Импульсный блок питания умзч. Импульсный блок питания для умзч Схема импульсного блока питания для усилителя ланзар
Схема относительно просто и представляет собой двухполярный стабилизированный блок питания. Плечи блока питания зеркальны, поэтому схемы абсолютно симметрична.
Технические характеристики блока питания:
Номинальное входное напряжение: ~18...22В
Максимальное входное напряжение: ~28В (ограничено напряжение конденсаторов)
Максимальное входное напряжение (теоретически): ~70В (ограничено максимальным напряжением выходных транзисторов)
Диапазон выходных напряжений (при ~20В на входе): 12...16В
Номинальный выходной ток (при выходном напряжении 15В): 200мА
Максимальный выходной ток (при выходном напряжении 15В): 300мА
Пульсации напряжения питания (при номинальном выходном токе и напряжении 15В): 1,8мВ
Пульсации напряжения питания (при максимальном выходном токе и напряжении 15В): 3,3мВ
Данный блок питания можно использовать для питания предварительных усилителей. БП обеспечивает довольно низкий уровень пульсаций напряжения питания, при довольно большом (для предварительных усилителей) токе.
В качестве аналогов транзисторов MPSA42/92 можно применить транзисторы KSP42/92 или 2N5551/5401. Не забывайте сверять цоколевку.
Транзисторы BD139/BD140 можно заменить на BD135/136 или на другие транзисторы с аналогичными параметрами, опять же про цоколевку не забываем.
Транзисторы VT1 и VT6 должны быть установлены на теплоотводе, место для которого предусмотрено на печатной плате.
В качестве стабилитронов VD2 и VD3 можно применять любые стабилитроны на напряжение 12В.
Очень часто бывает что у радиолюбителя есть трансформатор, но только с одной обмоткой, а необходимо получить на выходе двухполярное напряжение. Именно для этих целей можно применить следующую схему:
Схема отличается своей простотой и универсальностью. На вход схемы можно подавать переменное напряжение в широком диапазоне, ограниченном только лишь допустимым напряжением диодов моста, допустимым напряжением конденсаторов питания и напряжением КЭ транзисторов. Выходное напряжение каждого из плеч будет равно половине общего напряжения питания или (Uвх*1,41)/2, например: при входном переменном напряжении 20В, выходное напряжение одного плеча будет равно (20*1,41)/2=14В.
В качестве транзисторов VT1 и VT2 можно применять ЛЮБЫЕ комплементарные транзисторы, следует только не забывать о цоколевке. Хорошими вариантами замены могут быть MPSA42/92, KSP42/92, BC546/556, КТ3102/3107 и так далее. Следует так же учитывать при замене транзисторов на аналоги их максимальное допустимое напряжение КЭ, оно должно быть не менее выходного напряжения плеча.
В своей практике для питания УМЗЧ я люблю применять для питания УМЗЧ трансформаторы с 4мя одинаковыми вторичными обмотками, в частности трансформатор ТА196, ТА163 и аналогичные. При использовании таких трансформаторов удобно использовать в качестве выпрямителя не мостовую, а двухполупериодовую полу-мостовую схему. Схема самого блока питания представлена ниже:
Для данной схемы можно применять не только трансформаторы серии ТА, ТАН, ТПП, ТН, но и любые другие трансформаторы с 4мя одинаковыми по напряжению обмотками.
На основе трансформатор ТА196 или других трансформаторов с 4мя вторичными обмотками можно организовать следующую схему:
Напряжение +/-40В (или другое, в зависимости от напряжения на обмотках вашего трансформатора) используется для питания усилителя мощности. Шины +/-15В можно использовать для питания предусилителя и входного буфера. Шину +12В можно использовать для вспомогательных нужд, например: для питания вентилятора, защиты или других не требовательных к качеству питания устройств.
В качестве стабилитрона 1N4742 можно применять любой другой на напряжение 12В, вместо 1N4728 - на напряжение 3,3В.
Вместо транзисторов BD139/140 можно использовать любую другую комплементарную пару транзисторов средней мощности на ток 1-2А. Транзисторы VT1, VT2 и VT3 необходимо устанавливать на радиатор.
Нумерация выводов соответствует нумерации выводов трансформатора ТА196 и аналогичных.
Фотографии некоторых из представленных блоков питания.
Ко всем блокам питания прилагаются проверенные 100% рабочие печатные платы.
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Схема 1: Маломощный стабилизированный блок питания для предусилителей | |||||||
| VT1 | Биполярный транзистор | BD139 | 1 | Аналог:BD135 | В блокнот | ||
| VT6 | Биполярный транзистор | BD140 | 1 | Аналог:BD136 | В блокнот | ||
| VT2, VT3 | Биполярный транзистор | MPSA42 | 2 | Аналог:KSP42, 2N5551 | В блокнот | ||
| VDS1, VDS2 | Выпрямительный диод | 1N4007 | 8 | В блокнот | |||
| VT4, VT5 | Биполярный транзистор | MPSA92 | 2 | Аналог:KSP92, 2N5401 | В блокнот | ||
| VD1, VD4 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 2 | В блокнот | |||
| VD2, VD3 | Стабилитрон | 1N4742 | 2 | Любые стабилитроны на напряжение 12В | В блокнот | ||
| C1, C6, C15, C18 | Конденсатор | 2.2 мкФ | 4 | Керамика | В блокнот | ||
| C2-C5, C16, C17, C19, C20 | Конденсатор | 1000 мкФ | 8 | Электролит на 50В | В блокнот | ||
| C7, C9, C21, C23 | Конденсатор | 100 мкФ | 4 | Электролит на 50В | В блокнот | ||
| C8, C10, C22, C24 | Конденсатор | 100 нФ | 4 | Керамика | В блокнот | ||
| C11, C14 | Конденсатор | 220 пФ | 2 | Керамика | В блокнот | ||
| C12, C13 | Конденсатор | 1 мкФ | 2 | Электролит на 50В или керамика | В блокнот | ||
| R1, R12 | Резистор | 10 Ом | 2 | В блокнот | |||
| R2, R10 | Резистор | 10 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R3, R11 | Резистор | 33 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R4, R9 | Резистор | 4.7 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R5, R7 | Резистор | 18 кОм | 2 | В блокнот | |||
| R6, R8 | Резистор | 1 кОм | 2 | В блокнот | |||
| Схема 2: Маломощный блок питания с преобразованием однополярного напряжения в двухполярное | |||||||
| VT1 | Биполярный транзистор | 2N5551 | 1 | Аналог:KSP42, MPSA42 | В блокнот | ||
| VT2 | Биполярный транзистор | 2N5401 | 1 | Аналог:KSP92, MPSA92 | В блокнот | ||
| VDS1 | Выпрямительный диод | 1N4007 | 4 | В блокнот | |||
| VD1, VD2 | Выпрямительный диод | 1N4148 | 2 | В блокнот | |||
| C1-C4, C6, C7 | Конденсатор | 2200 мкФ | 6 | Рабочее напряжение в зависимости от входного | В блокнот | ||
| C5, C8 | Конденсатор | 100 нФ | 2 | В блокнот | |||
| R1, R2 | Резистор | 3.3 кОм | 2 | В блокнот | |||
| Схема 3: Мощный двухполярный блок питания с полу-мостовым выпрямлением | |||||||
| VD1-VD4 | Выпрямительный диод | FR607 | 4 | В блокнот | |||
| C1, C5 | Конденсатор | 15000 мкФ | 2 | Электролит на 50В | В блокнот | ||
| C2, C3, C7, C8 | Конденсатор | 1000 мкФ | 4 | Электролит на 50В | В блокнот | ||
| C4, C6 | Конденсатор | 1 мкФ | 2 | В блокнот | |||
| F1-F4 | Предохранитель | 5 А | 4 | В блокнот | |||
| Схема 4: Мощный блок питания с полу-мостовым выпрямлением | |||||||
| VT1, VT3 | Биполярный транзистор | BD139 | 2 | Аналог:BD135 | В блокнот | ||
| VT2 | Биполярный транзистор | BD140 | 1 | Аналог:BD136 | |||
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 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 дургая
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:)
На этом у меня все, надеюсь что информация была полезна и как обычно жду вопросов в комментариях.
Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.
Планирую купить +38 Добавить в избранное Обзор понравился +115 +179Принципиальная схема сетевого импульсного источника питания для УНЧ, выходное напряжение +-25В при токе до 4,5А (примерно 200Вт). Схема собрана на микросхеме IR2153 и транзисторах IRF740. Приведены полезные советы по сборке и наладке устройства.
Хочу предложить небольшой обзор по данной схеме. Как-то была нужда собрать человеку простенький УНЧ, был найден корпус от старого предусилителя "радиотехника".
Места в корпусе много, но уместить сетевой трансформатор не получилось, корпус оказался по высоте маловат. Было решено собрать импульсный блок питания на микросхеме ir2153, как раз одна валялась без дела.
Принципиальная схема
Изначально за основу была взята схема с - настоятельно рекомендую не собирать так как там предложено, иначе можно устроить пожар или взрыв, схема с фатальной ошибкой и не одной.
Рис. 1. Схема импульсного блока питания, взятая за основу.
Рис. 2. Схема импульсного блока питания для УМЗЧ мощностью до 200Вт.
В первой схеме основная ошибка - нет разделительного конденсатора между полевыми транзисторами и трансформатором, без этого конденсатора транзисторы сразу же взорвутся при включении, или через пару минут как раскалятся...
У микросхемы IR2153 первый вывод - это плюс питания, поскольку напряжение на выводе 1 микросхемы в пределах 16-18 вольт то конденсатор должен быть на порядок выше по напряжению, а не впритык как указано на первоначальной схеме - на 16В. Можно установить конденсатор на напряжение 25В, я поставил на 35В.
Идем дальше, запитывать микросхему так как указано на первоначальной схеме через диод и резистор в 18К, нельзя!! Посмотрите как запитывается микросхемы IR2153 у меня (рисунок 2), а не непосредственно от переменки 220вольт (рисунок 1).
В схеме на рисунке 1 скачек напряжения в сети сразу же приведет к сгоранию микросхемы, хорошо если просто работать все перестанет, а так опять же взорвутся транзисторы.
Вот эти три ошибки на схеме с рисунка 1 могут привести к очень печальным последствиям!
Детали и конструкция
Дроссель фильтра по питанию 220 Вольт (Др1) взят из импульсного БП от телевизора, подойдет любой с учетом того какую мощность желаете получить... Варистор - любой на 10 ом, только не от зарядки для телефона и подобных маломощных импульсных БП.
Индуктивность по 25 Вольтам (L) взята от компьютерного БП на 450ватт, лишние обмотки были смотаны - оставляем только те что намотаны толстым проводом.
Высокочастотный трансформатор Tr1 взят оттуда же, подробно остановлюсь на его намотке с нуля. Разобрать такой трансформатор не расколов феррит достаточно сложно. Чтобы упростить задачу, нужно положить его на плиту и нагреть до сотни градусов, иными словами как только капелька воды на феррите будет кипеть - значит можно разбирать.
При таком нагреве, клей становится мягким и половинки феррита легко вытаскиваются из каркаса с обмоткой. При намотке трансформаторов в импульсных схемах рекомендуют мотать обмотки несколькими проводами - до 8 штук одновременно.
Делать так совсем не обязательно, первичную обмотку I мотал одним эмалированным медным проводом диаметром 0,45 мм - 49 витков. Вторичные обмотки II и III мотал двумя проводами диаметром 0,8 мм - по 8 витков в каждой.
Диоды выпрямителя ставим быстродействующие - из отечественных подойдут КД213 или КД212. У последних ток нагрузки по справочнику - 1А, а у КД213 - 10А. Подойдут диоды с граничной рабочей частотой 100кгц.
Вместо транзистора IRF740 можно поставить IRF840 и им подобные. Радиатор под транзисторы можно поставить в два раза меньше, при полной длительной нагрузке транзисторы греются не очень сильно - на ощупь градусов 45. Транзисторы обязательно нужно ставить на радиатор через изолирующие прокладки.
Вместо диодов RL205 можно поставить любой диодный мост с максимальным постоянным обратным напряжением 600В и максимальным постоянным прямым током 6А.
Переходная емкость (0,1мкФ) между транзисторами и трансформатором должна быть обязательно на напряжение 630В!
С указанными номиналами данная схема обеспечивает выходную мощность примерно 200 Вт при токе до 4,5А.
Печатку к схеме БП не делал - сразу рисовал на текстолите. У каждого детали и их варианты расположения могут быть разные. Схема простая и нарисовать свою печатку не составит большого труда.
Вот что получилось у меня:
Рис. 3. План моей печатной платы для импульсного сетевого блока питания.
Как видно из наброска, вместо разделительного конденсатора между транзисторами и трансформатором у меня установлены три штуки. Пришлось так поступить поскольку как не было одного на нужное напряжение, в итоге собрал из разных конденсаторов с общей емкостью в 0,5мкФ.
Самый идеальный вариант будет - 1мкФ на 630В. Но все работает вполне нормально и с емкостью на 0,1мкФ и с емкостью на 0,5мкФ.
Рис. 4. Готовая печатная плата для импульсного источника питания (вид со стороны соединений).
Рис. 5. Готовая плата импульсного источника питания (вид со стороны деталей).
Рис. 6. Самодельный сетевой импульсный блок питания для УМЗЧ.
Рис. 7. Внешний вид сетевого импульсного БП для усилителя мощности НЧ.
Налаживание
После сборки схемы, первое включение делаем через лампочку на 220В 60Вт, включенную последовательно с блоком питания.
Если при сборке не было сделано ошибок и замыканий, то при включении лампочка должна кратковременно вспыхнуть и потухнуть - это говорит о том, что все собрано правильно и КЗ в схеме нет.
Можно на низкую сторону в качестве нагрузки включить лампу на подходящее напряжение и дать поработать схеме минут пять. Если ничего не задымилось, то можно убирать лампу на 220 и пользоваться готовым БП.
Если же лампа включенная в разрыв питания 220В при первом включении горит и не тухнет - значит в схеме есть неисправность.
Рис. 8. Импульсный блок питания установлен в корпус с усилителем НЧ.
Рис. 9. Плата УНЧ и блока питания к нему в корпусе от предусилителя Радиотехника (фронтальный вид).
Рис. 10. Плата УНЧ и блока питания к нему в корпусе от предусилителя Радиотехника (тыловой вид).
В качестве дополнения: схема УНЧ взята из .
Рис. 11. Схема УНЧ с выходной мощностью 60Вт при нагрузке 4 Ома и питании +-28В.
Литература:
- radiostroi.ru/pitan776/57-impblokpitkomp
- А. Агеев - Усилительный блок любительского радиокомплекса. Журнал Радио за 1982 год, номер 8.
Существует множество схем ИИП, особенно на просторах интернета, а вот рабочих мало, единицы. Сколько было собрано, сколько сожжено дорогостоящих полевых транзисторов и микросхем! Некоторые блоки удавалось заставить работать, некоторые нет. Приведенная ниже схема начинает работать сразу, некритична к выбору деталей, практически не дает помех, доступна для сборки даже начинающим радиолюбителям.
На первый взгляд схема кажется сложной, но при поблочном рассмотрении все становится ясно и просто. Все детали недороги, легкодоступны, имеют множество замен, большинство деталей имеется в компьютерных блоках питания. Было собрано четыре блока, разной конфигурации, на разных печатных платах, все заработали сразу и работают до сих пор. Последний блок предназначен для известного усилителя « ». За основу взята схема , дополнена устройством плавного запуска, переведена на современную элементную базу. Некоторые элементы были перерасчитаны для получения большей мощности и снижения пульсаций выпрямленного напряжения.
Технические характеристики:
Номинальная мощность: 500Вт
Частота преобразования: 100 кГц
Выходное напряжение: +/ - 65В
КПД 0,75
Мощность блока при использовании этих же деталей легко может достигать 800Вт, требуется только перерасчет трансформатора ТР2.
Краткое описание работы
Задающий генератор собран на элементах DD1, подстроечным резистором частота меняется в пределах 100-200 кГц. Триггер на элементе DD2 снижает частоту вдвое и формирует импульсы с более крутыми фронтами. Через комплементарный эмиттерный повторитель на транзисторах VT3 – VT4 импульсы проходят на трансформатор ТР1 и управляют мощными транзисторами VT5,VT6. Задающий генератор питается от отдельного стабилизатора собранного на элементах С5,С6,С7,С8 диодах D7-D10 и транзисторе VT2. Устройство плавного запуска выполнено на тиристоре VD1. При включении блока в сеть, конденсатор фильтра C10 заряжается через резистор R5. Конденсатор С4 заряжается через резисторы R3 R4. При достижении на этом конденсаторе напряжения примерно 1В, тиристор открывается и шунтирует R5.
Сетевой фильтр и выпрямитель особенностей не имеют. За выпрямителем следует транзисторный фильтр на транзисторе VT1, который уменьшает пульсации выпрямленного напряжения в 125 раз, для того, что бы исключить модуляцию прямоугольного сигнала напряжением частотой 100Гц.
Напряжение, полученное с трансформатора ТР2 (обмотки 2 и 3) выпрямляется диодным мостом D13-D16 и через дроссель L2 поступает на выходной фильтр C16,C17,L3,L4,C18,C19,C20,C21. Дроссель L2 необходим главным образом для ограничения зарядного тока через диоды моста, т.к. в выходном фильтре применены конденсаторы большой емкости. Более подробно с работой схемы можно ознакомиться в .
Принципиальная схема:
Конструкция и детали
Конструктивно блок выполнен на трех печатных платах: на одной - силовая часть блока с устройством плавного запуска и транзисторным фильтром, на другой - задающий генератор с собственным блоком питания, на третьей трансформатор ТР2 и выходной фильтр. Выходной фильтр может быть собран непосредственно на плате усилителя, тогда ТР2 крепится к шасси. Компановка может быть различной. Рисунки печатных плат 1 и 2 прилагаются. Ввиду чрезвычайной простоты плата выходного фильтра не разрабатывалась. При использовании разных деталей (диоды, конденсаторы) рисунок платы будет индивидуальным в каждом конкретном случае. Конденсаторы С14, С15 и резисторы R4,R5,R7,R11,R12 установлены на плате стоя. Конденсаторы С14, С15 и резисторы R11,R12 в верхней точке соединяются и образуют точку подключения нижнего по схеме вывода обмотки 1 трансформатора ТР2. Тиристор VD1 и транзистор VT1 установлены на одном радиаторе через изолирующие прокладки. При использовании тиристора в другом корпусе можно установить его на отдельный радиатор.
При сборке нужно стараться все соединения делать возможно короче.
О деталях
Микросхемы серии 511 заменять другими не следует. Можно использовать импортный аналог: для К511ЛА1 аналогом является Н102, для К511ТВ1 аналог Н110.
Транзисторы. На месте транзисторов VT3, VT4 можно использовать практически любые высокочастотные транзисторы: ВС639 и ВС640, ВС635 и ВС636, ВС337 и ВС638, КТ 315 и КТ361, КТ502 и КТ503 и др. желательно только подобрать их с наибольшим коэффициентом усиления.
Транзисторы VT5,VT6 лучше выбрать в большом корпусе. При использовании транзисторов в корпусе ТО-220 необходимо скорректировать печатную плату. Можно их сделать и выносными. Для замены подойдут транзисторы серии 2SC – 3996 – 3998, 5144, 2204, 3552, 3042, 3306, 5570, 2625 и др. с напряжением не менее 400В и током коллектора не менее 10А. Их желательно подобрать с близким коэффициентом усиления. При установке этих транзисторов на общий радиатор надо использовать слюдяные прокладки смазанные пастой КТП-8. Площадь радиатора для каждого транзистора должна быть не менее 65см2. Транзистор VT1 можно заменить на КТ898А или А1. Это транзисторы дарлингтона, стоят в коммутаторах транзисторных систем зажигания. Можно поставить транзисторы серии 2SC указанные выше, но придется установить их на отдельный радиатор площадью не менее 150см2. Кроме того придется пересчитать вторичную обмотку трансформатора ТР2, т.к. на транзисторе будет потеря напряжения порядка 20В. Лучше самостоятельно сделать составной транзистор, добавив еще один, например MJE13005,13007,13009 и т.п. Участок схемы приводится. Вместо транзистора КТ815Г можно поставить КТ817Г или BD135, BD137, BD139.
Фрагмент:
Диоды.
Диодный мост BR1010 можно заменить на другой, не менее 10А - 400В или отдельные диоды с такими же характеристиками. Мост снабжен небольшим радиатором.
Диоды D11,D12 – любые быстрые на напряжение не менее 400В. Подойдут FR104 – 107, FR154 - FR157, SF16, из отечественных можно поставить КД104А. D5 – FR157, SF16. Диоды 1N4007 можно заменить на КД105Г или другие на ток более 0,5А и напряжением 400В и больше. Диоды КД2997А,Б можно заменить на КД2999А,Б или импортные быстрые диоды с напряжением не менее 200В и током 15 - 20А. В крайнем случае, можно поставить КД213, но по две штуки в плечо параллельно. Из импортных подойдут 15ETH06, 30ETH06, 30EPH06, BYW29-500 и др. Диоды Шоттки можно использовать, если выходное напряжение не превышает 60В. Смотрите даташиты.
Стабилитрон D17 любой на 15В, например КС515 или импортный. Можно составить из двух, например КС175А, Д814А.
Тиристор ВТ151 можно заменить другим с максимальным током не менее 10А и напряжением 400В, например КУ202Н1.
Конденсаторы С2,С3С5,С9,С13-С19 пленочные, С1,С12 – керамика. Конденсаторы С14, С15 можно поставить и меньшей емкости, но не менее 1мкФ. Они должны быть одинаковы и обязательно пленочными, на напряжение не менее 250В. Емкость С2,С3,С9 не критична и ее можно менять. Лучше в большую сторону. Конденсатор С10 составлен из двух емкостью 220 и 330 мкФ 400В. Если блок будет иметь другую мощность, эти конденсаторы следует ставить из расчета 1мкФ на 1Вт мощности. Хотя и используется транзисторный фильтр, емкость этих конденсаторов не следует сильно уменьшать, что бы сохранить жесткость нагрузочной характеристики блока. Конденсатор С8 может быть емкостью 100 – 200мкФ. Конденсаторы С16, С17 могут быть составлены из нескольких меньшей емкости, что даже лучше. Чем больше общая емкость – тем лучше, в разумных пределах. Для облегчения работы по высокой частоте конденсаторов С20, С21 желательно припаять непосредственно к их выводам с обратной стороны платы керамические конденсаторы емкостью 0,033 – 0,1мкФ.
Резисторы - указанной на схеме мощности. R1 – желательно многооборотный. R6 служит для разрядки конденсаторов, номинал 390 – 910кОм. Резисторы R11, R12 должны быть одинаковыми и могут быть номиналом от 47 до 200 кОм. Суммарное сопротивление резисторов R3 и R4 должно быть 43 – 46 кОм.
Дроссели и трансформаторы. Дроссель L1 намотан на кольце из феррита марки М2000 наружным диаметром от 20мм. Намотка ведется в один слой сразу двумя проводами диаметром 0.8-1,2 мм до заполнения. Можно использовать и Ш-образный сердечник, например от блока питания телевизора. Не критично. Дроссель L2 намотан проводом диаметром 1,2мм на чашечном сердечнике из феррита марки М2000 диаметром 35 и более мм. Намотка ведется в два провода до заполнения каркаса. Так как дроссель работает на постоянном токе, в зазор необходимо поместить диэлектрическую прокладку толщиной примерно 0,3мм. Можно попробовать намотать на кольцевой сердечник от дросселя групповой стабилизации компьютерного блока питания. Дроссели L3 L4 готовые из компьютерного блока питания, те, что намотаны толстым проводом. Должны быть одинаковыми. Их можно изготовить самостоятельно, намотав 10-20 витков провода диаметром 1.2мм на кусочки круглого феррита от антенны радиоприемника длиной 25мм.
Трансформатор ТР1 изготовлен на кольце из феррита марки М2000 типоразмера 16*8*6 и содержит 90витков провода ПЭЛШО 0,12 намотанных сразу тремя проводами. Типоразмер, марка провода и число витков не критичны. Для облегчения работы этот трансформатор можно намотать на чашечном магнитопроводе диаметром примерно 20мм так же в три провода. Если нет ничего подходящего, можно намотать и на небольшом Ш-образном ферритовом магнитопроводе.
Самая ответственная часть работы – намотка трансформатора ТР2. Он намотан на сердечнике, состоящего из двух колец типоразмера 40*25*11. Кольца нужно склеить между собой, грани закруглить крупной наждачной бумагой. Затем магнитопровод обматывается двумя слоями лакоткани или фторопластовой ленты. Первичная обмотка намотана в два провода (в параллель) диаметром 0,8мм и содержит 26 витков, равномерно распределенных по кольцу. Поверх первичной обмотки снова два слоя лакоткани. Вторичная обмотка(2,3) мотается в три провода диаметром 0,8мм и содержит 2*13 витков. Порядок работы таков: берем провод необходимой длины, складываем его в 6 слоев, слегка скручиваем для удобства, и мотаем 13 витков равномерно поверх первичной обмотки. Затем прозвонкой разделяем его на две части и соединяем начало одной части с концом другой. Так мы получим две обмотки в три провода и точку соединения. Снова обматываем все лакотканью. Готовый трансформатор можно пропитать парафином, нитролаком или эпоксидной смолой. Но в последнем случае он получится неразборным. Для более точного подбора напряжения необходимо сразу после намотки первичной обмотки намотать 10 витков любого провода, подключить к диодному мосту и замерить напряжение. Затем вычислить необходимое количество витков. Получается примерно 5В на один виток.
При намотке всех дросселей и трансформаторов крайне важно соблюдать начала и концы обмоток. Начала обмоток на схеме помечены точками.
Если нужны другие выходные напряжения, нужно пересчитать количество витков вторичной обмотки. Обмоток может быть и несколько. Если нужно рассчитать трансформатор ТР2 на другую мощность или на другой магнитопровод, необходимо воспользоваться .
Из многих программ выбрана именно эта, как простая и дающая реальные достоверные результаты.
Налаживание начинаем с генератора импульсов. Для этого к сети подключаем только маленькую печатную плату, отдельно от большой. Осциллографом наблюдаем на обмотках 2 и 3 трансформатора ТР1 противофазные прямоугольные импульсы. Затем резистором R1 устанавливаем частоту этих импульсов равной 100 кГц. У многих нет осциллографа, что делать? Берем плату с припаянным сетевым проводом и идем в ближайшее телеателье. Наверняка не откажут в одном измерении. После этого можно подключать и силовую часть блока питания. Сделать это лучше включив в разрыв сетевого провода лампу накаливания мощностью 75-100 Вт. Лампа должна кратковременно загореться и погаснуть. Если горит постоянно, проверяйте правильность сборки. Если все в норме – лампу убираем. Блок без нагрузки включать нельзя, поэтому на время проверки нагрузим его двухватными резисторами 500-600 Ом. Измеряем выходные напряжения. Если напряжения отличаются от расчетных, измерьте напряжение сети – возможно, оно сильно отличается от 220В. Проверяем работу устройства плавного запуска. Для этого подключаем авометр параллельно резистору R5. При включении блока прибор должен показать постоянное напряжение порядка 30В. Через одну-две секунды напряжение должно почти полностью исчезнуть. Параллельно конденсатору С2 можно включить варистор, например JVR-7N391K, или другой, на напряжение около 400В. Отверстия в печатной плате имеются. Блок защищен предохранителем 8А.
Литература:
«РАДИО» №1 1987г. стр.35-37
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| DD1 | Микросхема | К511ЛА1 | 1 | В блокнот | ||
| DD2 | Микросхема | К511ТВ1 | 1 | В блокнот | ||
| D1-D4 | Диодный мост | BR1010 | 4 | В блокнот | ||
| VT1 | Биполярный транзистор | BU931P | 1 | В блокнот | ||
| VT2 | Биполярный транзистор | КТ815Г | 1 | В блокнот | ||
| VT3 | Биполярный транзистор | 2N5551 | 1 | В блокнот | ||
| VT4 | Биполярный транзистор | 2N5401 | 1 | В блокнот | ||
| VT5, VT6 | Биполярный транзистор | MJE13009 | 2 | В блокнот | ||
| D5, D11, D12 | Выпрямительный диод | HER108 | 3 | В блокнот | ||
| D7-D10 | Выпрямительный диод | 1N4007 | 4 | В блокнот | ||
| D13-D16 | Диод | КД2997А | 4 | В блокнот | ||
| D17 | Стабилитрон | КС515А | 1 | В блокнот | ||
| VD1 | Тиристор | BT151-800 | 1 | В блокнот | ||
| C1 | Конденсатор | 1500 пФ | 1 | В блокнот | ||
| C2, C3 | 0.22мкФ 400В | 2 | В блокнот | |||
| C4 | Электролитический конденсатор | 2200мкФ 10В | 1 | В блокнот | ||
| C5, C9 | Электролитический конденсатор | 1мкФ 400В | 2 | В блокнот | ||
| C6 | Электролитический конденсатор | 470мкФ 100В | 1 | В блокнот | ||
| C7 | Электролитический конденсатор | 10мкФ 10В | 1 | В блокнот | ||
| C8 | Электролитический конденсатор | 150мкФ 400В | 1 | В блокнот | ||
| C10 | Электролитический конденсатор | 550мкФ 400В | 1 | В блокнот | ||
| C11 | Электролитический конденсатор | 100мкФ 25В | 1 | В блокнот | ||
| C12 | Конденсатор | 0.033 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| C13 | Конденсатор | 0.1 мкФ | 1 | В блокнот | ||
| C14, C15 | Электролитический конденсатор | 4.7мкФ 250В | 2 | В блокнот | ||
| C16, C17 | Электролитический конденсатор | 4.7мкФ 160В | 2 | В блокнот | ||
| C18, C19 | Конденсатор | 0.22 мкФ | 2 | В блокнот | ||
| C20, C21 | Электролитический конденсатор | 10000мкФ 83В | 2 | В блокнот | ||
| R1 | Переменный резистор | 22 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R2 | Резистор |
Всем доброго времени. Позвольте представить силовой инвертор для питания мощного аудиоусилителя. К сожалению, особенно хорошо повторяемых. Поэтому решено было сделать такой источник питания с нуля. Потребовалось немало времени, чтобы проектировать, построить и протестировать этот ИБП. И вот, проведя последние испытания (все тесты прошли успешно) можно сказать что проект закончен и его можно выставить на суд уважаемой радиолюбительской аудитории сайта 2 Схемы.ру
Проект этого инвертора отлично подходит для , собственно для него он и разрабатывался. Преобразователь не сложен и должен быть успешно собран не слишком продвинутыми электронщиками. Для запуска не требуется даже осциллограф, но конечно это было бы полезно. Основа схемы источника питания — м/с TL494.
Он имеет защиту от короткого замыкания и должен обеспечить непрерывную мощность 250 Вт. Преобразователь также имеет дополнительное выходное напряжение +/- 9..12 В, которое будет использоваться для питания предусилителя, вентиляторов и т.д.
Импульсный БП для усилителя — схема
Преобразователь выполнен в соответствии с этой схемой. Размеры платы 150×100 мм.
Инвертор состоит из нескольких базовых модулей, присутствующих в большинстве похожих БП, таких как блок питания ATX. Предохранитель, термистор и сетевой фильтр, состоящий из C21, R21 и L5, идут к источнику питания переменного тока 220 В. Затем выпрямительный мост D26-D29, входные конденсаторы инвертора C18 и C19 и силовые транзисторы Q8 и Q9 для переключения напряжения на трансформаторе. Силовые транзисторы управляются с помощью дополнительного трансформатора T2 одним из самых популярных ШИМ-контроллеров — TL494 (KA7500). Трансформатор тока Т3 для измерения выходной мощности последовательно соединен с первичной обмоткой. Трансформатор T1 имеет две разделенные вторичные обмотки. Одна из них формирует напряжение 2×35 В, а другая 2×12 В. На каждой из обмоток есть фаст диоды D14-D17 и D22-D25, которые в общей сложности образуют 2 выпрямительных моста.
После нагрузки линии +/- 34 В резистором 14 Ом, напряжение падает до +/- 31 В. Это довольно хороший результат для такого небольшого ферритового сердечника. Через 5 минут диоды D22-D25, основной трансформатор и MOSFET нагревались до температуры порядка 50C, что вполне безопасно. После подключения двух каналов TDA7294 напряжение упало до +/- 30 В. Инверторные элементы нагревались подобно резистивной нагрузке. После экспериментов выходная цепь оснащена конденсаторами 2200uF и дросселями 22uH / 14A. Падение напряжения немного выше, чем в случае с 6.8uH, однако их использование явно уменьшает нагрев МОП-транзисторов.
Выходное напряжение под нагрузкой обоих выходов с лампочками мощностью 20 Вт:
Принцип работы импульсного блока питания
Напряжение 220 В выпрямляется мостом с диодами D26-D29. Входные конденсаторы C18 и C19 заряжаются до общего напряжения 320 В, а поскольку инвертор работает в полумостовой системе, они делят их на половину, что дает 160 В на конденсатор. Это напряжение дополнительно уравновешивается резисторами R16 и R17. Благодаря этому разделению можно подключить трансформатор Т1 к одному каналу. Тогда потенциал между конденсаторами обрабатывается как масса, один конец первичной обмотки подключен к +160 В, другой к -160 В. Напряжение переключения первичной обмотки трансформатора Т1 осуществляется с помощью переменного транзистора N-MOSFET Q8 и Q9.
Конденсатор C10 и первичная обмотка трансформатора тока T3 расположены последовательно с первичной обмоткой. Конденсатор связи не нужен для функционирования схемы, но он играет очень важную роль — защищает от несбалансированного потребления энергии от входных конденсаторов и, следовательно, перед зарядкой одного из них до более чем 200 В. Трансформатор тока Т3, также расположенный последовательно с первичной обмоткой, действует как защита от короткого замыкания. Трансформатор тока обеспечивает гальваническую развязку и позволяет измерять величину тока, уменьшенную до точности ее передачи. Его задача — информировать контроллер о величине тока, протекающего через первичную обмотку T1.
Параллельно с первичной обмоткой основного трансформатора имеется так называемая схема гашения импульсов, которую образуют C13 и R18. Она подавляет всплески напряжения, возбуждаемые при переключении силовых транзисторов. Они не опасны для МОП-транзисторов, поскольку их встроенные диоды эффективно защищают от перенапряжения на стоках. Однако всплески напряжения могут отрицательно влиять на эффективность инвертора, поэтому важно их устранить.
Силовые МОП-транзисторы не могут управляться напрямую от контроллера из-за изменения потенциала верхнего транзисторного источника. Транзисторы управляются с помощью специального трансформатора Т2. Это обычный импульсный трансформатор, работающий в двухтактном режиме, открывающий силовые транзисторы. Управляющий трансформатор Т2 имеет на входе набор элементов управления напряжением на обмотках, которые помимо генерирования напряжения, продиктованного контроллером, защищают от возникновения размагничивающего напряжения сердечника. Неконтролируемое напряжение размагничивания удерживало бы транзистор открытым. Элементами, непосредственно ответственными за устранение напряжения размагничивания, являются диоды D7 и D9, а также транзисторы Q3 и Q5. Во время простоя, когда оба МОП-транзистора закрыты, ток протекает через D7 и Q5 (или D9 и Q3) и поддерживает напряжение размагничивания около 1,4 В. Это напряжение безопасно и не может открыть силовой транзистор.
Осциллограмма напряжения на входах MOSFET:
На осциллограмме можно четко видеть момент, когда сердечник перестает размагничиваться диодами D7 и D8 (D6 и D9) и начинает намагничиваться в противоположном направлении транзисторами Q3 и Q4 (Q2 и Q5). В фазе размагничивания сердечника напряжение на затворе Т2 достигает 18 В, а на фазе намагничивания оно падает примерно до 14 В.
Почему не использован один из драйверов типа IR? Прежде всего управляющий трансформатор более надежный, более предсказуемый. IR-драйверы очень капризны и подвержены ошибкам.
На вторичной обмотке основного трансформатора Т1 генерируется переменное напряжение, поэтому необходимо его выпрямить. Роль выпрямителя играют выпрямительные фаст диоды, генерирующие симметричное напряжение. Выходные дроссели расположены за диодами — их присутствие влияет на эффективность инвертора, подавляя всплески заряжающие выходные конденсаторы при включении одного из силовых транзисторов. Далее выходные конденсаторы с резисторами предварительной нагрузки, которые препятствуют подъёма напряжения до слишком высоких значений.
Контроллер импульсного ИП
Контроллер является основой инвертора, поэтому опишем его более подробно. В инверторе использован контроллер TL494 с установленной частотой работы такой же, как и в блоках питания ATX, то есть 30 кГц. Инвертор не имеет стабилизации выходного напряжения, поэтому контроллер работает с максимальным коэффициентом заполнения импульсов, который составляет 85%. Контроллер оснащен системой плавного пуска, состоящей из элементов C5 и R7. После запуска инвертора схема обеспечивает плавное увеличение коэффициента заполнения начиная с 0%, что устраняет всплеск зарядки выходных конденсаторов. TL494 может работать от 7 В, и такое напряжение, подающее буфер управляющего трансформатора Т2, вызывает генерацию напряжения на затворах порядка 3 В. Такие не полностью открытые транзисторы выдадут десятки вольт, что приведет к огромным потерям мощности и существует высокая вероятность превышения опасного предела. Чтобы предотвратить это, сделана защита от слишком высокого падения напряжения. Она состоит из резисторного делителя R4 — R5 и транзистора Q1. После того как напряжение падает до 14,1 В, Q1 разряжает конденсатор плавного пуска, тем самым уменьшая заполнение до 0%.
Другая функция контроллера — защитить инвертор от короткого замыкания. Информация о токе первичной обмотки получается контроллером через трансформатор тока Т3. Ток вторичной обмотки Т3 протекает через резистор R9, на котором падает небольшое напряжение. Информация о напряжении на R9 через потенциометр PR1 поступает на усилитель ошибки TL494 и сравнивается с напряжением резисторного делителя R1 и R2. Если контроллер распознает напряжение выше 1,6 В на потенциометре PR1, он закрывает транзисторы до того, как они пересекут опасный предел и фиксируется через D1 и R3. Силовые транзисторы остаются закрытыми до тех пор, пока инвертор не будет перезапущен. К сожалению, эта защита работает правильно только на линии +/- 35 В. Линия +/- 12 В намного слабее и в случае короткого замыкания может быть недостаточно тока, чтоб защита сработала.
Источник питания контроллера — безтрансформаторный с использованием сопротивления конденсатора. Два конденсатора C20 и C24 потребляют реактивную энергию от сети, и, следовательно, заставляя ток течь, они заряжают фильтрующий конденсатор C1 через выпрямитель D10-D13. Стабилитрон DZ1 защищает от слишком высокого напряжения на C1 и стабилизирует их при 18 В.
Импульсные трансформаторы в БП
Качество и производительность импульсного трансформатора влияют эффективность всего преобразователя и выходное напряжение. Однако трансформатор выполняет функцию не только преобразования электричества, но также обеспечивает гальваническую изоляцию от сети 220 В и, таким образом, оказывает большое влияние на безопасность.
Вот как правильно сделать такой трансформатор. Прежде всего должен быть ферритовый сердечник. Он не может иметь воздушный зазор, его половинки должны отлично соединяться друг с другом. Теоретически здесь можно использовать тороидальный сердечник, но сделать хорошую изоляцию и обмотку будет довольно нелегко.
Рекомендуем брать основной ETD34, ETD29 в крайнем случае, но тогда максимальная непрерывная мощность будет составлять не более 180 Вт. Они стоят немного, поэтому лучшим решением будет получить поврежденный блок питания ATX. На сгоревших источниках питания от ПК в дополнение ко всем необходимым трансформаторам содержится ещё много полезных элементов, в том числе сетевой фильтр, конденсаторы, диоды, а иногда и TL494 (KA7500).
Трансформаторы должны быть осторожно выпаяны с платы блока питания ATX, предпочтительно с помощью термофена. После распайки не пытайтесь разобрать трансформатор, потому что он сломается. Трансформатор следует класть в воду и кипятить. После 5 минут нужно осторожно захватив половинки сердечника через ткань, разделить. Если они не хотят расходиться, не тяните сильно — сломаете! Положить обратно и варите еще 5 минут.
Процесс намотки основного трансформатора должен начинаться с подсчета количества провода, который будет намотан. Из-за постоянной рабочей частоты и заданной максимальной индукции, количество обмоток первички зависит только от площади поперечного сечения основного столба ферритового сердечника. Максимальная индукция ограничена 250 мТ из-за работы в полумостовом режиме — здесь асимметрия намагниченности проста.
Формула для вычисления числа витков:
n = 53 / Qr,
- Qr — площадь поперечного сечения основного стержня сердечника, приведенного в см2.
Таким образом, для сердечника с поперечным сечением 0,5 см2 необходимо наматывать 106 витков, а для сердечника с поперечным сечением 1,5 см2 потребуется только 35. Помните, что не стоит наматывать половину витка — всегда округлите до одного в плюс. Расчет количества обмоток вторички такой же, как и для любого другого трансформатора — отношение выходного напряжения к входному напряжению в точности равно отношению количества вторичных обмоток к числу обмоток первички.
Следующий шаг — рассчитать толщину проводов обмоток. Самое важное, что следует учитывать при расчете толщины проводов, — это необходимость заполнить все окно ядра проволокой — от этого зависит магнитное соединение обмоток трансформатора, и, следовательно, падение выходного напряжения. Полное поперечное сечение всех проводов, проходящих через окно сердечника, должно составлять около 40-50% поперечного сечения основного окна (основное окно — место, где провод проходит через сердечник). Если вы впервые мотаете трансформатор, нужно приблизиться к этим 40%. В расчетах также должны учитываться токи, протекающие через поперечное сечение обмоток. Обычно плотность тока составляет 5 А / мм2, и это значение не стоит превышать, использование более низких плотностей тока является желательным. При моделировании ток первичной стороны составляет 220 Вт / 140 В = 1,6 А, поэтому сечение провода должно быть 0,32 мм2, значит его толщина составит 0,6 мм. На вторичной стороне ток 220 Вт / 54 В будет равен 4,1 А, что приводит к поперечному сечению 0,82 мм и реальной толщине провода 1 мм. В обоих случаях учитывалось максимальное падение напряжения при загрузке. Следует также помнить, что из-за скин-эффекта импульсных трансформаторов толщина провода ограничена рабочей частотой — в нашем случае на 30 кГц максимальная толщина провода составляет 0,9 мм. Вместо провода толщиной 1 мм лучше использовать два более тонких провода. После расчета количества катушек и проводов проверьте, соответствует ли расчетное заполнение медного окна 40-50%.
Первичная обмотка трансформатора должна быть размещена в двух частях. Первая часть первички (из 35 витков) мотается как первая, на пустой каркас. Необходимо сохранить направление обмотки к каркасу — вторая часть обмотки должна быть намотана в том же направлении. После намотки первой части необходимо припаять другой конец к переходному, укороченному штифту, который не входит в плату. Затем наложите 4 слоя изоляционной ленты на обмотку и намотайте всю вторичную обмотку — это означает метод намотки. Это улучшает симметрию обмоток. Следующая вторичная обмотка для напряжения +/- 12 В может быть намотана непосредственно на обмотку +/- 35 В в местах, где было сохранено небольшое количество свободного места, а затем полностью изолирована 4 слоями изоляционной ленты. Конечно также необходимо изолировать места, где концы обмоток приводятся к штифтам корпуса. В качестве последней обмотки намотайте вторую часть первичной обмотки, обязательно в том же направлении, что и предыдущий. После намотки можно изолировать последнюю обмотку, но не обязательно.
Когда обмотки готовы, сложите половинки сердечника. Лучшее и проверенное решение — это соединение изолентой с капелькой клея. Несколько раз обматываем сердечник изоляционной лентой.
Управляющий трансформатор сделан как и любой другой импульсный трансформатор. В качестве сердечника можно использовать небольшой EE / EI, полученный от блоков питания ATX. Также можете купить тороидальный сердечник TN-13 или TN-16. Количество обмоток зависит, как обычно, от поперечного сечения сердечника.
В случае тороидальных формула такая:
n = 8 / Qr,
- где n — количество обмоток первичной обмотки,
- Qr — площадь поперечного сечения сердечника, приведенная в см2.
Вторичные обмотки должны быть намотаны с таким же количеством витков, что и первичные, допускаются только незначительные отклонения. Поскольку трансформатор будет управлять только одной парой МОП-транзисторов, толщина провода не важна, его минимальная толщина составляет менее 0,1 мм. В этом случае 0,3 мм. Первая половина первичной обмотки должна быть намотана последовательно — изоляционный слой — первая вторичная обмотка — изоляционный слой — вторая вторичная обмотка — изоляционный слой — вторая половина первичной обмотки. Направление обмотки обмоток очень важно, здесь MOSFET-ы необходимо включать поочередно, а не одновременно. После намотки соединяем сердечник так же, как и в предыдущем трансформаторе.
Трансформатор тока похож на вышеуказанные. Количество катушек здесь произвольно, в принципе, достаточно количества обмоток вторичной обмотки:
n = 4 / Qr,
- где n — количество обмоток вторичной обмотки,
- Qr — площадь поперечного сечения окружности сердечника, приведенная в см2.
Но поскольку токи тут очень малы, лучше всегда использовать большее количество витков. С другой стороны, более важно поддерживать соответствующее соотношение количества витков обеих обмоток. Если решите изменить это соотношение, придется отрегулировать значение резистора R9.
Вот формула для вычисления R9 в зависимости от количества витков:
R9 = (0.9Ω * n2) / n1,
- где n2 — количество обмоток вторичной обмотки,
- n1 — количество обмоток первичной обмотки.
С изменением R9 также необходимо изменить C7 соответственно. Трансформатор тока легче наматывать на тороидальный сердечник, рекомендуем TN-13 или TN-16. Тем не менее, вы можете сделать трансформатор на Ш-сердечника. Если намотаете трансформатор на тороидальный сердечник, сначала намотайте вторичную обмотку большим количеством витков. Затем изоляционную ленту и, наконец, первичную обмотку проволокой толщиной 0.8 мм.
Описание элементов схемы
Почти все элементы можно найти в блоке питания ATX. Диоды D26-D29 с напряжением пробоя 400 В, но лучше взять немного выше, по меньшей мере 600 В. Готовый выпрямитель можно найти в блоке питания ATX. Диодные мосты для питания контроллера также целесообразно применять не менее 600 В. Но они могут быть дешевыми и популярными 1N4007 или похожими.
Стабилитрон, ограничивающий напряжение питания контроллера, должен выдерживать мощность 0,7 Вт, поэтому его номинальная мощность должна составлять 1 Вт или более.
Конденсаторы C18 и C19 могут использоваться с другой емкостью, но не менее 220 мкФ. Емкость более 470 мкФ также не должна использоваться из-за излишне увеличенного тока при включении инвертора в сеть и больших размеров — они могут просто не влезть на плату. Конденсаторы C18 и C19 также находятся в каждом блоке питания ATX.
Силовые транзисторы Q8 и Q9 — очень популярные IRF840, доступные в большинстве электронных магазинов по 30 рублей. В принципе, вы можете использовать другие МОП-транзисторы на 500 В, но это повлечет изменение резисторов R12 и R13. Установленные на 75 Ом обеспечивают время открытия / закрытия затвора около 1 мкс. В качестве альтернативы, их можно заменить либо на 68 — 82 Ома.
Буферы перед входами MOSFET и управляющим трансформатором I, на транзисторах BD135 / 136. Здесь могут использоваться любые другие транзисторы с напряжением пробоя выше 40 В, такие как BC639 / BC640 или 2SC945 / 2SA1015. Последний может быть выдран из блоков питания ATX, мониторов и т. д. Очень важным элементом инвертора является конденсатор C10. Это должен быть полипропиленовый конденсатор, адаптированный к большим импульсным токам. Такой конденсатор находится в блоках питания ATX. К сожалению, иногда он является причиной отказа источника питания, поэтому нужно тщательно его проверить прежде чем паять в схему.
Диоды D22-D25, которые выпрямляют напряжение +/- 35 В, использованы UF5408, подключенные параллельно, но лучшим решением было бы использовать одиночные диоды BY500 / 600, которые имеют более низкое напряжение падения и более высокий номинальный ток. Если возможно, эти диоды должны быть спаяны на длинных проводах — это улучшит их охлаждение.
Дроссели L3 и L4 намотаны на тороидальные порошковые сердечники из источников питания ATX — они характеризуются преобладающим желтым цветом и белой окраской. Достаточны сердечники диаметром 23 мм, 15-20 витков на каждом из них. Однако испытания показали, что они не нужны — инвертор работает и без них, достигает своей мощности, но транзисторы, диоды и конденсатор C10 становятся более горячие из-за импульсных токов. Дроссели L3 и L4 повышают эффективность инвертора и снижают частоту отказов.
Выпрямители D14-D17 +/- 12 В оказывают большое влияние на эффективность этой линии. Если эта линия будет питать предусилитель, дополнительные вентиляторы, дополнительный усилитель для наушников и, например, индикатор уровня, диоды должны использоваться по крайней мере на 1 A. Однако, если линия +/- 12 В будет питать только предусилитель, который тянет до 80 мА, даже можно использовать тут 1N4148. Дроссели L1 и L2 практически не нужны, но их присутствие улучшает фильтрацию помех от электросети. В крайнем случае вместо них можно использовать резисторы на 4,7 Ом.
Ограничители напряжения R22 и R23 могут состоять из серии силовых резисторов, соединенных последовательно или параллельно, чтобы получить один резистор с более высокой мощностью и соответствующее сопротивление.
Запуск и настройка инвертора
После травления плат начните сборку элементов, начиная от самых маленьких до самых больших. Необходимо припаять все компоненты, кроме дросселя L5. После завершения сборки и проверки платы установите потенциометр PR1 в крайнее левое положение и подключите сетевое напряжение к разъему INPUT 220 В. На конденсаторе C1 должно присутствовать напряжение 18 В. Если напряжение останавливается примерно на уровне 14 В, это означает проблему управления трансформатором или силовыми транзисторами, то есть короткое замыкание в цепи управления. Владельцы осциллографа могут проверить напряжение на транзисторных затворах. Если контроллер работает правильно, проверьте правильность переключения MOSFET.
После включения питания 12 В и источника питания контроллера на линии +/- 35 В должно появиться +/- 2 В. Такое дело означает, что транзисторы контролируются должным образом, поочередно. Если лампочка на блоке питания 12 В была включена и на выходе не было напряжения, это означало бы, что оба силовых транзистора открываются одновременно. В этом случае управляющий трансформатор должен быть отсоединен, а провода одной из вторичных обмоток трансформатора должны быть поменяны. Далее припаять трансформатор назад и повторить попытку с источником питания 12 В и лампой.
Если тест пройдет успешно и получим на выходе +/- 2 В, можно отключить источник питания лампы и припаять индуктивность L5. С этого момента инвертор должен работать от сети 220 В через лампу на 60 Вт. После подключения к сети лампочка должна кратковременно мигнуть и немедленно полностью отключиться. На выходе должно появиться +/- 35 и +/- 12 В (или другое напряжение в зависимости от соотношения оборотов трансформатора).
Загрузить их небольшой мощностью (например от электронной нагрузки) для тестирования и лампочка на входе начнет немного светиться. После этого теста нужно переключить инвертор непосредственно на сеть, а на линию +/- 35 В подключить нагрузку с сопротивлением около 20 Ом для проверки мощности. PR1 следует отрегулировать так, чтоб инвертор не отключается после зарядки нагревателя. Когда инвертор начнет нагреваться, вы можете проверить падение напряжения на линии +/- 35 В и рассчитать выходную мощность. Для проверки силовой мощности инвертора достаточно 5-10-минутного теста. За это время все компоненты инвертора смогут нагреться до их номинальной температуры. Стоит измерить температуру радиатора MOSFET, она не должна превышать 60C при температуре окружающей среды 25C. Наконец, необходимо нагрузить инвертор усилителем и установить потенциометр PR1 как можно больше влево, но чтобы инвертор не выключался.
Инвертор может быть адаптирован к любым потребностям по питанию различных УМЗЧ. При проектировании пластины старались, чтобы она была как можно более универсальной, для монтажа различных типов элементов. Расположение трансформатора и конденсаторов позволяет монтировать довольно большой радиатор МОП-транзисторов по всей длине платы. После надлежащего изгиба выводов диодных мостов, их можно установить в металлический корпус. Увеличение теплоотвода позволяет увеличить мощность преобразователя теоретически до 400 Вт. Затем необходимо использовать трансформатор на ETD39. Для этого изменения конденсаторы C18 и C19 требуются на 470 мкФ, C10 на 1.5-2.2 мкФ и использование 8 диодов BY500.
