Для изготовления блоков питания усилителей мощности как правило применяются низкочастотные 50-герцовые трансформаторы. Они надежные, не создают вч-помех и сравнительно просты в изготовлении. Но есть и минусы – габариты и вес. Иногда такие недостатки оказываются решающими и приходится искать другие решения. Частично вопрос габаритных размеров (точнее, только высоты) решается применением торроидального трансформатора. Но такой трансформатор из-за сложности в изготовлении стоит немалых денег. И при этом все так же имеет значительный вес. Решением данной проблемы может стать использование импульсного блока питания.
Но тут свои особенности : сложность в изготовлении, или переделке. Чтобы приспособить под питание УМ компьютерный блок питания, необходимо перепаять половину платы и скорее всего, перемотать вторичную обмотку трансформатора. Но современная китайская промышленность выпускает в большом количестве 12-вольтовые блоки питания Ташибра и им подобные, обещая приличную выходную мощность, 50, 100, 150 Вт и выше. При этом стоимость таких блоков питания смешная.
На рисунке пара таких блоков, выше BUKO, ниже Ultralight, но по сути та же самая Ташибра. Они имеют небольшие отличия (возможно, были сделаны в разных провинциях Китая): вторичная обмотка Ташибры имеет 5 витков, а в BUKO – 8 витков. Кроме того, у Ultralight плата немного больше, предусмотрены места для установки дополнительных деталей. Несмотря на это, переделываются они идентично. Во время процесса доработки необходимо быть предельно аккуратным, поскольку на плате присутствует высокое напряжение, после диодного моста это 300 вольт. Кроме того, если случайно закоротить выход, то сгорят транзисторы.
Теперь о схеме.
Схема блоков питания от 50 до 150 ватт одинаковая, отличие только в мощности использованных деталей.
Что нужно доработать?
1. Нужно подпаять электролитический конденсатор после диодного моста. Емкость конденсатора должна быть как можно больше. При данной переделке был применен конденсатор 100мкФ на напряжение 400вольт.
2. Нужно заменить обратную связь по току обратной связью по напряжению. Для чего это нужно? Для того, чтобы блок питания запускался без нагрузки.
3. Если это необходимо, то перемотать трансформатор.
4. Нужно будет выпрямить выходное переменное напряжение диодным мостом. Для этих целей можно применить отечественные диоды КД213, или импортные, высокочастотные. Лучше конечно же Шоттки. Также необходимо сгладить пульсации на выходе конденсатором.
Вот схема переделанного блока питания.
Синим кружочком отмечена катушка обратной связи по току. Чтобы ее отключить, нужно обязательно выпаять один конец, чтобы не создать короткозамкнутой обмотки. После этого можно смело замыкать контактные площадки катушки на плате. После этого необходимо организовать обратную связь по напряжению. Для этого берется кусок провода от витой пары и на силовой трансформатор мотается 2 витка. Затем тем же проводом мотается 3 витка на трансформатор связи Т1. После этого к концам этого провода припаивается резистор 2,4 - 2,7 Ом, мощностью 5 – 10 Ватт. К выходу преобразователя подключается 12-вольтовая лампочка, а в разрыв провода питания включается лампочка на 220 Вольт, 150 Ватт. Первая лампочка используется в качестве нагрузки, а вторая в качестве ограничителя потребляемого тока. Включаем преобразователь в сеть. Если сетевая лампочка не засветилась, значит с преобразователем все нормально и можно эту лампочку убирать. Снова включаем в сеть, уже без нее. Если 12-вольтовая лампочка на нагрузке не засветилась, значит не угадали с направлением намотки катушки связи на трансформаторе связи Т1 и ее нужно будет намотать в другую сторону. Не забываем после отключения питания разряжать сетевой конденсатор резистором на 1 кОм.
Блок питания для УНЧ обычно биполярный, в данном случае необходимо получить 2 напряжения по 30 вольт. Вторичная обмотка силового трансформатора имеет 5 витков. При выходном напряжении 12 вольт получается 2,4 вольта на один виток. Чтобы получить 30 вольт, нужно намотать 30 Вольт/2,4Вольт = 12,5 витков. Следовательно, необходимо намотать 2 катушки по 12,5 витков. Для этого необходимо отпаять трансформатор от платы, временно смотать два витка обратной связи по напряжению и смотать вторичную обмотку. После этого наматываются простым многожильным проводом рассчитанные две вторичные обмотки. Вначале мотается одна катушка, потом другая. Соединяются два конца разных обмоток – это будет нулевой вывод.
Если будет необходимо получить другое напряжение, мотается больше/меньше витков.
Частота работы блока питания с катушкой связи по напряжению где-то 30 кГц.
Затем собирается диодный мост, подпаиваются электролиты и параллельно им керамические конденсаторы для гашения высокочастотных помех. Вот еще варианты соединения вторичных обмоток.
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.
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.
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 (см 2) * Площадь сечения (см 2)
- 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 см 2
- Площадь сечения = 5см * ((14см-5см)/2) = 22,5 см 2
- Габаритная мощность = 19,625 * 22,5 = 441 Вт.
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:
- Выполняем намотку 20 витков любого провода;
- Подключаем к сети ~220В первичную обмотку трансформатора и измеряем напряжение на намотанных 20-ти витках;
- 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:
- +36В, -36В - усилители мощности на TDA7250
- 12В - электронные регуляторы громкости, стерео-процессоры, индикаторы выходной мощности , схемы термоконтроля, вентиляторы, подсветка;
- 5В - индикаторы температуры, микроконтроллер, панель цифрового управления.
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.
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.
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:
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»
Вольный перевод: Главного редактора «РадиоГазеты»
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 +179Сделал еще и инвертор, чтобы можно было питать от 12 В, то есть автомобильный вариант. После того как все сделал в плане УНЧ, был поставлен вопрос: чем теперь его питать? Даже для тех же тестов, или чтобы просто послушать? Думал обойдется все АТХ БП, но при попытке «навалить», БП надежно уходит в защиту, а переделывать как-то не очень хочется... И тут осенила мысль сделать свой, без всяких «прибамбасов» БП (кроме защиты разумеется). Начал с поиска схем, присматривался к относительно не сложным для меня схем. В итоге остановился на этой:
Нагрузку держит отлично, но замена некоторых деталей на более мощные позволит выжать из неё 400 Вт и более. Микросхема IR2153 - самотактируемый драйвер, который разрабатывался специально для работы в балластах энергосберегающих ламп. Она имеет очень малое потребление тока и может питаться через ограничительный резистор.
Сборка устройства
Начнем с травления платы (травление, зачистка, сверление). Архив с ПП .
Сначала прикупил некоторые отсутствующие детали (транзисторы, ирка, и мощные резисторы).
Кстати, сетевой фильтр полностью снял с БП от проигрывателя дисков:
Теперь самое интересное в ИИП - трансформатор, хотя ничего сложного тут нету, просто надо понять, как его правильно мотать, и всего то. Для начала нужно знать, чего и сколько наматывать, для этого есть множество программ, однако самая распространённая и пользующаяся популярностью у радиолюбителей это - ExcellentIT . В ней мы и будем рассчитывать наш трансформатор.
Как видим, получилось у нас 49 витков первичная обмотка, и две обмотки по 6 витков (вторичная). Будем мотать!
Изготовление трансформатора
Так как у нас кольцо, скорее всего грани его будут под углом 90 градусов, и если провод мотать прямо на кольцо, возможно повреждение лаковой изоляции, и как следствие межвитковое КЗ и тому подобное. Дабы исключить этот момент, грани можно аккуратно спилить напильником, или же обмотать Х/Б изолентой. После этого можно мотать первичку.
После того как намотали, еще раз заматываем изолентой кольцо с первичной обмоткой.
Затем сверху мотаем вторичную обмотку, правда тут чуть сложней.
Как видно в программе, вторичная обмотка имеет 6+6 витков, и 6 жил. То есть, нам нужно намотать две обмотки по 6 витков 6 жилами провода 0,63 (можно выбрать, предварительно написав в поле с желаемым диаметром провода). Или еще проще, нужно намотать 1 обмотку, 6 витков 6 жилами, а потом еще раз такую же. Что бы сделать этот процесс проще, можно, и даже нужно мотать в две шины (шина-6 жил одной обмотки), так мы избегаем перекоса по напряжению (хотя он может быть, но маленький, и часто не критичный).
По желанию, вторичную обмотку можно изолировать, но не обязательно. Теперь после этого припаиваем трансформатор первичной обмоткой к плате, вторичную к выпрямителю, а выпрямитель у меня использован однополярный со средней точкой.
Расход меди конечно больше, но меньше потерей (соответственно меньше нагрева), и можно использовать всего одну диодную сборку с БП АТХ отслуживший свой срок, или просто нерабочий. Первое включение обязательно проводим с включённой в разрыв питания от сети лампочкой, в моем случае просто вытащил предохранитель, и в его гнездо отлично вставляется вилка от лампы.
Если лампа вспыхнула и погасла, это нормально, так как зарядился сетевой конденсатор, но у меня данного явления не было, либо из-за термистора, или из-за того, что я временно поставил конденсатор всего на 82 мкФ, а может все месте обеспечивает плавный пуск. В итоге если никаких неполадок нету, можно включать в сеть ИИП. У меня при нагрузке 5-10 А, ниже 12 В не просаживалось, то что нужно для питания авто усилителей!
- Если мощность всего около 200 Вт, то резистор, задающий порог защиты R10, должен быть 0,33 Ом 5 Вт. Если он будет в обрыве, или сгорит, сгорят все транзисторы, а также микросхема.
- Сетевой конденсатор выбирается из расчета: 1-1,5 мкФ на 1 Вт мощности блока.
- В данной схеме частота преобразования примерно 63 кГц, и в ходе эксплуатации, наверное, лучше для кольца марки 2000НМ, частоту уменьшить до 40-50 кГц, так как предельная частота, на которой кольцо работает без нагрева - 70-75 кГц. Не стоит гнаться за большой частотой, для данной схемы, и кольца марки 2000НМ, будет оптимально 40-50 кГц. Слишком большая частота приведет к коммутационным потерям на транзисторах и значительных потерях на трансформаторе, что вызовет его значительный нагрев.
- Если у вас на холостом ходу при правильной сборке греется трансформатор и ключи, попробуйте снизить емкость конденсатора снаббера С10 с 1 нФ до 100-220 пкФ. Ключи нужно изолировать от радиатора. Вместо R1 можно использовать термистор с БП АТХ.
Вот конечные фото проекта блока питания:
Обсудить статью МОЩНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ СЕТЕВОЙ ДВУХПОЛЯРНЫЙ БЛОК ПИТАНИЯ
