Стабилизированный блок питания УМЗЧ. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Блоки питания

 Комментарии к статье

Современные УМЗЧ, обладая внушительной пиковой выходной мощностью, доходящей порой до 200 Вт, предъявляют довольно жесткие требования к своему источнику питания. Для них, как правило, необходимо двухполярное напряжение 2 X (30...40) В при пиковом токе до 10 А в каждом плече. Обычно в выпрямителе применяют сглаживающие конденсаторы большой емкости, доходящей до 20000 мкФ и более. Но даже с ними просадки выпрямленного напряжения при пиковом токе нагрузки достигают 2...3 В, что требует от УМЗЧ высокого коэффициента подавления пульсаций напряжения питания. Автор предлагает оснастить блок питания УМЗЧ стабилизатором, обеспечивающим нужное качество питающего напряжения.

В последнее время в любительских конструкциях УМЗЧ все чаще располагают выпрямитель и блок конденсаторов большой емкости 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"). 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.

Основные технические характеристики

• Выходное стабилизированное напряжение, В.......2x35
• Максимальный ток нагрузки каждого плеча, А....... 9
• Ток срабатывания триггерной защиты, А.......11
• Полное время срабатывания защиты, мкс .......12
• Время нарастания выходного напряжения от нуля до номинального значения, с......0,36
• 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 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 примененных транзисторов, что иногда приводит к их выходу из строя.

Рис. 1. Схема стабилизатора напряжения питания УМЗЧ

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.

Рис. 2. Схема блока питания (нажмите для увеличения)

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 C2. Если нагрузка невелика, выходное напряжение начинает возрастать, пока стабилизатор не войдет в режим стабилизации. При токе нагрузки менее I=U_вых/R3=19/470=40 мА, 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 C7-C10, равного напряжению стабилизации стабилитронов VD11 и VD12, транзисторы VT 11.1 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 VT11.1, а минусового плеча - соответственно стабилитронов VD14, VD16 и транзистора VT11.2. Для плавного запуска стабилизатора оказалось достаточно зашунтировать стабилитроны VD13-VD16 конденсаторами C23-C26. 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.

Рис. 3. Осциллограммы процесса запуска

Для уменьшения рассеиваемой на транзисторах VT9 и VT10 мощности истоки транзисторов VT 11.1 и VT 11.2 соединены не с общим проводом, а с точками соединения стабилитронов и резисторов (соответственно VD15, R29 и VD16, R30). Поэтому потенциалы истоков транзисторов VT11.1 и VT11.2 равны напряжению стабилизации соответствующих стабилитронов (6,2 В по абсолютному значению). Это позволяет изменять управляющее напряжение на затворах транзисторов VT9 и VT10 не до 0 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. Зеленая - 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.

Рис. 4. Осциллограммы

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, соединенные 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, включенных 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 C21 и C22.

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. Остается одна проблема - обеспечить быструю разрядку сглаживающих конденсаторов после отключения. Ее 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 C17 заряжается через диод VD9 до напряжения, примерно равного амплитуде напряжения, поступающего с обмотки II трансформатора T1. 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 C7 и С8, ускоряя их разрядку. Длительность разрядки сокращается до 10...20 с при пиковом значении разрядного тока 780 мА, вполне допустимого для используемых транзисторов.

На рис. 5 изображен чертеж печатных проводников платы размерами 175x80 мм, на которой был собран описываемый блок питания. Она изготовлена из фольгированного с двух сторон стеклотекстолита толщиной 1,5 мм. Толщина фольги - не менее 50...70 мкм, а лучше - 110 мкм. Размещение деталей на плате показано на рис. 6, ее внешний вид - на рис. 7. Транзисторы VT9 и VT10 смонтированы на условно нижней стороне платы и закреплены на теплоотводе. Для доступа к крепящим транзисторы винтам на плате предусмотрены отверстия.

Рис. 5. Чертеж печатных проводников платы

Рис. 6. Размещение деталей на плате

Рис. 7. Внешний вид платы

В основном применены резисторы для поверхностного монтажа типоразмера 0805, а резисторы R27-R30 - типоразмера 2512 (мощностью 1 Вт). Резисторы R1-R4, R7, R8 - МЛТ или аналогичные импортные. Резисторы-датчики тока R11-R14 - KNP-100. Они установлены с двух сторон платы. Вместо каждой пары этих резисторов можно применить по одному вдвое меньшего сопротивления и мощностью 1...2 Вт.

Конденсаторы С1-С6, С8, С10- С14, C29, C30 - металлопленочные К73-17 на напряжение не менее 63 В или их импортные аналоги. Конденсаторы C19-C22 - керамические для поверхностного монтажа типоразмера 0805 или 1206. Оксидные конденсаторы C23-C26 - танталовые типоразмера D или Е, С7 и C9 - алюминиевые серии LS фирмы Jamicon, C27, C28, C31, C32 - алюминиевые серии RD фирмы SAMWHA, остальные - К50-35 или аналогичные импортные.

Стабилитроны DL4751A и DL4735A можно заменить другими с напряжением стабилизации соответственно 30 В ± 5 % и 6,2 В ± 5 % в корпусе MELF. При отсутствии диодных мостов GBJ2502 вместо них можно установить другие на ток 25 А с допустимым обратным напряжением не менее 100 В или собрать каждый мост из четырех одиночных диодов с барьером Шоттки с подходящими параметрами. Замена диодов RS1B - диоды той же серии или любые маломощные с обратным напряжением не менее 60 В.

Полевые транзисторы IRFD024 могут быть заменены другими N-канальными с изолированным затвором и допустимым напряжением сток-исток 50...60 В, например, IRFZ24, IRFZ34, IRFZ44, но потребуется корректировка печатной платы. Вместо транзисторов BSS63 и BSS64 в узлах защиты от перегрузки допустимо использовать любые маломощные биполярные транзисторы общего применения соответствующей структуры в корпусе SOT23 с максимальным напряжением коллектор- эмиттер не менее 50 В.

В качестве замены транзисторам IRF1405 и IRF4905 следует подбирать мощные полевые транзисторы с изолированным затвором, наибольшим быстродействием и большой крутизной характеристики. Необходимо также, чтобы они имели минимальное пороговое напряжение исток-затвор.

Микросборку из двух полевых транзисторов с каналами разного типа проводимости IRF7343 можно заменить на FDS4897C или FDS4559. Если уменьшить входное и выходное напряжение стабилизатора соответственно до 30 В и 27 В, то можно применить и микросборку IRF7319. Транзисторы этих микросборок имеют небольшое (около 1 В) и практически одинаковое по абсолютному значению пороговое напряжение затвор-исток. Можно, конечно, использовать и отдельные маломощные полевые транзисторы с максимальным напряжением сток- исток не менее 45 В, но при этом разница выходного напряжения плеч стабилизатора может стать больше.

Правильно собранный блок практически не нуждается в налаживании, но все же первое включение желательно производить с лампой накаливания мощностью 40...60 Вт, включенной последовательно с первичной обмоткой трансформатора T1. В момент включения она должна загореться, а затем погаснуть. После чего следует замерить выходное напряжение, оно должно находиться в пределах 35 ± 0,5 В. Кратковременно замкнув выход одного из плеч стабилизатора мощным резистором сопротивлением 3 Ом, убедитесь в срабатывании защиты. Восстановив работу стабилизатора, проверьте с помощью осциллографа, что видимые пульсации выходного напряжения с частотой сети отсутствуют.

Ниже приведены осциллограммы реальных пульсаций выходного напряжения стабилизатора, работающего на УМЗЧ с нагрузкой сопротивлением 4,7 Ом. На них желтая кривая - напряжение на выходе УМЗЧ, синяя - переменная составляющая напряжения на выходе стабилизатора (между точками A и С или B и C). Осциллограммы сняты в следующих условиях:

рис. 8 - сигнал на входе УМЗЧ отсутствует, ток покоя усилителя - 0,25 А;

рис. 9 - амплитуда выходного напряжения УМЗЧ - 25 В, частота - 10 кГц, размах пульсаций - менее 10 мВ;

рис. 10 - амплитуда импульсов на выходе УМЗЧ - 20 В, частота - 30 Гц.

Рис. 8. Осциллограммы

Рис. 9. Осциллограммы

Рис. 10. Осциллограммы

Следует отметить, что трансформатор T1 должен иметь достаточную мощность, чтобы обеспечить максимальный ток нагрузки 10 А. Напряжение на сглаживающих конденсаторах выпрямителей на пиках тока нагрузки не должно опускаться ниже 38 В. Если учитывать пик-фактор музыкального сигнала, обычно близкий к трем, мощность трансформатора для каждого канала УМЗЧ должна быть около 200 Вт или больше. Автор применил трансформатор мощностью 180 Вт на тороидальном магнитопроводе.

Автор: М. Муравцев

Смотрите другие статьи раздела Блоки питания.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Искусственная кожа для эмуляции прикосновений 15.04.2024

В мире современных технологий, где удаленность становится все более обыденной, сохранение связи и чувства близости играют важную роль. Недавние разработки немецких ученых из Саарского университета в области искусственной кожи представляют новую эру в виртуальных взаимодействиях. Немецкие исследователи из Саарского университета разработали ультратонкие пленки, которые могут передавать ощущение прикосновения на расстоянии. Эта передовая технология предоставляет новые возможности для виртуального общения, особенно для тех, кто оказался вдали от своих близких. Ультратонкие пленки, разработанные исследователями, толщиной всего 50 микрометров, могут быть интегрированы в текстильные изделия и носиться как вторая кожа. Эти пленки действуют как датчики, распознающие тактильные сигналы от мамы или папы, и как исполнительные механизмы, передающие эти движения ребенку. Прикосновения родителей к ткани активируют датчики, которые реагируют на давление и деформируют ультратонкую пленку. Эта ...>>

Кошачий унитаз Petgugu Global 15.04.2024

Забота о домашних животных часто может быть вызовом, особенно когда речь заходит о поддержании чистоты в доме. Представлено новое интересное решение стартапа Petgugu Global, которое облегчит жизнь владельцам кошек и поможет им держать свой дом в идеальной чистоте и порядке. Стартап Petgugu Global представил уникальный кошачий унитаз, способный автоматически смывать фекалии, обеспечивая чистоту и свежесть в вашем доме. Это инновационное устройство оснащено различными умными датчиками, которые следят за активностью вашего питомца в туалете и активируются для автоматической очистки после его использования. Устройство подключается к канализационной системе и обеспечивает эффективное удаление отходов без необходимости вмешательства со стороны владельца. Кроме того, унитаз имеет большой объем смываемого хранилища, что делает его идеальным для домашних, где живут несколько кошек. Кошачий унитаз Petgugu разработан для использования с водорастворимыми наполнителями и предлагает ряд доп ...>>

Привлекательность заботливых мужчин 14.04.2024

Стереотип о том, что женщины предпочитают "плохих парней", долгое время был широко распространен. Однако, недавние исследования, проведенные британскими учеными из Университета Монаша, предлагают новый взгляд на этот вопрос. Они рассмотрели, как женщины реагируют на эмоциональную ответственность и готовность помогать другим у мужчин. Результаты исследования могут изменить наше представление о том, что делает мужчин привлекательными в глазах женщин. Исследование, проведенное учеными из Университета Монаша, приводит к новым выводам о привлекательности мужчин для женщин. В рамках эксперимента женщинам показывали фотографии мужчин с краткими историями о их поведении в различных ситуациях, включая их реакцию на столкновение с бездомным человеком. Некоторые из мужчин игнорировали бездомного, в то время как другие оказывали ему помощь, например, покупая еду. Исследование показало, что мужчины, проявляющие сочувствие и доброту, оказались более привлекательными для женщин по сравнению с т ...>>

Случайная новость из Архива Лекарство из яда рыбы фугу 29.06.2019 Ученые Гарвардского университета представили новое обезболивающее на базе яда рыбы фугу. Эта рыба принадлежит семейству иглобрюхих, и является носителем сильнейшего яда - тетродотоксина. Средство уже успешно опробовали на грызунах. Оно отлично работало и не вызывало зависимость, в отличие от опиоидных обезболивающих, сообщается на сайте школы. Тетродотоксин является паралитическим ядом, то есть он поражает нервную ткань и, в конце концов, парализует жертву. Он содержится в шипах рыбы фугу, печень и гонады которой являются смертельно ядовитыми. Нервная ткань отвечает за наши болевые ощущения, и, как показали исследования, в малых дозах тетродотоксин может блокировать сигналы от нервной ткани без ее повреждения. Кроме того, тетродотоксин не вызывает привыкания. Так, функционирование некоторых потенциал-чувствительных натриевых каналов в некоторых случаях влечет за собой возникновение хронической боли. Тетродотоксин же имеет очень высокое сродство к этим каналам, перекрывая, как пробка, поток ионов через канал и блокируя нервную передачу. Поэтому люди, мучающиеся от хронических болей, могут принимать его, не боясь стать от него зависимым на всю оставшуюся жизнь. Созданный на основе тетродотоксина препарат под названием Тектин сейчас находится в третьей фазе исследований, фазе, предшествующей подаче препарата на одобрение FDA. Врачи уверены, что тектин способен помочь больным раком, на которых другие обезболивающие уже не действуют. В случае если все испытания препарата пройдут успешно, новый анальгетик появится на рынке в течение ближайших трех лет.

Другие интересные новости:

▪ Стабильный двумерный электронный газ на поверхности полупроводника

▪ Пренебрежение завтраком опасно для сердца

▪ Одноплатный ПК Inforce 6309L

▪ Кроссовки с электроникой

▪ Корабль для космического туризма Blue Origin

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Предварительные усилители. Подборка статей

▪ статья Пигмалион. Крылатое выражение

▪ статья Где и когда стычка спортивных фанатов привела к бунту и гибели 35 тысяч человек? Подробный ответ

▪ статья Толокнянка обыкновенная. Легенды, выращивание, способы применения

▪ статья Разные цементы. Простые рецепты и советы

▪ статья Кольцевые магнитопроводы фирмы AMIDON. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

All languages of this page

Arabic	Hebrew	Polish
Bengali	Hindi	Portuguese
Chinese	Italian	Spanish
English	Japanese	Turkish
French	Korean	Ukrainian
German	Malay	Vietnamese

Главная страница | Библиотека | Статьи | Карта сайта | Отзывы о сайте

www.diagram.com.ua
2000-2024