5cm, h=5cm.

Površina prozora = 3,14 * (5 cm/2) * (5 cm/2) = 19,625 cm2
Površina poprečnog presjeka = 5 cm * ((14 cm-5 cm)/2) = 22,5 cm 2
Ukupna snaga = 19,625 * 22,5 = 441 W.

Ukupna snaga transformatora koji sam koristio pokazala se očito manjom nego što sam očekivao - oko 250 vata.

Izbor napona za sekundarne namote

Poznavajući potrebni napon na izlazu ispravljača nakon elektrolitskih kondenzatora, možete približno izračunati potrebni napon na izlazu sekundarnog namota transformatora.

Numerička vrijednost istosmjernog napona nakon diodnog mosta i kondenzatora za izravnavanje povećat će se za otprilike 1,3..1,4 puta u usporedbi s izmjeničnim naponom koji se dovodi na ulaz takvog ispravljača.

U mom slučaju, za napajanje UMZCH-a potreban vam je bipolarni istosmjerni napon - 35 volti na svakoj ruci. U skladu s tim, izmjenični napon mora biti prisutan na svakom sekundarnom namotu: 35 Volti / 1,4 = ~25 Volti.

Koristeći isti princip, napravio sam približan izračun vrijednosti napona za ostale sekundarne namotaje transformatora.

Proračun broja zavoja i namota

Za napajanje preostalih elektroničkih jedinica pojačala, odlučeno je namotati nekoliko zasebnih sekundarnih namota. Napravljen je drveni shuttle za namatanje zavojnica emajliranom bakrenom žicom. Također se može izraditi od stakloplastike ili plastike.

Riža. 2. Shuttle za namatanje toroidalnog transformatora.

Namatanje je izvedeno emajliranom bakrenom žicom koja je bila dostupna:

za 4 namota snage UMZCH - žica promjera 1,5 mm;
za ostale namotaje - 0,6 mm.

Eksperimentalno sam odabrao broj zavoja za sekundarne namote, jer nisam znao točan broj zavoja primarnog namota.

Suština metode:

Namotamo 20 zavoja bilo koje žice;
Spojimo primarni namot transformatora na ~220V mrežu i izmjerimo napon na namotanih 20 zavoja;
Potreban napon podijelimo s onim dobivenim od 20 zavoja - saznat ćemo koliko je puta potrebno 20 zavoja za namatanje.

Na primjer: treba nam 25V, a od 20 zavoja dobijemo 5V, 25V/5V=5 - trebamo 5 puta namotati 20 zavoja, odnosno 100 zavoja.

Proračun dužine potrebne žice je napravljen na sljedeći način: Namotao sam 20 zavoja žice, označio je markerom, odmotao i izmjerio duljinu. Podijelio sam potreban broj zavoja s 20, pomnožio dobivenu vrijednost s duljinom od 20 zavoja žice - dobio sam otprilike potrebnu duljinu žice za namatanje. Dodavanjem 1-2 metra rezerve na ukupnu duljinu, možete namotati žicu na shuttle i sigurno je odrezati.

Na primjer: potrebno vam je 100 zavoja žice, duljina 20 namotanih zavoja je 1,3 metra, saznajemo koliko puta treba namotati po 1,3 metra da dobijemo 100 zavoja - 100/20 = 5, saznajemo ukupnu duljinu žice (5 komada po 1,3m) - 1,3*5=6,5m. Dodamo 1,5 m za rezervu i dobijemo dužinu od 8 m.

Za svaki sljedeći namot, mjerenje treba ponoviti, jer će se sa svakim novim namotajem povećati duljina žice potrebna za jedan zavoj.

Za namatanje svakog para namota od 25 V, dvije žice su položene paralelno na shuttle (za 2 namota). Nakon namotavanja, kraj prvog namota spojen je s početkom drugog - imamo dva sekundarna namota za bipolarni ispravljač sa spojem u sredini.

Nakon namotavanja svakog para sekundarnih namota za napajanje UMZCH krugova, oni su izolirani tankom fluoroplastičnom trakom.

Na taj je način namotano 6 sekundarnih namota: četiri za napajanje UMZCH i još dva za napajanje ostatka elektronike.

Dijagram ispravljača i stabilizatora napona

Ispod je shematski dijagram napajanja za moje domaće pojačalo snage.

Riža. 2. Shematski dijagram napajanja za domaće niskofrekventno pojačalo snage.

Za napajanje krugova pojačala LF snage koriste se dva bipolarna ispravljača - A1.1 i A1.2. Preostale elektroničke jedinice pojačala napajat će se stabilizatorima napona A2.1 i A2.2.

Otpornici R1 i R2 potrebni su za pražnjenje elektrolitskih kondenzatora kada su vodovi isključeni iz krugova pojačala snage.

Moj UMZCH ima 4 kanala pojačanja, mogu se uključiti i isključiti u parovima pomoću prekidača koji prebacuju strujne vodove UMZCH šala pomoću elektromagnetskih releja.

Otpornici R1 i R2 mogu se isključiti iz kruga ako je napajanje trajno spojeno na UMZCH ploče, u kojem slučaju će se elektrolitski kondenzatori isprazniti kroz UMZCH krug.

KD213 diode dizajnirane su za maksimalnu struju naprijed od 10A, u mom slučaju to je dovoljno. Diodni most D5 dizajniran je za struju od najmanje 2-3A, sastavljen od 4 diode. C5 i C6 su kapaciteti, od kojih se svaki sastoji od dva kondenzatora od 10.000 μF na 63V.

Riža. 3. Shematski dijagrami stabilizatora istosmjernog napona na mikro krugovima L7805, L7812, LM317.

Objašnjenje naziva na dijagramu:

STAB - stabilizator napona bez podešavanja, struja ne više od 1A;
STAB+REG - stabilizator napona s regulacijom, struja ne više od 1A;
STAB+POW - podesivi stabilizator napona, struja približno 2-3A.

Kada koristite mikro krugove LM317, 7805 i 7812, izlazni napon stabilizatora može se izračunati pomoću pojednostavljene formule:

Uizlaz = Vxx * (1 + R2/R1)

Vxx za mikro krugove ima sljedeća značenja:

LM317 - 1,25;
7805 - 5;
7812 - 12.

Primjer izračuna za LM317: R1=240R, R2=1200R, Uout = 1,25*(1+1200/240) = 7,5V.

Oblikovati

Ovako je planirano korištenje napona iz napajanja:

+36V, -36V - pojačala snage na TDA7250
12V - elektroničke kontrole glasnoće, stereo procesori, indikatori izlazne snage, toplinski kontrolni krugovi, ventilatori, rasvjeta;
5V - indikatori temperature, mikrokontroler, digitalna upravljačka ploča.

Čipovi stabilizatora napona i tranzistori bili su postavljeni na male hladnjake koje sam uklonio iz neispravnih računalnih napajanja. Kućišta su pričvršćena na radijatore pomoću izolacijskih brtvi.

Tiskana ploča je izrađena od dva dijela, od kojih svaki sadrži bipolarni ispravljač za UMZCH krug i potreban set stabilizatora napona.

Riža. 4. Jedna polovica ploče za napajanje.

Riža. 5. Druga polovica ploče za napajanje.

Riža. 6. Gotovi dijelovi napajanja za domaće pojačalo snage.

Kasnije, tijekom otklanjanja pogrešaka, došao sam do zaključka da bi bilo mnogo prikladnije napraviti stabilizatore napona na zasebnim pločama. Ipak, opcija "sve na jednoj ploči" također nije loša i zgodna je na svoj način.

Također, ispravljač za UMZCH (dijagram na slici 2) može se sastaviti montiranom montažom, a stabilizatorski krugovi (slika 3) u potrebnoj količini mogu se sastaviti na zasebnim tiskanim pločama.

Spajanje elektroničkih komponenti ispravljača prikazano je na slici 7.

Riža. 7. Dijagram spajanja za sastavljanje bipolarnog ispravljača -36V + 36V pomoću zidne instalacije.

Spajanje mora biti izvedeno pomoću debelih izoliranih bakrenih vodiča.

Diodni most s kondenzatorima od 1000pF može se postaviti zasebno na radijator. Ugradnja snažnih KD213 dioda (tableta) na jedan zajednički radijator mora se obaviti preko izolacijskih toplinskih jastučića (termalna guma ili tinjac), budući da jedan od priključaka diode ima kontakt s metalnom oblogom!

Za krug filtriranja (elektrolitički kondenzatori od 10 000 μF, otpornici i keramički kondenzatori od 0,1-0,33 μF) možete brzo sastaviti malu ploču - tiskanu pločicu (slika 8).

Riža. 8. Primjer ploče s utorima od stakloplastike za montažu izravnavajućih ispravljačkih filtara.

Za izradu takve ploče trebat će vam pravokutni komad stakloplastike. Domaćim rezačem (slika 9), izrađenim od oštrice pile za metal, izrežemo bakrenu foliju duž cijele duljine, a zatim jedan od dobivenih dijelova prerežemo okomito na pola.

Riža. 9. Domaći rezač izrađen od oštrice pile za metal, izrađen na stroju za oštrenje.

Nakon toga označimo i izbušimo rupe za dijelove i pričvrsne elemente, očistimo bakrenu površinu finim brusnim papirom i kalajujemo je pomoću topitelja i lemljenja. Dijelove lemimo i spajamo u krug.

Zaključak

Ovo jednostavno napajanje napravljeno je za buduće kućno audio pojačalo. Sve što ostaje je nadopuniti ga mekim startom i krugom pripravnosti.

UPD: Yuri Glushnev je poslao tiskanu pločicu za sklapanje dva stabilizatora s naponima +22V i +12V. Sadrži dva STAB+POW sklopa (slika 3) na LM317, 7812 mikro krugovima i TIP42 tranzistorima.