Меню

Усилитель мощности двухуровневое питание

Высококачественный усилитель мощности «ОМ 2.5» с гибридным питанием 2х100 Вт/4 Ом

Проект получил такое название в связи с тем, что многие радиолюбители, да и не только, любят слушать музыку на качественной аппаратуре. Для домашнего использования в этом особой проблемы нет, так как есть сеть 220 В и мы можем спокойно получить практически любое выходное напряжение с блока питания, и уже как следствие – запитать практически любой усилитель.

Другое дело обстоит с автомобилем, либо мобильным вариантом. К примеру, автономная работа от аккумулятора на репетиции или выступлении на открытом воздухе, где нет возможности подключиться к сети, инвертор с *кривой синусоидой* вносит искажения, а генератора попросту нет. Выход из ситуации – автомобильный усилитель, но он стоит довольно дорого, и чем выше качество и именитей производитель – тем выше цена. Прикинул, что к чему и решил совместить домашний высококачественный усилитель и автомобильный. А сделал я это следующим образом. Но обо всём по порядку.

Выбор пал на уже очень хорошо зарекомендовавший себя усилитель «ОM Mark 2.5», почему не 2-ая версия, да потому, что если делать, то делать по максимуму, а в версии 2.5 были немного улучшены показатели по быстродействию, режиму работы и немного «растянута» вниз АЧХ.

Плату я немного подкорректировал, исходя из имеющихся у меня комплектующих. Вытравил, спаял, протестировал, отложил в сторонку.

Блок питания состоит из двух импульсных трансформаторов работающих на частоте 50 кГц, спросите почему так, ответ простой – это импульсник и я рассчитывал количество витков исходя из равномерного заполнения по слоям. Сердечники (магнитопровод) были взяты от компьютерных блоков питания и перемотаны на требуемое напряжение, я сделал «гибрид» из двух в один. В результате оба преобразователя имеют выход с мостов на общую батарею конденсаторов, то есть конденсаторы используются хоть при питании от сети 220 В, хоть от 12 В, трансформаторы соединены общими проводами на «Мекку» и никакого фона не наблюдается.

Номинальная мощность такого блока питания получилась свыше 350 Вт, конденсаторы на входе схемы импульсника 470 мкФ, ключи IRF840, схема «полумост», в качестве генератора IR2153, в преобразователе с 12 В: ШИМка TL494, ключи IRF3205, схема включения *пуш-пул*. Применил диодные сборки для плюсового плеча, а для минусового использовал диоды КД213, сборки закрепил на радиатор, в ходе испытаний -еле тёплые. На плате расположены держатели предохранителей для каждого плеча питания оконечных усилителей, питание защиты взято до мостов, припаяны одиночные диоды анодом к вторичкам, катоды соединяются и идут на плюс питания защиты. Таким образом защита запитана как при питании от 220 В, так и при питании от 12 В, а стабилизатор напряжения не даёт превысить питание защиты выше 24 В.

Емкость конденсаторов на выходе составляет 6600 мкФ на каждое плечо, что реально избыточно, хватило бы и 2200 мкФ на плечо (со стороны проводников печатной платы каждый шунтирован керамикой на 1,5 мкФ), но делать так делать, хуже от этого не стало точно, да и нагрузка на трансформатор снизиться и диодам будет полегче.

Радиатор для полевых транзисторов взял с очень большим запасом, вот просто он у меня давно пылился в шкафу, в результате после 6 часового «марш броска» на максимальной выходной мощности усилителя – радиатор практически комнатной температуры. Пришлось немного поработать напильником, дрелью, нарезать резьбу для крепления самого радиатора к плате и к транзисторам. После настал час притирки основания на 180-ой наждачной бумаге. В результате получился отличный радиатор, крепление транзисторов сделал так, чтобы выводы имели не большую длину, так как ток проходить будет относительно большой, хотя нагрева там не будет, но пусть лучше будет хорошо, чем станет плохо. Чтобы хорошо и аккуратно впаять транзисторы, следует их сначала закрепить на радиатор, а уже после крепления радиатора к плате – припаивать к дорожкам, так не возникнет внутренних напряжений.

На плате блока питания распаян C-L-C фильтр, предотвращающий прохождение помех от системы зажигания, при питании от 12 В. Распаян фильтр C-L-C для фильтрации сетевого напряжения 220 В. Дроссели в обоих случаях взяты от компьютерных блоков питания, первый это бывший ДГС – лишние обмотки смотаны, второй входной дроссель, его часто не ставят, а стоят перемычки, но ведь делаем для себя, так чего же экономить такую мелочь, если польза от неё есть. Предохранитель на 20 А у меня на проводе, такой вариант меня вполне устроил, мало того, что это достаточно надёжный контакт, так ещё и изоляция хорошая, да и вид не портит.

Питание IR2153 идёт через резистор 15 кОм/8 Вт, при длительной эксплуатации -нагрев в пределах нормы, даже палец смело можно держать (но при включенном блоке питания так поступать не следует, элементы схемы находятся под напряжением сети 220 В). Снаббер так же имеет резисторы с общей мощностью 4 Вт (что было то и ставил, зато практически еле тёплые). На входе блока питания стоит предохранитель 4 А, а так же термистор для «щадящего» включения. Можно обойтись и без него, но в момент включения через диоды моста проходит довольно большой ток, потому что конденсаторы в начале заряда имеют очень низкое сопротивление , которое по мере зарядки стремиться к бесконечности, по этому при пуске – термистор своим сопротивлением спасает от пробоя по току диоды мостика.

Читайте также:  Как определить полезную мощность гребного винта

Какой же усилитель без защиты для колонок, какими бы они ни были, а бывает что цена за АС далеко переваливает стоимость усилителя, то экономить на таком узле нет смысла – себе дороже.

За основу взял печатную плату со стабилизацией питания, так же подкорректировал под размеры своих комплектующих, ввёл несколько приятных *плюшек*. Защита у меня с задержкой пол секунды, этого хватает, чтобы переходные процессы уже закончились, и включить усилитель без хлопков в колонках. Питается защита до основного выпрямителя питающего оконечники.

Теперь надо всё это включить, а как бы это сделать более интереснее, чем просто тумблером, кнопка с фиксацией – банально, кнопка без фиксации – уже лучше, но а если вообще без кнопки?!

Без кнопки не получиться, но саму кнопку можно спрятать или замаскировать под что-то. Замаскирую я её под индикатор сети, а что, всё равно его надо ставить, так почему бы не совместить сразу и кнопку и индикатор. Взял микрик, светодиод и прикинул схемку будущего выключателя/включателя.

Таймер NE555 отлично нам подходит, но что делать с его питанием, надо делать дежурное питание. Да так, чтобы было оно и от 12 В и от сети. На помощь пришла микросхема стабилизатора LM7805, мало мощный трансформатор, пара конденсаторов и диоды для моста.

Нажимая кнопку один раз – мы включаем питание, а включается оно благодаря исполнительным элементам на электромагнитных реле. Релюшки взял две, одна включает питание преобразователя с 220 В на ±35 В, вторая подключает дистанционное включение (REM) преобразователя 12 В на ±35 В. Почему две, а не одна с двумя парами контактов, а дело в том, что так попросту безопаснее. Но при этом ток проходящий через транзистор увеличивается в двое, маломощный транзистор греется и причём ощутимо, не долго думая установил отечественный КТ817, при этом ножки пришлось «перекрестить», но теперь ничего не греется.

Материал для корпуса был взят «суровый Челябинский». А именно – холоднокатаный лист углеродистой стали толщиной 2 мм. Штука тяжёлая, но зато прочная, да и в руках его не носить, поставил и пусть себе стоит.

Прикинул как всё будет внутри располагаться. Нарезал резьбы М3, притёр на наждачке и куске стекла основания радиаторов. Разметил отверстия для крепления плат и перфорацию для лучшего охлаждения. Сначала размечаем точки маркером, затем керним, затем сверлим сверлом диаметром 2 мм, потом на 4 мм и 6 мм, снимаем фаски сверлом 6 мм и 8 мм соответственно. Так как крепёж будет с потайными головками, то делаем потаи.

Работа это прямо скажу не очень приятная, да ещё и после рабочего дня, но человек я ленивый и мне было лень занимать вечер следующего дня этим довольно нудным занятием, по этому сделал верх и низ за один вечер, закрепил сразу два листа металла струбцинами на куске ДСП, а сам ДСП в тисках , в результате получил вот такие дно и крышку с «ажурной» перфорацией.

Шлифуем окрашиваемые части корпуса, обезжириваем растворителем, заклеиваем скотчем основание радиаторов и грунтуем. Красим в три слоя, цвет «чёрный матовый», краска и грунт желательно брать одного производителя, иначе возможны казусы, краска сворачивается и грунт вздувается. Мне пришлось всё очистить и грунтовать заново, а потом красить уже другой краской, рекомендую «босни» хорошо держится и на солнце хорошо себя чувствует.

Сборка и настройка

Приступаем к сборке, первым делом крепим платы оконечных усилителей, затем прикручиваем дно (оно же шасси), проверяем оконечники, выставляем предварительные режимы работы, настраиваем ноль на выходе.

Выставляем ток покоя в районе 45-65 мА, что соответствует показаниям милливольтметра при сопротивлении резисторов в цепи эмиттеров 0,47 Ом (по два параллельно) 22-32 мВ. Подключаем и закрепляем защиту АС и блок питания.

Устанавливаем устройство включения кнопкой без фиксации. Прикручиваем крепление крышки усилителя к задней панели, предварительно все винты заливаем клеем ПВА для предотвращения самораскручивания.

Припаиваем светодиод на стеклотекстолит, это наша кнопка, которая будет оказывать давление на микрик, так как за счёт перекоса светодиода относительно оси, (толщина передней панели 2 мм) наращиваем толщину панели кусочком стеклотекстолита, теперь светодиод двигается без перекосов и не клинит. Прикручиваем переднюю панель, закрепляем микрик, выставляем зазор для свободного хода светодиода, так чтобы светодиод был слегка прижат к передней панели пружиной микрика, но при этом нигде не зажимал и имел ровный ход без перекосов. Провода от светодиода берём с запасом, они должны быть мягкими и не создавать дополнительного нажима на светодиод, желательно взять МГТФ.

Читайте также:  Хендай гранд старекс теряет мощность

Проверяем монтаж, проводим испытания с открытой крышкой, если что то работает не так как надо – будет проще решить проблему. Проверяем работу выключателя без фиксации. Закрываем крышку, прикручиваем винтами с потайными головками.

Подключаем кабели и наслаждаемся хорошим звуком, не зависимо от того в доме это, в автомобиле или на природе, усилитель сохраняет работоспособность в диапазоне питания батареи от 9-18 В. При питании от сети, напряжение не должно превышать 260 В. В усилителе использован аналоговый трансформатор для дежурного питания, при желании можно использовать импульсный на напряжение от 5-35 В, всё равно питание NE555 и электромагнитных реле, осуществляется через стабилизатор напряжения LM7805.

Архив с печатными платами в формате [.lay]

Источник



Усилитель Хамелеон класс G H

На предыдущей странице было оговорено, что на мощности свыше 600 Вт лучше использовать двухуровневое питание, которое позволяет довольно серьезно разгрузить выходной каскад и на меньшем количестве оконечных транзисторов получить большую мощность. Для начала стоит пояснить что же есть такое — двухуровневое питание.
Надеемся не надо пояснять что такое двуполярный источник питания, этот же вариант можно назвать «четырехполярным», поскольку относительно общего провода имеется 4 различных напряжения. Принципиальная схема такого источника приведена на рисунке 1.

Принципиальная схема источника питания для усилителя с двухуровневым питанием.
Рисунок 1.

Однако напряжение питания необходимо подавать на оконечный каскад усилителя, а как быть, если этих напряжений 2? Правильно — необходима дополнительная схема управления этим самым питанием. По принципу управления различают 2 основных класса — G и H. Отличаютс они между собой прежде всего тем, что класс G изменяет напряжение питания на оконечном каскаде плавно, т.е. силовые транзисторы системы управления питания работают в усилительном режиме, а в классе H силовые ключи системы управления питанием подают ступечато, т.е. они либо полностью закрыты, либо полностью открыты…
Временные диаграммы приведены на рисунке 2 и 3, на рис.2 — класс G, на рис.3 — класс H. Синяя линия — выходной сигнал, красная и зеленая — напряжение питания оконечного каскада усилителя мощности.

Изменение напряжения питания на оконечных транзисторах усилителя мощности класса G.
Рисунок 2.
Изменение напряжения питания на оконечных транзисторах усилителя мощности класса H.
Рисунок 3.

Как должно подаваться питание на оконечный каскад вроде разобрались, осталось выяснить каким набором элементов это сделать…
Для начала рассмотрим класс H. На рисунке 5 приведена принципиальная схема усилителя мощности работающег в класе H.

Принципиальная схема усилителя мощности 600 Вт класс H.

Рисунок 4 УВЕЛИЧИТЬ.

Синим прописано напряжение и мощностьна нагрузку 4 Ома, красны для нагрузки 8 Ом, на рисунке так же показан рекомендуемый источник питания. Как видно из схемы ее костяк состоит из типовго класаа AB, однако питание на усилитель напряжение подается уже с более высоковольной «ветки» питания, причем влияние выходного сигнала на напряжение питания усилителя напряжение снижено (уменьшено сопротивление R36, R37, иногда номинал этих резисторов приходится снижать вплоть до 68 Ом, особенно на мощностях выше 1 кВт), поскольку при подключении «второго этажа» питания на выходном сигнале наблюдается небольшой всплеск, которй ухом уловит не каждый, а вот на устойчивость схемы он влияет довольно серьезно…
Управление питанием, подаваемым на оконечные каскады осуществляется компораторами LM311, порог срабатывания которых регулируется подстроечными резисторами R73 и R77. Для правильной настройки потребуется или ОЧЕНЬ хороший слух или, что предпочтительней — осцилограф.
После компораторов стоят транзисторные драйвера, которые работают уже непосредственно на затворы мосфитов разной структуры. Поскольку силовые мосфиты управления питанием работаю к лючевом режиме, то выделяемое на них тепло довльно низкое, для них гораздо важнее максимальный ток, протекающий по открытому переход сток-исток. Мы используем для этих целей транзисторы IRFP240-IRFP9240 для усилителей до 700 Вт, их же, но уже по 2 в параллель для мощностей до 1 кВт и IRF3710-IRF5210 для мощностей свыше 1 кВт.
На рисунке 5 приведена принципиальная схема усилителя мощности на 1400 Вт класса H. Отличается схема от предыдущего варианта тем, что в оконечном каскаде используется уже 6 пар транзисторов (для усилителя на 1000 Вт необходимо 4 пары), а силовые ключи управления питания IRF3710-IRF5210.

Принципиальная схема усилителя мощности на 1400 Вт класса H.

Рисунок 5. УВЕЛИЧИТЬ

На рисунке 6 приведена принципиальная схема усилителя «Хамелеон 600 G», работающий в классе G ну и с выходной мощность до 600 Вт, причем как на нагрузку как 4 Ома, так и 8 Ом. По сути управление «вторым этажом» питания осуществляется повторителями напряжения выходного сигнала, только на них предварительно подается дополнительное опорное напряжени в 18 вольт и как только напряжение на выходе приближается к величине напряжения «первого этажа» более чем на 18 вольт повторители начинаю подавать напряжение со «второго этажа». Плюсом данной схемотехники является то, что остутствуют коммутационные помехи, характерные для класса H, однако улучшение качества звука требует довольно серьезных жертв — количество транзисторов в упрвлении напряжением питания оконечного каскада должно быть равно количеству самих оконечных транзисторов и это будет практически на предел ОБР, т.е. требуется довольно хорошее охлаждение.

Читайте также:  Что такое коэффициент поставки мощности

Принципиальная схема усилителя мощности до 600 Вт класса G.

Рисунок 6 УВЕЛИЧИТЬ

На рисунке 7 приведена схему усилителя на мощность до 1400 Вт касса G, в которой используется 6 пар как оконечных, так и управляющих транзисторов (для мощностей до 1000 Вт используетс по 4 пары)

Принципиальная схема усилителя мощности до 1400 Вт класса G.

Рисунок 7 УВЕЛИЧИТЬ

Чертежи печатных плат — полная версия — лежат тут. Чертежи в формате lay, в jpg будут несколько позже…

Технические характеристики усилетелей сведены в таблицу:

Источник

Тема: Двухуровневое питание

Опции темы

Двухуровневое питание

Re: Двухуровневое питание

Re: Двухуровневое питание

Сообщение от CAHEK

Re: Двухуровневое питание

Сообщение от Rewerse

Re: Двухуровневое питание

Сообщение от CAHEK

Re: Двухуровневое питание

Re: Двухуровневое питание

Сообщение от CAHEK

Re: Двухуровневое питание

Давай исходить из того, что однозначных ответов на твои вопросы нет.
Почему (ИМХО):

1. домотаем. какая форма токов в обмотках при работе на импульсную нагрузку знает один господь бог, все помехи будут лезть в цепь питания УН. сколько кондеров — фиг знает, потому как неизвесны твои требования к пульсациям питающего напряжения для УН.

2. Ответ на второй вопрос примерно в таком же ключе, за исключением интегральных стабилизаторов.

Подводя итог — все зависит от того, что ты требуешь от схемы.

Ну и до кучи, некорректно обозвал питание.

Вот так вот, грусно.

Бери во внимание то, что я вовсе не крутой спец и можешь послать меня на . .

Re: Двухуровневое питание

Сообщение от CAHEK
Сообщение от CAHEK

Re: Двухуровневое питание

Ну такое питание (IMHO) проще всего назвать раздельным питанием. Ведь не всегда УН и УМ, питаясь от разных источников, имеют разные напряжения этих источников. В этих случая просто пытаются уменьшить влияние выходных каскадов на входные. Вот и получается, что питание вроде как раздельное, а напряжение одинаковое (Уровень так сказать один).

К вашим двум вариантам можно добавить третий.
Купить еще один трансформатор (на необходимое для УН напряжение) и от него запитать УН.

Re: Двухуровневое питание

Сообщение от Quasar

вариант конечно отличный и я его рассматривал но проблема в одном: в корпусе катастрофически не хватает места
могу ради интереса сфоткать и показать в нем основное место занимают торы и кондеры(12 эпкосов по 10000*63 не так уж и мало места) так что впихнуть туда еще один тор будет не так уж и легко

Сообщение от Quasar

Re: Двухуровневое питание

На каких радиаторах? Если имеются ввиду стабилизаторы, то это мне например (IMHO так сказать) добезразницы. Зато полностью исключится влияние оконечников на предкаскады.

А разговоры про КПД (IMHO) считаю неуместными. Да, если проектировать сверх мощный усил, то там надо учитывать КПД, и боротся за максимальное значение.

Re: Двухуровневое питание

Сообщение от Quasar
МиниатюрыМиниатюры

Re: Двухуровневое питание

Re: Двухуровневое питание

Сообщение от Quasar

Re: Двухуровневое питание

Питают их разным напряжением, я прекрасно знаю почему (Хотя бы потому, что на затворах MOSFET падает около 4-5 Вольт). Следовательно, что бы максимально использовать напряжение питания вых.каскада, надо эти 4-5 Вольт (в каждом плече, как раз 10В) учитывать (короче, что бы можно было раскачать каскад как следует )

Просто по твоим словам получается, что каскад работающий в классе AB, в покое вообще должен гореть т.к. на его входе вообще ноль ( ну или почти ноль).
От «недораскачи» (помоему) ещё не одщин каскад не сгорел.

Re: Двухуровневое питание

Сообщение от Quasar

Re: Двухуровневое питание

Короче, мы ушли уже не в ту степь.

Если напряжение питания УН и УМ допустим 30В двупол. то получить на выходе усила. с оконечником на MOSFET больше 26 В не выдет, т.к. на затворах падает около 4.
А если УН имеет более высокое напряжение и выдаёт на выходе 34 В, то (чисто теоретически) от выходного каскада можно получить 30 (но это теор. т.к.падает напряжение на канале транзистора да еще плюс в истоках, чаще всего, стоят резисторы). Да действительно в данном случае лучше запитать УН и УМ разными напряжениями. А в некоторых случаях напряжение одиннаковое. Всё зависит от схемы.

Re: Двухуровневое питание

Сообщение от Quasar

Re: Двухуровневое питание

Колличество транзисторов не говорит о колличестве каскадов.
Если например имеется схема Дарлингтона с тремя транзисторами, то это не значит, что это три каскада. Это один каскад, и чаще всего повторитель (да пратически всегда, кроме всякого изврата) однокаскадный. УН может содержать кучу каскадов, а повторитель много каскадный это уже know-how какое-то.

Короче ещё раз, схему в студию (для продолжения разговора).

Источник