500 Ватт импульсный блок питания для аудиоусилителей. Блок питания для аудио усилителя

Многие знают как я люблю разбираться с разными блоками питания. В этот раз у меня на столе несколько необычный блок питания, по крайней мере такой я еще не тестировал. Да и по большому счету вообще не встречал ранее обзоров блоков питания подобной разновидности, хотя вещь по своему интересная и я раньше делал подобные блоки питания сам.
Заказать я его решил из чистого любопытства, решил что может быть полезным. Впрочем подробнее в обзоре.

Вообще стоит наверное начать с небольшого лирического вступления. Много лет назад я довольно сильно увлекался аудиотехникой, прошел как через полностью самодельные варианты, так и "гибриды", где использовались УМ мощностью до 100 Ватт из магазина Юный техник, и полуразобранная Радиотехника УКУ 010, 101 и Одиссей 010, потом был Феникс 200У 010С.
Даже пробовал собрать УМЗЧ Сухова, но что-то тогда не пошло, уже и не вспомню что именно.

Акустика также разная была, как самодельная, так и готовая, например Романтика 50ас-105, Кливер 150ас-009.

Но больше всего запомнились Амфитон 25АС 027, правда они у меня были несколько доработаны. Попутно к небольшим изменениям схемы и конструкции я заменил родные динамики 50 ГДН на 75 ГДН.
Это и предыдущие фото не мои, так как моя аппаратура давно продана, а я потом перешел на Sven IHOO 5.1, а затем вообще стал слушать только мелкие компьютерные колоночки. Да, вот такой регресс.

Но вот что-то начали бродить в голове мысли, сделать что нибудь, например усилитель мощности, возможно просто так, возможно вообще все делать по другому. Но в итоге решил я заказать блок питания. Конечно я могу его сделать сам, мало того, в одном из обзоров я не только это делал, а и выложил подробную инструкцию, но к этому я еще вернусь, а пока перейду к обзору.

Начну со списка заявленных технических характеристик:
Напряжение питания — 200-240 Вольт
Выходная мощность — 500 Ватт
Выходные напряжения:
Основное — +/-35 Вольт
Вспомогательное 1 — +/- 15 Вольт 1 Ампер
Вспомогательное 2 — 12 Вольт 0.5 Ампера , гальванически отвязано от остальных.
Размеры — 133 x 100 x 42 мм

Каналы +/- 15 и 12 Вольт имеют стабилизацию, основное напряжение +/-35 Вольт не стабилизировано. Здесь я наверное выскажу свое мнение.
Меня часто спрашивают, какой блок питания купить для одного либо другого усилителя. На что я обычно отвечаю — проще собрать самому на базе известных драйверов IR2153 и их аналогов. Первый же вопрос, который следует после этого — так у них же нет стабилизации напряжения.
Да, лично на мой взгляд — стабилизация напряжения питания УМЗЧ не только не нужна, а иногда и вредна. Дело в том, что стабилизированный БП обычно больше шумит на ВЧ и кроме того, могут быть проблемы с цепями стабилизации, потому как усилитель мощности потребляет энергию не равномерно, а всплесками. Мы же слушаем музыку, а не одну частоту.

БП без стабилизации обычно имеет немного выше КПД, так как трансформатор всегда работает в оптимальном режиме, не имеет обратной связи и потому больше похож на обычный трансформатор, но с меньшим активным сопротивлением обмоток.

Вот собственно перед нами и пример БП для усилителей мощности.

Упаковка мягкая, но замотали так, что вряд ли получится его повредить в процессе доставки, хотя противостояние почты и продавцов наверное будет вечным.

Внешне выглядит красиво, особо и не придерешься.

Размер относительно компактный, особенно если сравнивать с обычным трансформатором соответствующей мощности.

Более понятные размеры есть на странице товара в магазине.

1. На входе блока питания установлен разъем, что оказалось довольно удобным.
2. Присутствует предохранитель и полноценный входной фильтр. Вот только про термистор, защищающий от бросков тока как сеть, так и диодный мост с конденсаторами, забыли, это плохо. Также в районе входного фильтра расположены контактные площадки, которые надо замкнуть для перевода БП на напряжение 110-115 Вольт. Перед первым включением лучше проверить, не замкнуты ли площадки если у вас в сети 220-230.

3. Диодный мост KBU810, все бы ничего, но он без радиатора, а при 500 Ватт он уже желателен.
4. Входные фильтрующие конденсаторы имеют заявленную емкость 470 мкФ, реальная около 460 мкФ. Так как они включены последовательно, то общая емкость входного фильтра составляет 230мкФ, маловато для выходной мощности в 500 Ватт. Кстати плата предполагает установку и одного конденсатора. Но в любом случае поднимать емкость без установки термистора я бы не советовал. Причем справа от предохранителя есть даже место для термистора, надо только впаять его и перерезать под ним дорожку.

В инверторе применены транзисторы IRF740, хоть и далеко не новые транзисторы, но раньше я их также широко применял в подобных применениях. Как альтернатива, IRF830.
Транзисторы установлены на отдельных радиаторах, сделано это отчасти не просто так. Радиаторы соединены с корпусом транзистора, причем не только в месте крепления самого транзистора, а и монтажные выводы радиатора соединены на самой плате. На мой взгляд плохое решение, так как будет лишнее излучение в эфир на частоте преобразования, по крайней мере нижний транзистор инвертора (на фото он дальний) я бы отвязал от радиатора, а радиатор от схемы.

Управляет транзисторами неизвестный модуль, но судя по наличию резистора питания, да и просто моему опыту, думаю что не сильно ошибусь, если скажу что внутри стоит банальная IR2153. правда зачем делать такой модуль, для меня осталось загадкой.

Инвертор собран по полумостовой схеме, но в качестве средней точки используется не точка соединения фильтрующих электролитических конденсаторов, а два пленочных конденсатора емкостью 1мкФ (на фото два параллельно трансформатору), а первичная обмотка подключена через третий конденсатор, также емкостью 1мкФ (на фото перпендикулярно трансформатору).

Решение известное и по своему удобное, так как позволяет весьма просто не только увеличить емкость входного фильтрующего конденсатора, а и применить один на 400 Вольт, что может быть полезным при апгрейде.

Габарит трансформатора весьма скромный для заявленной мощности в 500 Ватт. Я конечно протестирую еще его под нагрузкой, но уже могу сказать, что на мой взгляд его реальная длительная мощность на более 300-350 Ватт.

На странице магазина, в перечне ключевых особенностей, было указано —

3. Transformers 0.1 mm * 100 multi-strand oxygen-free enameled wire, heat is very low, efficiency is more than 90%.

Что в переводе означает — в трансформаторе использована обмотка из 100 штук бескислородных проводов диаметром 0.1мм, уменьшен нагрев и КПД выше 90%.
Ну КПД я проверю потом, а вот насчет того, что обмотка многопроволочная, факт. Я конечно их не пересчитывал, но жгут довольно неплохой и данный вариант намотки действительно положительно сказывается на качестве работы трансформатора в частности и всего БП в целом.

Не забыли и про конденсатор, соединяющий "горячую" и "холодную" сторону БП, причем поставили его правильного (Y1) типа.

В выходном выпрямителе основных каналов применены диодные сборки MUR1620CTR и MUR1620CT (16 Ампер 200 Вольт), причем производитель не стал колхозить "гибридные" варианты, а поставил как положено, две комплементарные сборки, одна с общим катодом, а другая с общим анодом. Обе сборки установлены на отдельных радиаторах и также как в случае с транзисторами, они не изолированы от компонентов. Но в данном случае проблема может быть только в плане электробезопасности, хотя если корпус закрыт, то ничего страшного в этом нет.

В выходном фильтре задействовано по паре конденсаторов 1000мкФ х 50 Вольт, что на мой взгляд маловато.

Кроме того, для уменьшения пульсаций между конденсаторами установлен дроссель, а конденсаторы, стоящие после него, дополнительно зашунтированы керамическим 100 нФ.
Вообще на странице товара было написано —

1. All high-frequency low-impedance electrolytic capacitors specifications, low ripple.

В переводе — все конденсаторы имеют низкий импеданс для уменьшения пульсаций. В общем-то так то оно и есть, применены Cheng-X, но это по сути просто немного улучшенный вариант обычных китайских конденсаторов и я бы лучше поставил мою любимую Samwha RD или Capxon KF.

Параллельно конденсаторам нет разрядных резисторов, хотя место на плате для них имеется, потому вас могут ждать "сюрпризы", так как заряд держится довольно долго.

Дополнительные каналы питания подключены к своим обмоткам трансформатора, причем канал 12 Вольт гальванически отвязан от остальных.
Каждый канал имеет независимую стабилизацию напряжения, дроссели для уменьшения помех и керамические конденсаторы по выходу. Но вы наверное заметили, что диодов в выпрямителе пять. Канал 12 Вольт питается от однополупериодного выпрямителя.

По выходу, как и по входу, стоят клеммники, причем весьма неплохого качества и конструкции.

На странице товара есть фото сверху, где видно все и сразу. Уже потом заметил, что в магазине на всех фото есть монтажные стойки, в моем комплекте их не было 🙁

Печатная плата двухсторонняя, качество весьма высокое, использован стеклотекстолит, а не привычный гетинакс. В одном из узких место сделана защитная прорезь.
Снизу также обнаружилась пара резисторов, предположу, что это примитивная схема защиты от перегрузки, которую иногда добавляют к драйверам на IR2153. Но честно говоря, я бы на нее не рассчитывал.

Также снизу печатной платы присутствует маркировка выходов и варианты выходных напряжений, под которые изготавливаются данные платы. Немного заинтриговали две вещи — два одинаковых варианта +/- 70 Вольт и заказной вариант.

Перед тем, как перейти к тестам, немного расскажу о своем варианте подобного БП.
Примерно три с половиной года назад я выкладывал обзор регулируемого БП, где использовался блок питания собранный примерно по такой же схеме.

В собранном виде он также выглядел довольно похоже, извините за плохое качество фото.

Если убрать из моего варианта все "лишнее", например узел регулировки оборотов вентилятора в зависимости от температуры, а также умощненный драйвер транзисторов и схему дополнительного питания от выхода инвертора, то мы получим схему обозреваемого БП.
По сути это тот же БП, только выходных напряжений больше. Вообще схемотехника данного БП совсем простая, проще только банальный автогенератор.

Кроме того обозреваемый БП снабжен примитивной схемой ограничения выходной мощности, подозреваю что реализована она так, как показано на выделенном участке схемы.

Но посмотрим на что способна данная схема и ее реализация в обозреваемом блоке питания.
Здесь надо отметить, что так как стабилизация основного напряжения отсутствует, то оно напрямую зависит от напряжения в сети.
При входном напряжении 223 Вольта выходное составляет 35.2 в режиме холостого хода. Потребление при этом 3.3 Ватта.

При этом присутствует заметный нагрев резистора питания драйвера транзисторов. Его номинал 150 кОм, что при 300 Вольт дает рассеиваемую мощность порядка 0.6 Ватта. Данный резистор греется независимо от нагрузки блока питания.
Также заметен небольшой нагрев трансформатора, фото сделано примерно через 15 минут после включения.

Для нагрузочного теста была собрана конструкция, состоящая из двух электронных нагрузок, осциллографа и мультиметра.
Мультиметр измерял один канал питания, второй канал контролировался вольтметром электронной нагрузки, которая была подключена короткими проводами.

Не буду утомлять читателя большим перечислением тестов, потому сразу перейду к осциллограммам.
1, 2. Разные точки выхода БП до диодных сборок, и с разным временем развертки. Частота работы инвертора составляет 70 кГц.
3, 4. Пульсации перед дросселем канала 12 Вольт и после него. После КРЕНки вообще все гладко, но есть проблема, напряжение в этой точке всего около 14.5 Вольта без нагрузки основных каналов и 13.6-13.8 с нагрузкой, что мало для стабилизатора 12 Вольт.

Нагрузочные тесты проходили так:
Сначала нагружал один канал на 50%, затем второй на 50%, потом нагрузку первого поднимал до 100%, а затем и второй. В итоге получалось четыре режима нагрузки — 25-50-75-100%.
Сначала что на выходе по ВЧ, на мой взгляд очень даже неплохо, пульсации минимальны, а при установке дополнительного дросселя их вообще можно свести почти до нуля.

А вот на частоте 100 Гц все довольно грустно, маловата емкость по входу, маловата.
Полный размах пульсаций при 500 Ватт выходной мощности составляет около 4 Вольт.

Нагрузочные тесты. Так как напряжение под нагрузкой проседало, то я по мере этого поднимал тока нагрузки чтобы выходная мощность примерно соответствовала ряду 125-250-375-500 Ватт.
1. Первый канал — 0 Ватт, 42.4 Вольта, второй канал — 126 Ватт, 33.75 Вольта
2. Первый канал — 125.6 Ватта, 32.21 Вольта, второй канал — 130 Ватт, 32.32 Вольта.
3. Первый канал — 247.8 Ватта, 29.86 Вольта, второй канал — 127 Ватт, 30.64 Вольта.
4. Первый канал — 236 Ватт, 29.44 Вольта, второй канал — 240 Ватт, 29.58 Вольта.

Вы наверное заметили, что в первом тесте напряжение не нагруженного канала больше 40 Вольт. Это обусловлено выбросами напряжения, а так как нагрузки нет совсем, то напряжение плавно поднималось, даже небольшая нагрузка возвращала напряжение в норму.

Одновременно измерялось потребление, но так как есть относительно большая погрешность при измерении выходной мощности, то расчетные значения КПД я также буду приводить ориентировочно.
1. 25% нагрузки, КПД 89.3%
2. 50% нагрузки, КПД 91.6%
3. 75% нагрузки, КПД 90%
4. 476 Ватт, около 95% нагрузки, КПД 88%
5, 6. Просто ради любопытства измерил коэффициент мощности при 50 и 100% мощности.

В общем-то результаты примерно похожи на заявленные 90%

Тесты показали довольно неплохую работу блока питания и все было бы замечательно, если бы не привычная "ложка дегтя" в виде нагрева. Еще в самом начале я оценил примерно мощность БП в 300-350 Ватт.
В процессе привычного теста с постепенным прогревом и интервалами по 20 минут я выяснил, что при мощности 250 Ватт Бп ведет себя просто отлично, нагрев компонентов примерно такой:
Диодный мост — 71
Транзисторы — 66
Трансформатор (магнитопровод) — 72
Выходные диоды — 75

Но когда я поднял мощность до 75% (375 Ватт), то через 10 минут картина была совсем другая
Диодный мост — 87
Транзисторы — 100
Трансформатор (магнитопровод) — 78
Выходные диоды — 102 (более нагруженный канал)

Попытавшись разобраться с проблемой, я выяснил, что идет сильный перегрев обмоток трансформатора, в следствие этого прогревается магнитопровод, снижается его индукция насыщения и он начинает входить в насыщение в итоге резко увеличивается нагрев транзисторов (позже я регистрировал температуру до 108 градусов), затем я остановил тест. При этом тесты " на холодную" с мощностью в 500 Ватт проходили нормально.

Ниже пара термофото, первое при мощности нагрузки 25%, второе при 75%, соответственно через пол часа (20+10 минут). Температура обмоток достигла 146 градусов и был заметный запах перегретого лака.

В общем теперь подведу некоторые итоги, отчасти неутешительные.
Общее качество изготовления очень хорошее, но есть некоторые конструктивные нюансы, например установка транзисторов без изоляции от радиаторов. Радует большое количество выходных напряжений, например 35 Вольт для питания усилителя мощности, 15 для предварительного усилителя и независимые 12 Вольт для всяких сервисных устройств.

Есть схемные недоработки, например отсутствие термистора по входу и малая емкость входных конденсаторов.
В характеристиках было заявлено что дополнительные каналы 15 Вольт могут выдать ток до 1 Ампера, реально я бы не ждал больше 0.5 Ампера без дополнительного охлаждения стабилизаторов. Канал 12 Вольт скорее всего вообще не выдаст более 200-300мА.

Но все эти проблемы либо не критичны, либо легко решаются. Самая сложная проблема — нагрев. БП может длительно отдавать до 250-300 Ватт, 500 Ватт только относительно кратковременно, либо придется добавлять активное охлаждение.

Попутно у меня возник небольшой вопрос к уважаемой общественности. Есть мысли сделать свой усилитель, соответственно с обзорами. Но какой был бы интереснее, усилитель мощности, предварительный, если УМ, то на какую мощность и т.п. Лично мне он не особо нужен, но вот поковыряться настроение есть. Обозреваемый БП к этому имеет слабое отношение 🙂

Этот БП на алиэкспресс — ссылка, и еще одна.

На этом у меня все, надеюсь что информация была полезна и как обычно жду вопросов в комментариях.

Немного о блоках питания усилителей (часть I) | РадиоГазета

Казалось бы что может быть проще, подключить усилитель к блоку питания, и можно наслаждаться любимой музыкой?

Однако, если вспомнить, что усилитель по сути модулирует по закону входного сигнала напряжение источника питания, то станет ясно, что к вопросам проектирования и монтажа блока питания стоит подходить очень ответственно.

Иначе ошибки и просчёты допущенные при этом могут испортить (в плане звука) любой, даже самый качественный и дорогой усилитель.

Стабилизатор или фильтр?

Удивительно, но чаще всего для питания усилителей мощности используются простые схемы с трансформатором, выпрямителем и сглаживающим конденсатором. Хотя в большинстве электронных устройств сегодня используются стабилизированные блоки питания. Причина этого заключается в том, что дешевле и проще спроектировать усилитель,  который бы имел высокий коэффициент подавления пульсаций по цепям питания, чем сделать относительно мощный стабилизатор. Сегодня уровень подавления пульсаций типового усилителя составляет порядка  60дБ для частоты 100Hz , что практически соответствует параметрам стабилизатора напряжения. Использование в усилительных каскадах источников постоянного тока,  дифференциальных каскадов, раздельных фильтров в цепях питания каскадов и других схемотехнических приёмов позволяет достичь и ещё больших значений.

Питание выходных каскадов чаще всего делается нестабилизированным. Благодаря наличию в них 100% отрицательной обратной связи, единичному коэффициенту усиления, наличию ОООС, предотвращается проникновение на выход фона и пульсаций питающего напряжения.

Выходной каскад усилителя по сути является регулятором напряжения (питания), пока не войдет в режим клиппирования (ограничения). Тогда пульсации питающего напряжения (частотой 100 Гц) модулируют выходной сигнал, что звучит просто ужасно:

Если для усилителей с однополярным питанием происходит модуляция только верхней полуволны сигнала, то у усилителей с двухполярным питанием модулируются обе полуволны сигнала. Большинству усилителей свойственен этот эффект при больших сигналах (мощностях), но он никак не отражается в технических характеристиках. В хорошо спроектированном усилителе эффекта клиппирования не должно происходить.

Чтобы проверить свой усилитель (точнее блок питания своего усилителя), вы можете провести эксперимент. Подайте на вход усилителя сигнал частотой чуть выше слышимой вами. В моём случае достаточно 15 кГц :(. Повышайте амплитуду входного сигнала, пока усилитель не войдёт в клиппинг. В этом случае вы услышите в динамиках гул (100Гц). По его уровню можно оценить качество блока питания усилителя.

Предупреждение! Обязательно перед этим экспериментом отключите твиттер вышей акустической системы иначе он может выйти из строя.

Стабилизированный источник питания позволяет избежать этого эффекта и приводит к снижению искажений при длительных перегрузках. Однако, с учётом нестабильности напряжения сети, потери мощности на самом стабилизаторе составляют примерно 20%.

Другой способ ослабить эффект клиппирования это питание каскадов через отдельные RC-фильтры, что тоже несколько снижает мощность.

В серийной технике такое редко применяется, так как помимо снижения мощности, увеличивается ещё и стоимость изделия. Кроме того, применение стабилизатора в усилителях класса АВ может приводить к возбуждению усилителя из-за резонанса петель обратной связи усилителя и стабилизатора.

Потери мощности можно существенно сократить, если использовать современные импульсные блоки питания. Тем не менее, здесь всплывают другие проблемы: низкая надёжность (количество элементов в таком блоке питания существенно больше), высокая стоимость (при единичном и мелко-серийном производстве), высокий уровень ВЧ-помех.

Типовая схема блока питания для усилителя с выходной мощностью 50Вт представлена на рисунке:

Выходное напряжение за счёт сглаживающих конденсаторов больше выходного напряжения трансформатора примерно в  1,4 раза.

Пиковая мощность

Несмотря на указанные недостатки, при питании усилителя от нестабилизированного источника можно получить некоторый бонус — кратковременную (пиковую) мощность выше, чем мощность блока питания, за счёт большой ёмкости фильтрующих конденсаторов. Опыт показывает, что требуется минимум 2000мкФ на каждые 10Вт выходной мощности. За счёт этого эффекта можно сэкономить на трансформаторе питания — можно использовать менее мощный и, соответственно, дешёвый трансформатор. Имейте ввиду, что измерения на стационарном сигнале этого эффекта не выявят, он проявляется только при кратковременных пиках, то есть при прослушивании музыки.

Стабилизированный блок питания такого эффекта не даёт.

Параллельный или последовательный стабилизатор ?

Бытует мнение, что параллельные стабилизаторы лучше в аудиоустройствах, так как контур тока замыкается в локальной петле нагрузка-стабилизатор (исключается источник питания), как показано на рисунке:

Тот же эффект дает установка разделительного конденсатора на выходе. Но в этом случае ограничивает нижняя частота усиливаемого сигнала.

Автор использует стабилитроны для питания операционных усилителей. При этом можно организовать индикацию напряжения питания практически без дополнительных затрат (светодиодам не нужны гасящие резисторы):

Защитные резисторы

Каждому радиолюбителю наверняка знаком запах горелого резистора. Это запах горящего лака, эпоксидной смолы и… денег. Между тем, дешёвый резистор может спасти ваш усилитель!

Автор при первом включении усилителя в цепях питания вместо предохранителей устанавливает низкоомные (47-100 Ом) резисторы, которые в несколько раз дешевле предохранителей. Это не раз спасало дорогие элементы усилителя от ошибок в монтаже, неправильно выставленного тока покоя (регулятор поставили на максимум вместо минимума), перепутанной полярности питания и так далее.

На фото показан усилитель, где монтажник перепутал транзисторы  TIP3055  с TIP2955.

Транзисторы в итоге не пострадали. Все закончилось хорошо, но не для резисторов, и комнату проветривать пришлось.

Главное — падение напряжения

При проектировании печатных плат блоков питания и не только не надо забывать, что медь не является сверхпроводником. Особенно это важно для «земляных» (общих) проводников. Если они тонкие и образуют замкнутые контуры или длинные цепи, то в из-за протекающего тока на них получается падение напряжения и потенциал в разных точках оказывается разным.

Для минимизации разности потенциалов принято общий провод (землю) разводить в виде звезды — когда к каждому потребителю идёт свой проводник. Не стоит термин «звезда» понимать буквально. На фото показан пример такой правильной разводки общего провода :

В ламповых усилителях сопротивление анодной нагрузки каскадов довольно высокое, порядка 4кОм и выше, а токи не очень велики, поэтому сопротивление проводников не играет существенной роли. В транзисторных усилителях сопротивления каскадов существенно ниже (нагрузка вообще имеет сопротивление 4Ом), а токи гораздо выше, чем в ламповых усилителях. Поэтому влияние проводников тут может быть весьма существенным.

Сопротивление дорожки на печатной плате в шесть раз выше, чем сопротивление отрезка медного провода такой же длинны. Диаметр взят 0,71мм, это типичный провод, который используется при монтаже ламповых усилителей.

0.036 Ом в отличие от 0.0064 Ом! Учитывая, что токи в выходных каскадах транзисторных усилителей могут в тысячу раз превышать ток в ламповом усилителе, получаем, что падение напряжения на проводниках может быть в 6000! раз больше. Возможно, это одна из причин, почему транзисторные усилители звучат хуже ламповых. Это также объясняет, почему собранные на печатных платах ламповые усилители часто звучат хуже прототипа, собранного навесным монтажом.

Не стоит забывать закон Ома! Для снижения сопротивления печатных проводников можно использовать разные приёмы. Например, покрыть дорожку толстым слоем олова или припаять вдоль дорожки лужёную толстую проволоку. Варианты показаны на фото:

Импульсы заряда

Для предотвращения проникновения фона сети в усилитель нужно принять меры от проникновения импульсов заряда фильтрующих конденсаторов в усилитель. Для этого дорожки от выпрямителя должны идти непосредственно на конденсаторы фильтра. По ним циркулируют мощные импульсы зарядного тока, поэтому ничего другого к ним подключать нельзя. цепи питания усилителя должны подключаться к выводам конденсаторов фильтра.

Правильное подключение (монтаж) блока питания для усилителя с однополярным питанием показан на рисунке:

Увеличение по клику

На рисунке показан вариант печатной платы:

Увеличение по клику

Автору до сих пор попадаются усилители, у которых высокий уровень фона вызван неправильной разводкой земли и подключением дорожек от разных «потребителей» к выходам выпрямителя.

Пульсации

Большинство нестабилизированных источников питания имеют после выпрямителя только один сглаживающий конденсатор (или несколько включенных параллельно). Для улучшения качества питания можно использовать простой трюк: разбить одну ёмкость на две, а между ними включить резистор небольшого номинала 0,2-1 Ом. При этом даже две ёмкости меньшего номинала могут оказаться дешевле одной большой.

Это дает более плавные пульсации выходного напряжения с меньшим уровнем гармоник:

При больших токах падение напряжения на резисторе может стать существенным. Для его ограничения до 0,7В параллельно резистору можно включить мощный диод. В этом случае, правда, на пиках сигнала, когда диод будет открываться, пульсации выходного напряжения опять станут «жесткими».

Продолжение следует…

Статья подготовлена по материалам журнала «Практическая электроника каждый день»

Автор: Джек Розман

Вольный перевод: Главного редактора «РадиоГазеты»

Похожие статьи:

Схема простого блока питания для усилителя мощности Phoenix P-400

Изготовление хорошего источника питания для усилителя мощности (УНЧ) или другого электронного устройства — это очень ответственная задача. От того, каким будет источник питания зависит качество и стабильность работы всего устройства.

В этой публикации расскажу о изготовлении не сложного трансформаторного блока питания для моего самодельного усилителя мощности низкой частоты «Phoenix P-400».

Такой, не сложный блок питания можно использовать для питания различных схем усилителей мощности низкой частоты.

Содержание:

1. Предисловие
2. Тороидальный трансформатор 
3. Подбор напряжений для вторичных обмоток
4. Расчет количества витков и намотка
5. Схема выпрямителей и стабилизаторов напряжения
6. Конструкция
7. Заключение

Предисловие

Для будущего блока питания (БП) к усилителю у меня уже был в наличии тороидальный сердечник с намотанной первичной обмоткой на ~220В, поэтому задача выбора «импульсный БП или на основе сетевого трансформатора» не стояла.

У импульсных источников питания небольшие габариты и вес, большая мощность на выходе и высокий КПД. Источник питания на основе сетевого трансформатора — имеет большой вес, прост в изготовлении и наладке, а также не приходится иметь дело с опасными напряжениями при наладке схемы, что особенно важно для таких начинающих как я. 

Тороидальный трансформатор

Тороидальные трансформаторы, в сравнении с трансформаторами на броневых сердечниках из Ш-образных пластин, имеют несколько преимуществ:

• меньший объем и вес;
• более высокий КПД;
• лучшее охлаждение для обмоток.

Мне оставалось только рассчитать напряжении и количества витков для вторичных обмоток с последующей их намоткой.

Первичная обмотка уже содержала примерно 800 витков проводом ПЭЛШО 0,8мм, она была залита парафином и заизолирована слоем тонкой ленты из фторопласта.

Измерив приблизительные размеры железа трансформатора можно выполнить расчет его габаритной мощности, таким образом можно прикинуть подходит ли сердечник для получения нужной мощности или нет.

Рис. 1. Размеры железного сердечника для тороидального трансформатора.

• Габаритная мощность (Вт) = Площадь окна (см²) * Площадь сечения (см²)
• Площадь окна = 3,14 * (d/2)²
• Площадь сечения = h * ((D-d)/2)

Для примера, выполним расчет трансформатора с размерами железа: D=14см, d=5см, h=5см.

• Площадь окна = 3,14 * (5см/2) * (5см/2) = 19,625 см²
• Площадь сечения = 5см * ((14см-5см)/2) = 22,5 см²
• Габаритная мощность = 19,625 * 22,5 = 441 Вт.

Если вам нужно рассчитать тороидальный трансформатор, то вот небольшая подборка из статей: Скачать (1Мб).

Габаритная мощность используемого мною трансформатора оказалась явно меньшей чем я ожидал — где-то 250 Ватт.

Подбор напряжений для вторичных обмоток

Зная необходимое напряжение на выходе выпрямителя после электролитических конденсаторов, можно приблизительно рассчитать необходимое напряжение на выходе вторичной обмотки трансформатора.

Числовое значение постоянного напряжения после диодного моста и сглаживающих конденсаторов возрастет примерно в 1,3..1,4 раза, по сравнению с переменным напряжением, подаваемым на вход такого выпрямителя.

В моем случае, для питания УМЗЧ нужно двуполярное постоянное напряжение — по 35 Вольт на каждом плече. Соответственно, на каждой вторичной обмотке должно присутствовать переменное напряжение: 35 Вольт / 1,4 = ~25 Вольт.

По такому же принципу я выполнил приблизительный расчет значений напряжения для других вторичных обмоток трансформатора.

Расчет количества витков и намотка

Для питания остальных электронных блоков усилителя было решено намотать несколько отдельных вторичных обмоток. Для намотки катушек медным эмалированным проводом был изготовлен деревянный челнок. Также его можно изготовить из стеклотекстолита или пластмассы.

Рис. 2. Челнок для намотки тороидального трансформатора.

Намотка выполнялась медным эмалированным проводом, который был в наличии:

• для 4х обмоток питания УМЗЧ — провод диаметром 1,5 мм;
• для остальных обмоток — 0,6 мм.

Число витков для вторичных обмоток я подбирал экспериментальным способом, поскольку мне не было известно точное количество витков первичной обмотки.

Суть метода:

1. Выполняем намотку 20 витков любого провода;
2. Подключаем к сети ~220В первичную обмотку трансформатора и измеряем напряжение на намотанных 20-ти витках;
3. Делим нужное напряжение на полученное из 20-ти витков — узнаем сколько раз по 20 витков нужно для намотки.

Например: нам нужно 25В, а из 20-ти витков получилось 5В, 25В/5В=5 — нужно 5 раз намотать по 20 витков, то есть 100 витков.

Расчет длины необходимого провода был выполнен так: намотал 20 витков провода, сделал на нем метку маркером, отмотал и измерил его длину. Разделил нужное количество витков на 20, полученное значение умножил на длину 20-ти витков провода — получил приблизительно необходимую длину провода для намотки. Добавив 1-2 метра запаса к общей длине можно наматывать провод на челнок и смело отрезать.

Например: нужно 100 витков провода, длина 20-ти намотанных витков получилась 1,3 метра, узнаем сколько раз по 1,3 метра нужно намотать для получения 100 витков — 100/20=5, узнаем общую длину провода (5 кусков по 1,3м) — 1,3*5=6,5м. Добавляем для запаса 1,5м и получаем длину — 8м.

Для каждой последующей обмотки измерение стоит повторить, поскольку с каждой новой обмоткой необходимая на один виток длина провода будет увеличиваться. 

Для намотки каждой пары обмоток по 25 Вольт на челнок были параллельно уложены сразу два провода (для 2х обмоток). После намотки, конец первой обмотки соединен с началом второй — получились две вторичные обмотки для двуполярного выпрямителя с соединением посередине.

После намотки каждой из пар вторичных обмоток для питания схем УМЗЧ, они были заизолированы тонкой фторопластовой лентой.

Таким образом были намотаны 6 вторичных обмоток: четыре для питания УМЗЧ и еще две для блоков питания остальной электроники.

Схема выпрямителей и стабилизаторов напряжения

Ниже приведена принципиальная схема блока питания для моего самодельного усилителя мощности.

Рис. 2. Принципиальная схема источника питания для самодельного усилителя мощности НЧ.

Для питания схем усилителей мощности НЧ используются два двуполярных выпрямителя — А1.1и А1.2. Остальные электронные блоки усилителя будут питаться от стабилизаторов напряжения А2.1 и А2.2.

Резисторы R1 и R2 нужны для разрядки электролитических конденсаторов, в момент когда линии питания отключены от схем усилителей мощности.

В моем УМЗЧ 4 канала усиления, их можно включать и выключать попарно с помощью выключателей, которые коммутируют линии питания платок УМЗЧ с помощью электромагнитных реле.

Резисторы R1 и R2 можно исключить из схемы если блок питания будет постоянно подключен к платам УМЗЧ, в таком случае электролитические емкости будут разряжаться через схему УМЗЧ.

Диоды КД213 рассчитаны на максимальный прямой ток 10А, в моем случае этого достаточно. Диодный мост D5 рассчитан на ток не менее 2-3А,собрал его из 4х диодов. С5 и С6 — емкости, каждая из которых состоит из двух конденсаторов по 10 000 мкФ на 63В.

Рис. 3. Принципиальные схемы стабилизаторов постоянного напряжения на микросхемах L7805, L7812, LM317.

Расшифровка названий на схеме:

• STAB — стабилизатор напряжения без регулировки, ток не более 1А;
• STAB+REG — стабилизатор напряжения с регулировкой, ток не более 1А;
• STAB+POW — регулируемый стабилизатор напряжения, ток примерно 2-3А.

При использовании микросхем LM317, 7805 и 7812 выходное напряжение стабилизатора можно рассчитать по упрощенной формуле:

Uвых = Vxx * ( 1 + R2/R1 )

Vxx для микросхем имеет следующие значения:

• LM317 — 1,25;
• 7805 — 5;
• 7812 — 12.

Пример расчета для LM317: R1=240R, R2=1200R, Uвых = 1,25*(1+1200/240) = 7,5V.

Конструкция

Вот как планировалось использовать напряжения от блока питания:

Микросхемы и транзисторы стабилизаторов напряжения были закреплены на небольших радиаторах, которые я извлек из нерабочих компьютерных блоков питания. Корпуса крепились к радиаторам через изолирующие прокладки.

Печатная плата была изготовлена из двух частей, каждая из которых содержит двуполярный выпрямитель для схемы УМЗЧ и нужный набор стабилизаторов напряжения.

Рис. 4. Одна половинка платы источника питания.

Рис. 5. Другая половинка платы источника питания.

Рис. 6. Готовые компоненты блока питания для самодельного усилителя мощности.

Позже, при отладке я пришел к выводу что гораздо удобнее было бы изготовить стабилизаторы напряжений на отдельных платах. Тем не менее, вариант «все на одной плате» тоже не плох и по своему удобен.

Также выпрямитель для УМЗЧ (схема на рисунке 2) можно собрать навесным монтажом, а схемы стабилизаторов (рисунок 3) в нужном количестве — на отдельных печатных платах.

Соединение электронных компонентов выпрямителя показано на рисунке 7.

Рис. 7. Схема соединений для сборки двуполярного выпрямителя -36В+36В с использованием навесного монтажа.

Соединения нужно выполнять используя толстые изолированные медные проводники.

Диодный мост с конденсаторами на 1000pF можно разместить на радиаторе отдельно. Монтаж мощных диодов КД213 (таблетки) на один общий радиатор нужно выполнять через изоляционные термо-прокладки (терморезина или слюда), поскольку один из выводов диода имеет контакт с его металлической подкладкой!

Для схемы фильтрации (электролитические конденсаторы по 10000мкФ, резисторы и керамические конденсаторы 0,1-0,33мкФ) можно на скорую руку собрать небольшую панель — печатную плату (рисунок 8).

Рис. 8. Пример панели с прорезями из стеклотекстолита для монтажа сглаживающих фильтров выпрямителя.

Для изготовления такой панели понадобится прямоугольный кусочек стеклотекстолита. С помощью самодельного резака (рисунок 9), изготовленного из ножовочного полотна по металлу, прорезаем медную фольгу вдоль по всей длине, потом одну из получившихся частей разрезаем перпендикулярно пополам.

Рис. 9. Самодельный резак из ножовочного полотна, изготовленный на точильном станке.

После этого намечаем и сверлим отверстия для деталей и крепления, зачищаем тоненькой наждачной бумагой медную поверхность и лудим ее с помощью флюса и припоя. Впаиваем детали и подключаем к схеме.

Заключение

Вот такой, не сложный блок питания был изготовлен для будущего самодельного усилителя мощности звуковой частоты. Останется дополнить его схемой плавного включения (Soft start) и ждущего режима.

UPD: Юрий Глушнев прислал печатную плату для сборки двух стабилизаторов с напряжениями +22В и +12В. На ней собраны две схемы STAB+POW (рис. 3) на микросхемах LM317, 7812 и транзисторах TIP42.

Рис. 10. Печатная плата стабилизаторов напряжения на +22В и +12В.

Скачать — (63 КБ).

Еще одна печатная плата, разработанная под схему регулируемого стабилизатора напряжения STAB+REG на основе LM317:

Рис. 11. Печатная плата для регулируемого стабилизатора напряжения на основе микросхемы LM317.

Скачать — (7 КБ).

Начало цикла статей: Усилитель мощности ЗЧ своими руками ( Phoenix-P400 )

БЛОК ПИТАНИЯ ДЛЯ УСИЛИТЕЛЯ

Некоторое время назад купил колонку-монитор. Усилитель внутри неё был оснащен импульсным источником питания, к сожалению, вскоре он сгорел (надёжность импульсных БП всё-же уступает трансформаторным).

Решено было вместо того, чтобы заниматься ремонтом (тем более что блок питания слишком сложен, да и опыта мало), построить классический внешний трансформаторный блок питания из запчастей, которые в избытке лежат по закромам. Был куплен только красивый корпус, что значительно сократило расходы.

На зарубежных форумах обнаружилась информация что инвертор просто плохо сконструирован. 

Выше на фото поврежденный преобразователь из активной колонки. Два резистора R4 и R3 нагреваясь сушат два конденсатора, которые расположены рядом с ними: C8 и большой 390u / 200V. К сожалению сгорели IRF840 (Q1 и Q2), транзисторы Q3 = 2N5551 и Q4 = 2N5401. Выходные конденсаторы также сгорели. Вылетели выпрямительные диоды, перегорел и предохранитель (как водится последним).

Схема БП для мощного УНЧ

Схема блока питания — классическая конструкция двухполупериодного выпрямителя, вместо встроенных мостов использовались отдельные диоды, шунтированные конденсаторами. На первичной стороне размещен простой фильтр из имеющихся под рукой конденсаторов. 

В оригинале каждая клемма в колонке питается от двух напряжений: 

• +/- 36 В, 1 А для LM3886, которая питает сабвуфер. 
• +/- 18 В, 1 A для LM2876, который питает твиттер. 

Поскольку не было подходящего трансформатора, использовалось сразу два, которые дают следующие напряжения: 

• 2x ~ 30 В, 2,5 А, что дает +/- 42 В в режиме ожидания
• 2x ~ 14 В, 3,5 А, что дает +/- 20 В в режиме ожидания 

Штекеры — старые добрые DIN-5, которые есть во многих советских электронных аудио приборах. 

Гнёзда питания и светодиоды в колонке были установлены на пластмассовых пластинах, которые изнутри окрашены в черный цвет.

АС теперь звучит очень хорошо. Разница между импульсным и классическим источником питания в усилителе полностью отсутствует — так и не получилось уловить различия. БП для предварительного усилителя если надо есть тут. Материал прислал — Gromov.

   Форум

   Обсудить статью БЛОК ПИТАНИЯ ДЛЯ УСИЛИТЕЛЯ

усилитель звука и «домашний» блок питания / Habr

Простое и полезное преобразование компьютерного БП.

Предыстория, чисто художественное

Когда 6 лет назад поступал в колледж, хотел по окончанию ковыряться в электронных устройствах, компьютерах, вообщем тесно жить и дружить с паяльником. Поступил, и в процессе учёбы понял, что попал немного мимо. Оказалось специальность Монтаж электрооборудования не предусматривает ковыряние в электронной технике. К сожалению, никто не просветил меня до поступления в этом. Ну, что делать, пришлось заканчивать колледж, прививать любовь к профессии и поступать в университет ну эту же специальность. Но тяга к маленьким деталькам с ножками и паяльнику жила со мной все эти годы, и открыться ей не позволяло малое количество знаний в данной области и электричестве вообще.
Что такое университет после колледжа? — Это много свободного времени, в связи с перезачётами почти половины предметов на первых курсах и уверенное чуство в своих знаниях, по сравнению с людьми после школы, в следствии чего даже новые дисциплины даются легко, с полуслова понимая преподавателя. И вот именно при наличии свободного времени настала пора дать волю той самой тяге. Сначала была самодельная лампа на светодиодах, потом запитка настенных часов от розетки, потом усилитель для наушников для коммуникатора, потом часы на МК. Не скажу что всё что я делал, делал осознанно. Естественно все схемы/мануалы брались в интернете и повторялись. но при этом медленно но уверенно приходило понимаю того, что делают руки. Ну да ладно, хватит лирики.

Предыстория, ближе к теме

По вышеуказанным причинам неопытности, но желания получить больше и лучше в комплект к домашним колонкам С-90 были приобретены младшенькие С-30, и кинуты в параллельку к бОльшим. Как вы понимаете ничего хорошего из этого не вышло, благо усилок целый остался, хотя его редкие непредсказуемые затухания и шумы ставят этот факт под сомнение (честно говоря ковыряться в нём нету никакого желания). В тоже время был приобретён рабочий стол, для компьтера. Почему-то его ширина оказалось малой для меня, и глаза постоянно уставали от близко стоящего (ЖК) монитора, даже на самом большом разрешении. Нет, дальнозоркости у меня нету, просто стол всего 60 см шириной, минус небольшой отступ от края, минус толщина монитора, и остаётся всего 50 см. А отъезжать на стуле от стола тоже не вариант — клавиатура слишком далеко оказывается. Казалось бы к чему это всё? А вот тут я вспомнил про пылящиеся С-30, которые, поставленные друг на друга идеально сравнялись с высотой стола. И дополнил эту пирамидку монитор. Вот так это всё и простояло 4 года. Но время шло, и дешёвых пластмассовых компьютерных колонок стало очень мало. К ним на смены пришли не на много дороже, но уже деревянные (хоть и ДВП, но уже не пластмасса) от сломавшегося муз. центра, которые были водружены на стенку над монитором. Прошло ещё некторое время, и их тоже стало казаться недостаточно. А как же С-90, можете спросить вы. Отвечаю: во-первых из-за вышеописанного плохого поведения усилка слушать их не особо хотелось, хотя иногда на пару часиков они всётаки включаются, во-вторых они слишком мощные для обычной квратиры, чтобы слушать их постоянно. Ну и стоят они обе по одну сорону от компа, так что вся нагрузка на одно ухо — не айс. Возможность перестановки отсутствует.
Ну вот собственно и пришла очередь рассказать о дальнейшей судьбе С-30.

Основная часть, техническая

Первое из двух

Цены на заводские усилители были узнаны давно, и не представлялись приемлимыми. По-этому было решено собрать свой, тем более я знал, что это не обязательно будет бандура с кучей транзисторов, конденсаторов и радиаторов, как стационарные усилки. Этому способствовал опыт сборки усилка для наушников для коммуникатора, когда я узнал о существовании микросхем вообще, и в частности усилителей (может кому интересно, для наушников была использована TDA7050, по схеме из датащита, с отдельным питанием).
Собственно микруха была найдена быстро, не так уж их и много, тем более хороший вариант именно для С-30 был давно определён: TDA8560. Не вдаюсь в технические подробности, всякие АЧХ и т.п. профессиональные характеристики, знающеи люди, кому это реально надо, посмотрят в датащитах. И тем более я к таким себя не приписываю. Прсто скажу что микруха выдаёт максимум 40 Вт на канал, при 4 Омах. Да, вы можете сказать зачем для С-30 с их-то 10 Ваттами аж 40? Да, вы правы, это много, но просто другие микрухи, с меньшей мощностью не дают такого качества звука. Сужу по отзывам испытавших. И ещё могу сказать уже из собственного опыта, что на 8560 звук мне нравится, и менять что-то даже мысли не возникало. К тому же С-30 не вечные, кто знает когда они мне надоедят, и я захочу что-то другое…

Второе

Вы может хотели меня упрекнуть за слишком большую предисторию, обо всех этих моих начинаниях. Спешу вас остановить.
Каждому радиолюбителю необходим блок питания. Так как я начинающий, обходился обычно зарядками, БП от старых радиотелефонов, и кренками для получения 5В. Хто занет, чем я буду заниматься дальше, но мне подумалось что 5 и 12В под рукой никогда не помешают. К тому же для питания TDA8560 нужно 12В. Было немедленно решено обзавестись стареньким компьютерным БП, благо на барахолках их кучи, и по вполне приемлимым ценам.

Конструкция

Схема усилителя умещается на плате 35х45 мм, а при желании можно и меньше (сразу оговорюсь: схему усилка не привожу, кому нужно — посмотрит в датащите, сегодня это совсем не сложно, а если вы начинающий — самое время узнать что такое датащит и разобраться для чего они нужны). Для просторов внутри БП это как раз очень приемлемо. Так и решил: зачем городить несколько коробок, если всё можно уместить в одной, тем более готовой. Работа заняла почти целый день. Благо опыт травления и пайки плат имеется. Неинтереснее всего вырезать отверстия под кнопки и разъёмы в корпусе БП в виду отсутствия подходящего инструмента. Так что всё делалось дрелью и напильником. Долго, нудно, но получилось вполне прилично. Дальше фото с небольшими пояснениями и Заключение.

Усилок:

Лишние выводы всех плюсов и минусов просто обрезал, позагибал так чтобы не закоротило, и забыл за них

Далее была сооружена защита от КЗ, правда пока только для 5-вольтового выхода. Схема найдена в интернете, и немного подправлена под себя.

На выходе зелёный диод не ставил, не нужен он мне там. Описание работы в кратце: в нормальном режиме падение напряжения на полевике нету, при КЗ там появляется примерно те же 5 В, которые на него приходят. Они же и используются для загорания красного светодиода. Резистор R2 я не ставил, хотя и можно было бы для подстраховки полевика.

Почти в сборе

Коробка благоплучно разместилась над системником, так что всё под рукой. Подложил под неё поролон для какого-никакого виброподавления кулера.

На данном фото показана ситуация при КЗ 5В (жёлтый и чёрный крокодилы), при этом загорается светодиод справа от выключателей, кулер начинает работать немного громче, что служит звуковой сигнализацией 🙂

Зелёный выключатель включает весь блок и сразу соответственно усилитель, а желтый и красный — 5 и 12В по мере надобности. На всех трёх концах крокодилы соответствующих цветов.
Кстати сразу не подумал, что в кнопках есть светодиоды, которые загораются при включении. Подцепил на 3-й вывод кнопок минус через резистор на 300 Ом, теперь вообще отлично смотрится.

Дополнение

Радиатор на ТДА-шке должен быть площадью 200 см2, честно говоря не знаю площадь моего, но судя по ощущениям его хватает, к тому же он соит под кулером БП. Хотя и кулер планирую отключить, если надоест его постоянный гул. А может сделаю его автоматическое включение в зависимости от датчика температуры на радиаторе, на МК это реализовать совсем не сложно. Ещё хотел поставить регулятор громкости, но подумал что запутаюсь в них, так как уже есть один регулятор настенных колонок, а звук из С-30 достаточно регулировть программными способами.
Ещё у вас может возникнуть вопрос о помехах на усилок в виду его расположения в самом БП. Отвечаю: помех нету. Есть небольшой высокочастотный шумок из ВЧ динаиков, но это помехи, наводящиеся в звукой карте (уверен что именно там, потому что при подключении плеера/телефона к усилку помех нету совершенно), и бороться с ними трудно и нет желания. К тому же они сведены до минимума посредством установки 10+15 кОм резисторов на вход усилителя.

Заключение

Стоимость:
TDA8560 — 5.4$ (43 укр. грн)
Выключатели (зелёный и двойной) — 1.5$
Полевой транзистор КП903 — 1.2$
Аудиокабель — 0.38$/метр
БП — 4$ (30 грн), но можно найти и дешевле
Разъёмы для колонок — 1$
Время — при наличии инструментов и некоторых навыков — от силы полдня, у меня ушло в целом день.
Ну и как всегда, удовольствие от проделанной работы — бесценно.

Итого, почти за 13$ получаем хороший усилок + блок питания. Для сравнения, фабричный усилок для С-30, естественно б/у, стоил бы в районе 18$.

Благодарю за внимание, конструктивная критика принимается.

переделка под усилитель низкой частоты (часть 2)

Продолжение, начало здесь.

Если нужен блок питания для нестандартных условий, можно воспользоваться построением с низкочастотным трансформатором. Такое решение просто в реализации и не требует особо глубоких специальных знаний, но есть у него и ряд недостатков – большие габариты, низкий КПД и качество стабилизации выходных напряжений. Можно изготовить импульсный БП, но это довольно сложная процедура с массой подводных камней – при малейшей ошибке будет «хлопок» и куча ненужных деталей.

Попробуем снизить планку и ограничимся модернизацией обычного компьютерного блока питания ATX под необходимые требования. Гм, а что именно станет предметом рассмотрения? Вообще-то, 300-400 ваттный БП может обеспечить довольно значительную мощность, область применения у него большая. В одной статье трудно объять необъятное, поэтому ограничимся самым распространенным – усилителем низкой частоты, под него и попробуем осуществить переделку.

Блок питания довольно большой мощности, хотелось бы его использовать по максимуму. Из 12 вольт мощный усилитель не сделать, здесь требуется совсем другой подход – двуполярное питание с выходным напряжением явно побольше 12 В. Если БП будет запитывать самодельный усилитель, собранный из дискретных элементов, то его напряжение питания может быть любым (в разумных пределах), а вот интегральные микросхемы довольно придирчивы. Для определенности возьмем усилитель на TDA7294 – напряжение питания до 100 В (+/-50 В) с выходной мощностью 100 Вт. Микросхема обеспечивает ток в динамике до 10 ампер, что определяет максимальный ток нагрузки блока питания.

Вроде всё ясно, остается уточнить уровень выходного напряжения. Допускается работа от источника питания 100 вольт (+/-50 В), но попытка выбора такого значения выходного напряжения оказалась бы большой ошибкой. Микросхемы крайне отрицательно относятся к предельным режимам работы, особенно при одновременном максимальном значении нескольких параметров — напряжения питания и мощности. К тому же, вряд ли в обычной квартире есть смысл обеспечивать столь высокий уровень мощности, даже для низкочастотных динамиков с их низкой эффективностью.

Можно установить напряжение в 90 вольт (+/- 45 В), но это потребовало бы очень точного удержания выходного напряжения – в многоканальных блоках питания весьма затруднительно обеспечить одинаковость напряжений на разных выходах. Поэтому стоит немного снизить планку и установить номинальное напряжение для этой микросхемы 80 вольт (+/-40 В) — мощность усилителя немного упадет, но устройство будет работать с должным запасом прочности, что обеспечит достаточную надежность устройства.

Кроме того, если звуковая колонка будет работать не только в низкочастотной области, но еще содержит средне-высокочастотные каналы усилителей, то стоит получить от БП еще одно напряжение, меньше «+/-40 В». Эффективность работы низкочастотных динамиков большого диаметра существенно ниже более высокочастотных, поэтому запитывание усилителя СЧ-ВЧ канала от тех же «+/-40 В» довольно глупо, основная масса энергии уйдет в тепло. Для второго усилителя хорошо бы обеспечить выход +/-20 вольт.

Итак, спецификация блока питания, который хочется получить:

• Канал № 1 (основной), напряжение: «+/-40 В».
• Ток нагрузки от 0.1 А до 10 А.
• Канал № 2 (дополнительный), напряжение: «+/-20 В».
• Ток нагрузки от 0 до 5 А.

Характеристики определены, осталось выбрать подходящую модель. Совсем уж старый использовать нет никакого желания, конденсаторы давно уж высохли, да и схемные решения тех времен не внушают оптимизма. Стоит отметить, что часть «современных» блоков питания тоже не блещет качеством работы и надежностью, но с этим можно бороться – достаточно выбирать продукцию известных фирм, к которой есть доверие.

Кроме философского осмысления сущности БП и отбора по внешнему виду, есть вполне осмысленный критерий – их тип. Блок может быть выполнен по технологии «двухтактный полумост» или «однотактный прямоход», содержать в себе какую-то разновидность PFC (активную или пассивную на дросселе). Всё данные факторы оказывают влияние на качество работы и уровень помех. Причем, это не «просто слова», при переходе от трансформаторного БП на «импульсный» довольно часто замечается ухудшение качества звучания.

С одной стороны, «странно», ведь такой БП обеспечивает лучшую стабильность напряжения питания усилителя. С другой, ничего странного нет – «импульсник» производит помеху при переключении силовых транзисторов основного преобразователя (и блока APFC), что выражается в высокочастотных «всплесках» на цепях питания и земли. Чаще всего преобразователь БП работает на частоте 40-80 кГц, что выше звукового диапазона, а потому вроде бы не должно мешать устройству, но помехи распространяются по всему усилителю и сбивают рабочую точку усилительных каскадов, что приводит к интермодуляционным искажениям, звук становится «жестче». В компьютерном блоке питания шины 12 В и 5 В выглядят следующим образом:

Так что, проблема не надуманная и на борьбу с ее негативным проявлением следует потратить некоторые усилия.

Ничего необычного, классическая компоновка, разве что дроссель PFC вносит в картинку некоторый элемент дисгармонии. К слову, измерение характеристик и величины пульсаций на выходе показало, что наличие этого дросселя приводит лишь к тому, что блок питания становится тяжелее и немного «гудит» при мощности нагрузки 250-300 Вт.

Компьютерный блок питания должен формировать массу напряжений большой мощности – 12 В, 5 В, 3.3 В, -5 В, смысл в которых сразу теряется, как только речь заходит об усилителе. Кроме того, БП содержит дежурный источник 5 В, но его лучше не трогать и сохранить в неизменном виде – во-первых, он используется для работы основного преобразователя, во-вторых, можно будет реализовать включение-выключение усилителя от внешнего управления или просто по появлению звукового сигнала на входе усилителя. Это функция потребует изготовления высокочувствительного детектора с питанием от 5 вольт и вряд ли кто-нибудь станет делать этот элемент на начальной стадии сборки усилителя, ну хоть возможность такая останется. Пусть будет, это «бесплатно».

После удаления всех цепей формирования выходных напряжений получилось следующее:

Оказалось не так много места, поэтому доработка не должна содержать слишком много деталей – банально не влезет. Фу ты, еще заложили в требования наличие двух выходных каналов.

Компьютерный блок питания формирует два основных выхода: 12 В и 5 В, этим объясняется наличие всего двух пар вторичных обмоток. Каким способом можно получить напряжение больше, чем заложено при проектировании БП?

1. Перемотать трансформатор.
2. Поставить умножитель.
3. Добавить второй трансформатор.

Первый вариант понятен и прост в техническом плане. Одно «но», конструкция импульсного трансформатора не так проста, как может показаться на первый взгляд. Существует масса требований и ограничений, не выполнив которых можно получить либо «крайне посредственный вариант», либо, что гораздо хуже, некачественную изоляцию вплоть до поражения электрическим током. В трансформаторе первичная обмотка выполнена из двух частей. Первая расположена в самом начале, а потому не мешает перемотке, а вот вторая наматывается самой последней.

Трудности умножаются тем, что между первичной и вторичной обмотками присутствует электростатический экран из медной ленты. Чтобы осуществить перемотку придется аккуратно смотать верхнюю часть первичной обмотки, убрать экран и вторичные обмотки. После чего намотать новые вторичные обмотки, восстановить экран и первичную обмотку. Естественно, между обмотками и экраном должна быть надежная изоляция. Дело усугубляется тем, что трансформатор пропитан лаком, а потому его разборка-сборка занятие «увлекательное» и качество выполнения доработки окажется не слишком хорошим. Впрочем, если у вас руки «прямые» и есть желание попробовать – некоторые рекомендации:

• Число витков обмотки 12 В почти всегда постоянно (семь витков), что определяется не параметрами трансформатора, а единственным целым соотношением числа витков обмоток 12 В и 5 В (четыре и три). Если на семь витков приходится 12.6 вольт, то на «нужное» напряжение приходится 7*(«нужное»/12.6) число витков, с округлением до ближайшего целого.
• При удалении обмоток 12 В и 5 В посчитайте место, которое они занимали – новая обмотка должна уместиться в эти же габариты.
• При наличии места лучше использовать провод диаметром 0.8-0.9 мм. Если сечения одного провода недостаточно, то стоит увеличивать количество проводов, а не их сечение (диаметр)
• Крайне аккуратно наматывайте экранирующий виток ленты (не замыкайте начало с концом) и изоляцию под и над ним – основной дефект самодельных трансформаторов заключается в пробое изоляции или закорачивании экранирующей обмотки. Медная лента жесткая с острой кромкой, легко режет изоляцию. В домашних условиях лучше использовать алюминиевую фольгу – она значительно мягче и и шансов порезать изоляцию меньше. Кроме того, ее проще найти. Увы, у такого подхода есть небольшой недостаток – к алюминиевой фольге труднее подсоединить отвод.

И всё же я бы не рекомендовал этот вариант переделки для тех, у кого нет опыта намотки импульсных трансформаторов. Не стоит, может выйти боком. К слову, если человек разбирается в вопросе, то ему проще намотать трансформатор полностью «с нуля», по крайней мере, не будет путаться под ногами этот «лак», да и число витков во всех обмотках можно будет выбрать оптимальным.

Второй вариант довольно сложен в реализации и обладает рядом серьезных недостатков. Пример такого построения изображен на рисунке:

• TV1 – обычный трансформатор блока питания, без каких-либо доработок.
• TV1.1 – первичная обмотка.
• TV1.3 и TV1.4 – обмотки канала 5 В.
• TV1.2 и TV1.5 – обмотки, совместно с TV1.3 и TV1.4 формирующие канал 12 В.

Для анализа важен тот факт, что форма импульсов напряжения на выходе трансформатора с гладким верхом, а не «синус», «пила» или другие вариации. Устройство работает следующим образом — на первичной обмотке следуют импульсы напряжения прямоугольной формы с некоторой скважностью. Напряжение импульсов на первичной обмотке составляет половину напряжения питания или около 140 В при номинальном напряжении сети. На вторичной стороне форма импульсов сохраняется, а амплитуда зависит от числа витков и распределяется примерно как 9 В на обмотках «канала 5 В» (TV1.3 и TV1.4) и 21 В на «канале 12 В» (TV1.2+TV1.3 и TV1.4+ TV1.5).

Предположим, что в данный момент поступает импульс положительной полярности и на верхних выводах обмоток следует «+». Расставим напряжения в контрольных точках:

• A = +21 В.
• B = +9 В.
• С = -9 В.
• D = -21 В.

Отсюда можно сразу вычислить напряжение в токе «F», оно будет чуть меньше цепи «B» на величину падения напряжения на диоде D1.

При данной полярности диод D2 закрыт, поэтому напряжение в точке «E» будет определено при противоположной полярности импульса.

• Напряжение на конденсаторе C2 = +8.4 – (-21) = 29.4 В.

Сменим полярность импульса, напряжения в контрольных точках поменяют знак:

• A = -21 В.
• B = -9 В.
• С = +9 В.
• D = +21 В.

Полярность сменилась и открывается диод D2. Напряжение в точке «F» станет чуть меньше цепи «B» или около +8.4 В.

• E = +8.4 В.
• Напряжение на конденсаторе C1 = +8.4 – (-21) = 29.4 В.

Схема симметричная, поэтому напряжения конденсаторов обязаны быть одинаковыми. Из анализа предыдущей полярности импульса следует, что

• Напряжение в точке «F» смещено относительно точки «D» на величину напряжения конденсатора С2 (29.4 В) и равно +21 + 29.4 = +50.4 В.

Нет смысла анализировать аналогичное состояние точки «E» при смене полярности импульса, схема симметричная и там будет столько же, сколько сейчас на точке «F», +50.4 В.

В итоге, может интересовать только «E» и «F», ведь из них получается выходное напряжение. Соберем значения в этих точках в таблицу. Впрочем, забыл еще одно состояние, «пауза» импульса от ШИМ-регулировки. Этот случай очень прост, на всех обмотках нулевое напряжение и в точках «E» и «F» получается одно и то же напряжение +29.4 В, хранимое в конденсаторах. (При анализе не учитывалась конечная емкость конденсаторов и непрямоугольность формы импульсов).

Импульс:	«E»	«F»
Положительный	+50.4 В	+8.4 В
Отрицательный	+8.4 В	+50.4 В
Пауза	+29.4 В	+29.4 В

Выпрямительная сборка D3 «выбирает» наибольшее напряжение из двух входов («E» и «F»). Это означает, что на входе дросселя L6 будут идти импульсы амплитудой 50 В с паузой 8 В. При скважности ШИМ 70% на выходе сформируется напряжение примерно 37 вольт.

Всё сказанное относилось к получению повышенного напряжения положительной полярности. Если необходимо сформировать и отрицательный выход, то схему следует «удвоить» – добавить конденсаторы C1, С2 и C3, диоды D1 и D2, пару диодов в сборку D3 и намотать вторую обмотку на выходном дросселе. Не забудьте сменить полярность конденсаторов и диодов.

У подобного решения только одно достоинство – не придется что-то делать с трансформатором. Впрочем, есть еще одно — незначительное, девиация напряжения на выходном дросселе небольшой амплитуды, поэтому размеры дросселя и его индуктивность могут быть сниженной величины. Фактически, можно использовать старую обмотку канала 12 В.

Недостатков больше и они серьезные:

• Весь импульсный ток протекает через повышающие конденсаторы С1 и С2.
• Очень большой ток заряда конденсаторов в начальный момент времени. Кроме снижения срока службы конденсаторов, высокая величина тока может вызвать срабатывание общей защиты блока питания и он отключится.
• Низкий диапазон регулирования выходного напряжения.
• Невозможно получить больше одного канала со стабилизацией выходного напряжения. Выходы «+37 В» и «-37 В» получаются по вышеприведенной схеме, а вот обычные «+/-12 В» придется формировать на отдельном дросселе при повышенном уровне пульсаций с частотой сети и низкой стабильностью.

Основной недостаток схемного решения — весь ток протекает через конденсаторы С1 и С2. Довольно просто найти конденсаторы с подходящей емкостью или ESR, но вот величина импульсного тока у них окажется низка. Чтобы не быть голословным, подберем подходящий конденсатор для рассматриваемого блока питания усилителя (выходное напряжение соответствует заданным условиям, величина тока до 10 А).

Ранее я ссылался на конденсаторы общего применения фирмы Jamicon серии LP, посмотрим, что есть в данном исполнении – 2200 мкФ 50 В. Максимальный ток 2 ампера. Совершенно не подходит, конденсатор выйдет из строя через неделю работы усилителя. Переходим к серьезным сериям, «Low ESR». Например, серия WL:

Номинал	Диаметр, мм	Высота, мм	ESR, мОм	Макс. ток, А
2200 мкФ 35 В	16 (18)	32 (25)	40	3.8 (3.5)
1500 мкФ 50 В	16 (18)	36 (32)	51	4 (3.9)
1000 мкФ 35 В	13 (18)	25 (15)	70	2.5 (2.1)
1000 мкФ 50 В	13 (18)	40 (20)	70	3.4 (2.8)
680 мкФ 35 В	10 (16)	28 (15)	103 (86)	2 (1.7)
680 мкФ 50 В	13 (16)	30 (20)	86	2.6 (2.3)

В круглых скобках указывается характеристики альтернативного варианта исполнения корпуса конденсатора.

Хочется отметить интересный момент, для конденсатора «680 мкФ 35 В» первое исполнение, в сравнении со вторым, несет меньшее внутреннее сопротивление и максимальный ток, обычно происходит обратное – снижение ESR повышает величину тока. Видимо, причина в разной площади поверхности корпуса.

Если смотреть на ESR, то все конденсаторы вполне устраивают. Ну, сколько может «упасть» на сопротивлении 40-90 мОм при токе 3-8 ампер? Пустяк. Блок питания работать будет. Вот так и появляются «китайские» поделки. К слову, в Китае производится масса качественной продукции, это местные фарцовщики закупают хлам, отсюда и происходит недоверие к китайской продукции … причем зря.

Ну ладно, собираем для себя, поэтому делать плохо не будем. Конденсатор должен выдерживать ток не менее 10/2=5 А в долговременном режиме и на одном конденсаторе получить такую характеристику не удастся. Остается вариант с установкой пары или тройки конденсаторов параллельно. Два конденсатора «1000 мкФ 35 В» обеспечат ток до 5 (4.2) ампера, что маловато. Можно взять конденсаторы того же номинала, но чуть большего напряжения «1000 мкФ 50 В», предельный ток составит величину 6.4 (5.6) ампера.

С учетом конечной индуктивности выходного дросселя этот вариант может устроить, но не особо хорошо. Перейдем к утроению конденсаторов, «680 мкФ 35 В» обеспечит ток до 6 (5.1) А, или «680 мкФ 50 В» 7.8 (6.9) А. Последний вариант смотрится уже веселее, блок питания сможет работать достаточно долго.

В результате получается, что в блок питания придется установить 3*2*2=12 конденсаторов «680 мкФ 50 В», выйдет не самое компактное устройство, а место в БП ограничено.

Схема моделировалась, но практически не испытывалась, поскольку не лежит у меня душа к таким решениям. Этот вариант доработки дается на ваш страх и риск.

БЛОК ПИТАНИЯ ДЛЯ УМЗЧ И ПРЕДУСИЛИТЕЛЯ

Хороший источник питания особенно актуален, когда дело доходит до усилителей. Он должен иметь достаточно высокую мощность и необходимое напряжение для малошумящих предусилителей, а иные вспомогательные напряжения также могут быть полезны, например, для усилителя к наушникам, микроконтроллера или для вентиляторов.

Схема универсального блока питания для усилителей

Использование для этой цели лишь одного трансформатора экономит не только деньги, но и пространство в корпусе. В источнике питания, представленном в этой статье, использован как раз один трансформатор, имеющий несколько напряжений. Далее рекомендуемый вид печатной платы:

Параметры источника питания

• Симметричное напряжение +/- 18 В для ОУ предусилителя
• Одно 12 В для вентиляторов или реле
• Одно 5 В для микроконтроллера или других цифровых цепей
• И конечно же, симметричное питание для усилителей мощности

Стабилизация напряжения +/- 18 В осуществляется на дискретных элементах. А 5 В и 12 В стабилизируются интегральными микросхемами 7805 и 7812 соответственно.

Список основных полупроводниковых элементов

• Транзистор BC556 — 1 шт. 
• Транзистор BC546 — 1 шт., 
• Стабилитрон 18 В — 2 шт., 
• Микросхема 7805 — 1 шт. 
• Микросхема 7812 — 1 шт. 
• Мост диодный — 1 шт.
• Остальное это пассивные элементы.

Снимать напряжения для УМЗЧ необходимо с больших электролитических конденсаторов, его величина и соответственно рабочее напряжение конденсаторов выбираются исходя из конкретной схемы усилителя звука.

   Форум

   Обсудить статью БЛОК ПИТАНИЯ ДЛЯ УМЗЧ И ПРЕДУСИЛИТЕЛЯ