Меню

Питание унч стабилизированным напряжением

Питание унч стабилизированным напряжением

Простой стабилизированный БП для УМЗЧ.

Автор: Александр Чуреков
Опубликовано 09.12.2010

Хочу представить вашему вниманию схему стабилизированного двуполярного блока питания.
Собирая УМЗЧ на двух микросхемах TDA7294, передо мной встал вопрос какой блок питания выбрать. Со схемой помог друг Миронов А., за что ему отдельное спасибо. Стабилизацию напряжения обеспечивают две микросхемы 78L27, но их выходной ток не превышает 0,1 А, что мало для мощного усилителя. Для усиления тока служат транзисторы. Схема блока питания- доработанная типовая схема включения стабилизаторов КРЕН с внешним транзистором.
В данной схеме используется два одинаковых БП с последующим соединением в один двуполярный (трансформатор должен иметь ДВЕ вторичных обмотки, а не с отводом от середины).

В качестве диодно моста можно использовать любой мост рассчитанный на ток 5-10А (в зависимости от требуемой мощности) и обратное напряжение не менее 2Uвых. Конденсаторы С1, С7 электролитические емкостью 10000 мкФ и рассчитанные на напряжение 50-63В. Остальные конденсаторы на напряжение не меньше Uвых. Резисторы R1, R3 можно заменить перемычками. Резисторы R6, R10 использовал 100 Ом. Составной транзистор (обведен рамкой) можно заменить одним, например КТ865А, которого достаточно для питания 5 канального усилителя на TDA7294. Транзисторы необходимо установить на теплоотвод через изолирующюю прокладку. В усилителе на двух TDA2050 транзисторы установил прямо на корпус. В случае, если требуется другое выходное напряжение, следует заменить стабилизаторы на другие, с необходимым напряжением стабилизации. Если необходимых стабилизаторов нет, то можно в разрыв общего вывода стабилизатора включить стабилитрон как показано на схеме. Напряжение на стабилитроне суммируется с напряжением стабилизатора. Мной проверен БП со стабилизатором на 24В и стабилитроном 11В. Выходное напряжение при входном 29 В составило 35В. Стабилизаторы КРЕН ставить на теплоотвод не нужно. На ощупь они чуть теплые. Представленная плата разработана для диодов Д242 или аналогичных. Так как использовались не составные транзисторы, то на плате обозначено место подключения транзисторов. В этом случае R4, R8 не ставятся, а вместо R5, R9 установлены перемычки.

Прочитав данный креатив, дорогая редакция осталась в некотором недоумении — для чего козе баян усилителю мощности стабилизатор?
Мы связались с автором и вот что он нам сообщил:
Как крайний вариант, у меня дома в сети 240-250В. Ниже не бывает. и если расчитать трансформатор для 220, причем на пределе для микросхемы, при повышении напряжения в сети будет БА-БАХ:) максимально снизить просадки напряжения питания и получить максимально возможную выходную мощность не только в музыке, но и вообще всегда. Третья цель — максимально снизить пульсации напряжения питания, чтобы выжать максимум качественного звучания ( источник питания — одна из причин роста интермодуляционных искажений). Как-то так.
Ответ принимается, но дорогая редакция хочет заметить, что стабилизатор не спасет, в данном случае, от второй беды и только частично — от третьей.

Источник



Стабилизированные источники питания УМЗЧ

В последнее время в любительских конструкциях УМЗЧ всё чаще располагают выпрямитель и блок конденсаторов большой ёмкости на плате усилителя, уменьшая этим длину соединительных проводов и падение напряжения на них. Иногда от блока питания требуют, чтобы при включении напряжение на его выходах нарастало плавно так называемый мягкий старт.

Двухполярный стабилизированный блок питания

При возникновении различных аварийных ситуаций, например, замыкании в нагрузке УМЗЧ неисправности его выходных транзисторов и других перегрузках питание УМЗЧ должно быть автоматически выключено. Решить все эти задачи позволяет предлагаемый стабилизатор напряжения питания.

Параметры источники питания УМЗЧ

  • Выходное стабилизированное напряжение: 2×35В
  • Максимальный ток нагрузки каждого плеча: 9А
  • Ток срабатывания триггерной защиты: 11А
  • Полное время срабатывания защиты: 12мкс
  • Время нарастания выходного напряжения от нуля до номинального значения: 0,36 сек
  • Размах пульсаций частотой 100 Гц на выходе стабилизатора при токе нагрузки 5 А, мкВ: 80

За основу конструкции было взято устройство из статьи “Стабилизатор напряжения питания УМЗЧ” В. Орешкина (“Радио”, 1987, № 8, с. 31), схема которого показана на сайте radiochipi.ru смотрите рис. 1. Несмотря на простоту и высокие технические данные (коэффициент стабилизации более 1000, автоматическое выключение при замыкании выхода, возможность крепления силовых транзисторов непосредственно на теплоотвод без прокладок), такому стабилизатору присущи и некоторые недостатки.

Он неустойчиво запускается при большом токе нагрузки, а ток при замыкании выхода не нормирован и зависит от коэффициентов передачи применённых транзисторов, что иногда приводит к их выходу из строя.

Читайте также:  Схема регулятора напряжения для автомобиля ваз

За прошедшее время появились новые электронные компоненты, стали доступны мощные полевые транзисторы, что и подвигло автора поэкспериментировать с компьютерной моделью предложенного В. Орешкиным устройства, которая была создана в симуляторе LTspice IV, и усовершенствовать его. Родившаяся в результате таких экспериментов схема блока питания изображена на рис. 2.

Первым делом была изменена цепь запуска стабилизатора, а биполярные транзисторы были заменены полевыми. Из схемы, представленной на рис. 1, видно, что транзистор VT2 зашунтирован резистором R3 сопротивлением 470 Ом. через который протекает начальный ток зарядки конденсатора С2. Если нагрузка невелика, выходное напряжение начинает возрастать, пока стабилизатор не войдёт в режим стабилизации. При токе нагрузки менее I=Uвых/R3=19/470=40мА, когда транзистор VT2 практически закрыт, все пульсации выпрямленного напряжения через резистор R3 проходят в минусовое плечо.

При малом сопротивлении нагрузки тока через этот резистор может не хватить для нормального запуска стабилизатора, он может вообще не запуститься. В новом варианте цепь запуска состоит из стабилитрона VD11 и резистора R22 в одном плече и VD12 с R23 во втором (для симметрии).

В процессе включения по достижении значения напряжения на сглаживающих конденсаторах С7—С10, равного напряжению стабилизации стабилитронов VD11 и VD12, транзисторы VT11.1 и VT11.2 начинают открываться, вслед за ними открываются и силовые транзисторы VT9 и VT10.

Напряжение на выходе стабилизатора нарастает, а напряжение между истоком и стоком транзисторов VT9 и VT10 уменьшается. Когда напряжение на стабилитронах VD11 и VD12 опустится ниже их напряжения стабилизации. ток через эти стабилитроны прекратится. Далее они не влияют на работу стабилизатора. Такой способ запуска надежен даже при токе нагрузки 9 А. Минимальный ток нагрузки практически равен нулю.

Выходное напряжение плюсового плеча стабилизатора равно сумме напряжений стабилизации стабилитронов VD13, VD15 и напряжения отсечки транзистора VT 11.1, а минусового плеча — соответственно стабилитронов VD14, VD16 и транзистора VT11.2. Для плавного запуска стабилизатора оказалось достаточно зашунтировать стабилитроны VD13 VD16 конденсаторами С23— С26.

Скорость изменения выходного напряжения до начала стабилизации равна скорости нарастания напряжения на этих конденсаторах. При указанных на схеме номиналах элементов время выхода стабилизатора на режим — около 360 мс. Осциллограммы процесса его запуска, полученные на компьютерной модели, показаны на рис. 3

Для уменьшения рассеиваемой на транзисторах VT9 и VT10 мощности истоки транзисторов VT11.1 и VT11.2 соединены не с общим проводом, а с точками соединения стабилитронов и резисторов (соответственно VD15, R29 и VD16, R30). Поэтому потенциалы истоков транзисторов VT 11.1 и VT11.2 равны напряжению стабилизации соответствующих стабилитронов (6,2В по абсолютному значению). Это позволяет изменять управляющее напряжение на затворах транзисторов VT9 и VT10 не до О В, как в прототипе, а до плюс или минус 6 В.

При этом напряжение между истоком и стоком этих транзисторов на пиках пульсаций может падать до 3 В и ниже без выхода из режима стабилизации. Сказанное иллюстрируют полученные компьютерным моделированием осциллограммы на рис. 4. Зелёная — напряжение на истоке транзистора VT10, синяя — напряжение на его затворе, красная — напряжение на истоке транзистора VT11.2 (6,2 В), голубая — ток нагрузки минусового плеча. Видно, что напряжение на затворе транзистора VT10 лежит приблизительно посередине между напряжением на его истоке и на истоке транзистора VT11.2, а иногда опускается ниже 3 В.

В стабилизатор добавлена триггерная защита по току, срабатывающая при превышении током нагрузки любой ветви стабилизатора значения 11 А. Она построена на транзисторах VT3, VT5, VT7 в плюсовом плече и VT4, VT6, VT8 — в минусовом. Датчиками тока служат резисторы R11 —R14, соединённые попарно параллельно. Защита срабатывает при падении напряжения на любой из пар резисторов более 0,5…0,6 В, что соответствует текущему через них току 11…12 А. По достижении этого порога лавинообразно открываются транзисторы триггерных ячеек VT3VT5 или VT4VT6 и соответственно транзисторы VT7 и VT8. Последние, открывшись, шунтируют стабилитроны VD13 и VD14, резко понижая этим выходное напряжение.

Резисторы R21 и R24 ограничивают ток коллектора транзисторов при разрядке конденсаторов, включённых параллельно стабилитронам. Светодиоды HL1 и HL2 в базовых цепях транзисторов VT7 и VT8 сигнализируют о срабатывании защиты. Ток через них при этом не превышает 6 мА.Конденсаторы С19 и С20 совместно с резисторами R17 и R18 образуют фильтры нижних частот, повышающие помехоустойчивость системы защиты. Увеличивать номиналы этих конденсаторов свыше 4700 пФ нежелательно, поскольку это увеличит время срабатывания защиты и пиковые токи через транзисторы VT9 и VT10. Чтобы защита срабатывала одновременно в обоих плечах стабилизатора, предусмотрена связь между триггерными ячейками через конденсаторы С21 и С22.

Читайте также:  Что будет если зарядить аккумулятор большим напряжением

После срабатывания защиты транзисторы VT9 и VT10 остаются закрытыми до отключения устройства от питающей сети. Транзисторы триггерных ячеек закроются, а светодиоды HL1 и HL2 погаснут лишь после разрядки сглаживающих конденсаторов С7—С10. Остаётся одна проблема — обеспечить быструю разрядку сглаживающих конденсаторов после отключения. Её решают узлы на транзисторах VT1 и VT2, одинаковые в обоих каналах. Поэтому рассмотрим только узел, установленный в плюсовом канале.

При включении устройства в сеть конденсатор С17 заряжается через диод VD9 до напряжения, примерно равного амплитуде напряжения, поступающего с обмотки II трансформатора Т1. Конденсатор С15 заряжается через резистор R5 и разряжается через диоды VD3, VD4 и диодный мост VD1. Потенциал затвора транзистора VT1 становится равным потенциалу его истока или даже немного ниже, поэтому транзистор закрыт. Закрытое состояние транзистора VT1 сохраняется на протяжении всего времени, пока подано напряжение питания.

После его выключения диоды VD3 и VD4 закрываются. Напряжение затвор—исток транзистора благодаря резистору R5 возрастает до напряжения стабилизации стабилитрона VD7. Открывшись, транзистор VT1 подключает резисторы R3 и R7 параллельно конденсаторам С7 и С8, ускоряя их разрядку. Длительность разрядки сокращается до 10…20 с при пиковом значении разрядного тока 780 мА, вполне допустимого для используемых транзисторов.

Источник

Стабилизатор напряжения питания УМЗЧ. Доработанная схема В. Орешкина (подписка на платы завершена)

Принципиальная схема модернизированного блока питания УМЗЧ

Схема двухполярного источника питания приведена на рис. 1.

Рис.1. Двухполярный источник питания УМЗЧ

Он состоит из двух гальванически не связанных выпрямителей VD1, C1, C2, C5, C6, C9, C11, C13 и VD2, C3, C4, C7, C8, C10, C12, C14, двух параметрических стабилизаторов, выполненных на стабилитронах VD3, VD4 и источниках тока на транзисторах VT5, VT6, и эмиттерных повторителей на транзисторах VT1, VT3 и VT2, VT4. Коэффициент стабилизации повышен благодаря питанию источника образцового напряжения одного стабилизатора от выходного напряжения другого и использованию вместо резисторов источников тока.

Выпрямители собраны на диодных мостах VD1, VD2, состоящих из двойных диодов Шотки с общим катодом 16CTQ100. Диоды включены параллельно.

Конденсаторы С1…С8; С9, С10 и RC — цепочки R9, C23 и R10, C24 установлены в соответствии с рекомендациями фирмы Texas Instruments по построению блоков питания для УМЗЧ [3].

Для уменьшения шумов каждый стабилитрон VD3, VD4 зашунтирован парой конденсаторов — оксидным и пленочным (соответственно С15, С17 и С16, С18).

Источники тока на транзисторах VT5, VT6 содержат параметрические стабилизаторы HL1, C19, C21, R8 и HL2, C20, C22 в базах транзисторов.

Ток каждого источника равен:
I VD4=(U HL1-U бэVT5)/R4=(1,76-0,56)/0,13=9,2 мА,
I VD3=(U HL2-U бэVT6)/R7=9,2 мА.

Резисторы R5, R6 уменьшают мощность, рассеиваемую на коллекторах транзисторов источников тока.

Коллекторы (корпусы) мощных транзисторов VT1, VT2 соединены с общим проводом блока питания, что позволяет обойтись без теплопроводящих прокладок, тем самым улучшить отвод тепла при больших токах нагрузки.

Для снижения динамического сопротивления источника питания его выходы зашунтированы парами конденсаторов оксидный — пленочный (соответственно С25, С27 и С26, С28). Балластные резисторы со светодиодами зеленого цвета служат для индикации (HL3, R11 и HL4, R12).

Резистор R2 предназначен для запуска двухполярного стабилизатора при включении питания.

Стабилизатор имеет защиту от короткого замыкания в нагрузке. При замыкании в любом плече отключаются оба стабилизатора.

Основные технические характеристики:
Выходные напряжения стабилизатора, В …. ±15
Максимальный ток нагрузки, А …. 20
Коэффициент стабилизации, не менее …. 1500
Выходное сопротивление, не более, Ом …. 0,01
Напряжение на понижающих обмотках трансформатора питания, В …. 2×20

Детали и аналоги

Список деталей (BOM) приведен ниже.
Детали:
VD1, VD2 Диод Шоттки 16CTQ100 IR (100V, 16A) — 8 шт.,
VD3, VD4 Стабилитрон BZX55C16 (16V, 0,4W), стекло — 2 шт.,
HL1, HL2 Светодиод LED FYL-3014HD красный d= 3 мм — 2 шт.,
HL3, HL4 Светодиод LED BL-B2141Q G зел.d=3 — 2 шт.,
VT1 Транзистор КТ827А (20А; 100В), корпус TO-3 — 1 шт.,
VT2 Транзистор КТ825А (20А; 100В), корпус TO-3 — 1 шт.,
VT3 Транзистор BD140, корпус TO-126 — 1 шт.,
VT4 Транзистор BD139, корпус TO-126 — 1 шт.,
VT5 Транзистор 2SA1013, корпус TO-92mod — 1 шт.,
VT6 Транзистор 2SC2383, корпус TO-92mod — 1 шт.,
R1, R3 Резистор -0,25-3,3 кОм — 2 шт.,
R2 Резистор -2-470 Ом — 1 шт.,
R4, R7 Резистор -0,25-130 Ом — 2 шт.,
R5, R6 Резистор -0,25-220 Ом — 2 шт.,
R8 Резистор -0,25-9,1 кОм — 1 шт.,
R9, R10 ЧИП резистор F2512-1 Ом, 1Вт 1% — 2 шт.,
R11, R12 Резистор -0,5-2,7 кОм — 2 шт.,
С1…С8 Конденсатор 0,1/250V К73-17 — 8 шт.,
С9, С10, С23, С24 Конденсатор ЧИП 1812 0,1µF/100V X7R 10% — 4 шт.,
С11…С14 Конденсатор 10000/50V 3035+85°С — 4 шт.,
С15, С16 Конденсатор 47/63V 0611+105°C — 2 шт.,
С17…С20 Конденсатор 0,1/63V К73-17 — 4 шт.,
С21, С22 Конденсатор 47/16V 0511+105°C — 2 шт.,
С25, С26 Конденсатор 470/35V 0820+105°C — 2 шт.,
С27, С28 Конденсатор 1/63V К73-17 — 2 шт.,
Радиатор для VT1, VT2
Печатная плата 150×70×2 мм — 1 шт.

Читайте также:  Какие предельно допустимые значения установившегося отклонения напряжения определены гост 13109

В блоке питания использованы выводные резисторы МЛТ или зарубежные MF мощностью, указанной на принципиальной схеме (рис. 1).

Конденсаторы С1 — С8, С17 — С20, С27, С28 типа К73-17, оксидные конденсаторы импортные. Конденсаторы С17 — С20 могут быть с лучшим результатом заменены на CBB21/MPP из металлизированного полипропилена (например, 0,15 мкФ, 100 В с датагорской ярмарки). В качестве С27, С28 подойдут 1 мкФ, 100 В (Suntan, полиэстер).

Транзисторы КТ825А и КТ827А можно заменить составными (КТ819Г + КТ815Г и КТ818Г + КТ814Г), при этом эмиттерные переходы мощных транзисторов КТ819Г и КТ818Г необходимо зашунтировать резисторами сопротивлением 100 — 150 Ом. Возможна замена мощных составных транзисторов на MJ11032 и MJ11033. При максимальном токе нагрузки 5 — 7 А подойдут транзисторы TIP142 и TIP147, а также BDW42G BDW47G.

Транзисторы VT1, VT2 закреплены на теплоотводе с площадью охлаждающей поверхности 900 кв. см без теплоизолирующих прокладок с применением теплопроводной пасты АЛСИЛ-3.

Вместо транзисторов BD139 и BD140 подойдут 2SC3502 и 2SA1380 или BF471 и BF472. При замене обязательно уточняйте цоколевку транзисторов.

Транзисторы VT5, VT6 типа 2SA1013, 2SC2383 могут быть заменены на отечественные КТ502Е, КТ503Е; КТ6116, КТ6117 или импортные 2N5401, 2N5551; 2SA1145, 2SC2705 и на другие.

Диоды Шоттки в мостах VD1, VD2 заменимы на MBR20200CTG (200 В, 10 А) с общим катодом, либо на SR10100 (10 А, 100 В, ТО-220-2). В последнем случае потребуется корректировка печатной платы.

При токах потребления более 2 А необходимо снабдить диоды небольшими радиаторами и (или) обеспечить их охлаждение вентилятором.

При сравнительно небольших потребляемых токах (до 2 А) в диодных мостах можно применить высокопроизводительные диоды HER505 (5 А, 1000 В), сверхбыстрые диоды SF56 (5 А, 400 В) или ультрафасты STTH5R06FP (5 А, 600 В, ТО-220-2).

Максимальный ток стабилизатора напряжения определяет трансформатор питания. Например, в приведенной на рис. 1 схеме трансформатор Т1 типа ТПП321 обеспечивает максимальный ток не более 4 А.

Работа с другими выходными напряжениями

В таблице приведены параметры элементов стабилизатора напряжения при других выходных напряжениях.

Печатная плата

Детали устройства, кроме силового трансформатора Т1 и мощных транзисторов VT1, VT2, смонтированы на печатной плате размерами 150×70 мм (см. рис. 2), изготовленной из фольгированного стеклотекстолита.

Рис. 2. Размещение деталей на печатной плате. Дорожки показаны «на просвет», smd элементы C9, C10, C23, C24, R9, R10 установлены со стороны печатных дорожек

«Силовые» дорожки на печатной плате целесообразно дополнительно пропаять сверху луженым монтажным проводом диаметром 0,5 — 0,7 мм.

Налаживание

Для равенства по модулю выходных напряжений стабилизатора необходимо перед монтажом отобрать стабилитроны VD3, VD4 по напряжению стабилизации при токе 10 мА.

Налаживание устройства сводится к подбору сопротивления резистора R2, обеспечивающего надежный запуск источника питания.

Выводы

Применение двух отдельных выпрямительных мостов в устройстве, на мой взгляд, является недостатком, так как по сравнению с одним диодным мостом имеем в два раза выше падение напряжения на диодах выпрямителя, следовательно, меньшую максимальную мощность. Кроме того, конструкция с двумя диодными мостами имеет большие габариты.

Наличие двух независимо работающих вторичных обмоток трансформатора выдвигает дополнительное требование равенства их выходных напряжений.

Единственное преимущество схемы с двумя выпрямительными мостами — в два раза меньшее максимальное напряжение на диоде моста может сыграть свою положительную роль при выборе выпрямительных диодов Шоттки, имеющих невысокое обратное напряжение, не более 45 — 200 В.

Описанное устройство можно использовать не только как источник питания УМЗЧ, но и как мощный источник питания устройств автоматики.

Источник