Пожалуй, самая трудная часть конструкции усилителей для питания канала сабвуфера от бортовой сети 12 вольт. О нем немало отзывов в разных форумах, но таки сделать реально хороший преобразователь по советам знатоков очень трудно, в этом убедитесь сами, когда дело дойдет этой части конструкции. Для этого я решил остановится на сборке преобразователя напряжения, пожалуй это будет самым подробным описанием, поскольку в ней изложен двухнедельный труд, как говорят в народе - от <<А>> до <<Я>>.
Схем преобразователей напряжения море, но как право после сборки появляются дефекты, неполадки в работе, непонятные перегревы отдельных деталей и частей схемы. Сборка преобразователя у меня затянулась на две недели, поскольку в основную схему были внесены ряд изменений, в итоге я смело могу заявить, что получился мощный и надежный преобразователь.
Основной задачей была построить преобразователь на 300-350 ватт для питания усилителя по схеме Ланзара, все получилось красиво и аккуратно, все кроме платы, химия для травления плат у нас большой дефицит, поэтому пришлось использовать макетную плату, но не советую повторять мои мучения, паять проводку для каждой дорожки, лудить каждую дырочку и контакт - работа не из простых, об этом можно судить посмотрев на плату с обратной стороны. Для красивого внешнего вида на плату был приклеен широкий зеленый скотч.

ИМПУЛЬСНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР

Основная перемена в схеме - импульсный трансформатор. Почти во всех статьях самодельных сабвуферных установок трансформатор делают на ферритовых кольцах, но кольца иногда не доступны (как в моем случае). Единственное, что было - альсиферовое кольцо от высокочастотного дросселя, но рабочая частота этого кольца не позволяла использовать его в качестве трансформатора в преобразователе напряжения.

Тут мне повезло, почти даром получил пару компьютерных блоков питания, к счастью в обеих блоках были полностью идентичные трансформаторы.

В итоге было решено использовать два трансформатора в качестве одного, хотя один такой трансформатор может обеспечить желаемую мощность, но при намотке обмотки просто на просто не влезли бы, поэтому было решено переделывать оба трансформатора.

В начале, нужно снять сердечек, на самом деле работа достаточно простая. Зажигалкой греем ферритовую палку, которая замыкает основной сердечек и после 30 секунд жаркого клей плавится и ферритовая палка выпадает. От перегрева свойства палки могут изменится, но это не так уж и важно, поскольку палки в основном трансформаторе мы использовать не будем.

Так делаем и со вторым трансформатором, затем снимаем все штатные обмотки, очищаем выводы трансформаторов и спиливаем одну из боковых стенок обеих трансформаторов, желательно спилить свободную от контактов стенку.

Следующей частью работ, является приклеивание каркасов. Место крепление (шов) можно просто обмотать изолентой или скотчем, использовать разнообразные клеи не советую, поскольку это может помешать вставке сердечника.

Опыт в сборке преобразователей напряжения был, но тем не менее этот преобразователь выжил с меня все соки и деньги, поскольку в ходе работ было угроблено 8 полевиков и во всем был виноват трансформатор.
Опыты с количеством витков, технологии намотки и сечению проводов привели к радующим результатам.
Итак самое трудное - намотка. На многих форумах советуют мотать толстую первичку, но опыт показал, что для получения указанной мощности много не надо. Первичная обмотка состоит из двух полностью идентичных обмоток, каждая из них намотана 5-ю жилами провода 0,8мм, растянута по всей длине каркаса, но торопиться не будем. Для начала берем провод с диаметром 0,8мм, провод желательно новый и ровный, без изгибов (хотя я использовал провод от сетевой обмотки тех же самых трансформаторов от блоков питания).

Далее по одному проводу мотаем 5 витков по всей длине каркаса трансформатора (можно также мотать жгутом все жилы вместе). После намотки первой жилы, ее нужно укрепить, просто накручиванием на боковые выводы трансформатора. После уже мотаем остальные жилы, ровно и аккуратно. После окончания намотки, нужно избавится от лакового покрытия на концах обмотки, это можно сделать несколькими способами - греть провода мощным паяльником или сдирать лак по отдельности с каждого провода монтажным ножом или бритвой. После этого нужно залудить кончики проводов, сплетаем их в косичку (удобно использовать плоскогубцы) и покрываем толстым слоем олова.
После этого переходим ко второй половине первичной обмотки. Она полностью идентична с первой, перед ее намоткой первую часть обмотки покрываем изолентой. Вторая половина первичной обмотки тоже растянута по всему каркасу и намотана в том же направлении, что и первая, мотаем по тому же принципу, по одной жиле.

После окончания намотки нужно сфазировать обмотки. У нас должна получится одна обмотка, которая состоит из 10 витков и имеет отвод от середины. Тут важно помнить одну важную деталь - конец первой половины должен присоединится с началом второй половинки или наоборот, чтобы не возникли затруднения при фазировке, лучше все делать по фотографиям.
После усердной работы первичная обмотка наконец готова! (можно попить пивка).
Вторичная обмотка - тоже требует большого внимания, поскольку именно она будет питать усилитель мощность. Намотана по тому же принципу, что и первичная, только каждая половинка состоит из 12 витков, что вполне обеспечивает на выходе двухполярное напряжение 50-55 вольт.

Обмотка состоит из двух половинок, каждая намотана 3-я жилами провода 0,8 мм, провода растянуты по всему каркасу. После намотки первой половинки обмотку изолируем и поверх мотаем вторую половину в том же направлении, что и первую. В итоге у нас получаются две одинаковые половинки, которые фазируются таким же образом, как первичка. После выводы очищают, сплетают и запаивают друг к другу.

Один важный момент - если решили использовать другие разновидности трансформаторов, то следите, чтобы у половинок сердечка не было зазора, в следствии опытов, было обнаружено, что даже малейший зазор в 0,1мм резко нарушает работу схемы, ток потребления возрастает раза в 3-4, полевые транзисторы начинают перегреваться так, что кулер не успевает охладить их.

Готовый трансформатор можно экранировать медной фольгой, но особо большой роли это не играет.

В итоге получается компактный трансформатор, который с легкостью способен отдавать нужную мощность.

Схема устройства не из простых, начинающим радиолюбителям не советую связаться с ним. Основа как всегда генератор импульсов, построенный на интегральной микросхеме TL494. Дополнительный усилитель на выходе построен на паре маломощных транзисторов серии ВС 557, почти полный аналог ВС556, из отечественного интерьера можно применить КТ3107. В качестве силовых ключей применены две пары мощных полевых транзисторов серии IRF3205, по 2 полевика на плечо.

Транзисторы установлены на небольшие теплоотводы от компьютерных блоков питания, заранее изолированы от теплоотвода специальной прокладкой.
Резистор 51 ом - единственная деталь схемы, которая перегревается, поэтому резистор нужен на 2 ватта (хотя у меня всего 1ватт), но перегрев не страшный, это никак не влияет на работу схемы.
Монтаж, особенно на макетной плате очень занудный процесс, поэтому лучше все делать на печатной плате. Плюсовые и минусовые дорожки делаем пошире, затем покрываем толстым слоям олова, поскольку по ним будет протекать немалый ток, тоже самое и со стоками полевиков.
Резисторы на 22 ома ставим на 0,5-1ватт, они предназначены для снятия перегруза с микросхемы.

Ограничительные резисторы тока затвора полевиков и ограничительный резистор тока питания микросхемы (10ом) желательно на пол ватта, все остальные резисторы можно на 0,125ватт.

Частоту преобразователя задают при помощи конденсатора 1,2nf и резистором 15к, уменьшением емкости конденсатора и увеличением сопротивления резистора можно поднять частоту или наоборот, но с частотой желательно не играть, поскольку может нарушится работа всей схемы.
Выпрямительные диоды использованы серии КД213А, они лучше всех справлялись, поскольку из за рабочей частоты (100 кГц) чувствовали себя отлично, хотя можно использовать любые быстродействующие диоды с током не менее 10 ампер, также возможно использовать диодные сборки шоттки, которые можно найти в тех же компьютерных блоках питания, в одном корпусе 2 диода, которые имеют общий катод, таким образом для диодного моста вам понадобится 3 таких диодных сборок. Еще один диод установлен на питание схемы, этот диод служит защитой от переплюсовки питания.

Конденсаторы, к сожалению, у меня с напряжением 35 вольт 3300 мкф, но напряжение лучше подобрать от 50 до 63 вольт. На плечо стоят два таких конденсатора.
В схеме использовано 3 дросселя, первый для питания схемы преобразователя. Этот дроссель можно намотать на стандартных желтых кольцах от блоков питания. Равномерно по всему кольцу мотаем 10 витков, провод в два жила по 1 мм.

Дроссели для фильтрации вч помех уже после трансформатора, содержат тоже 10 витков, провод с диаметром 1-1,5мм, намотаны на тех же кольцах или на ферритовых стержнях любой марки (диаметр стержней не критичен, длина 2-4см).
Питание преобразователя подается при замыкании провода Remote Control (RЕМ) на плюс питания, этим замыкается реле и преобразователь начинает работать. У меня использовались два реле, соединенных параллельно на 25 ампер каждая.

Кулеры припаяны на блок преобразователя и включаются сразу после включения провода RЕМ, один из них предназначен для охлаждения преобразователя, другой для усилителя, можно также один из кулеров установить в обратном направлении, чтобы последний выводил из общего корпуса теплый воздух.

ИТОГИ И ЗАТРАТЫ

Ну, что тут говорить, преобразователь оправдал все надежды и затраты, работает как часы. В следствии опытов, он смог отдавать честные 500 ватт и смог бы больше, еслиб не умер диодный мост блока, которым питал преобразователь.
В общей сложности на преобразователь было потрачено (цены указаны для общего числа деталей, а не для одного)

IRF3205 4шт - 5$
TL494 1шт -0,5$
ВС557 3шт - 1$
КД213А 4шт - 4$
Конденсаторы 35в 3300мкф 4шт - 3$
Резистор 51ом 1шт - 0,1$
Резистор 22ом 2шт -0,15$
Макетная плата - 1$

Из этого списка диоды и конденсаторы достались даром, думаю кроме полевиков и микросхемы все можно найти на чердаке, попросить у друзей или в мастерских, таким образом цена на преобразователь не превосходит 10$. Купить готовый китайский усилитель для саба со всеми удобствами можно за за 80-100$, а товары известных фирм стоят немало, от 300 до 1000$, взамен можно собрать усилитель идентичного качества всего за 50-60 $ даже меньше, если знаешь откуда брать детали, надеюсь смог ответить на многие вопросы.

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»

Рис. 1 моноплата автомобильного усилителя звука с раздельными преобразователями напряжения питания

Преобразователь напряжения в схеме блоков питания автомобильных усилителей , как и любой источник питания, имеет некоторое выходное сопротивление. При питании от общего источника между каналами многоканальных усилителей звука возникает взаимосвязь, которая тем больше, чем выше выходное сопротивление источника питания. Оно, обратно пропорционально мощности преобразователя.

Одной из составляющих выходного сопротивления блока питания становится и сопротивление питающих проводов. В моделях высокого класса для питания выходных каскадов усилителя мощности звука используют медные шины сечением 3...5 мм. Это наиболее простое решение проблем с питанием усилителя звука, улучшающее динамику и качество звучания.

Конечно, повысив мощность источника питания, взаимное влияние каналов можно уменьшить, но полностью исключить его нельзя. Если же использовать для каждого канала отдельный преобразователь, проблема снимается. Требования к отдельным источникам питания при этом можно заметно снизить. Обычно уровень переходного затухания автомобильных усилителей с общим блоком питания составляет для бюджетных моделей 40...55 дБ, для более дорогих - 50...65 дБ. Для автомобильных усилителей звука с раздельными блоками питания этот показатель превышает 70 дБ.

Преобразователи напряжения питания делятся на две группы - стабилизированные и нестабилизированные . Нестабилизированные заметно проще и дешевле, но им свойственны серьезные недостатки. На пиках мощности выходное напряжение преобразователя снижается, что приводит к увеличению искажений. Если увеличить мощность преобразователя, это снизит экономичность при малой выходной мощности. Поэтому нестабилизированные преобразователи применяются, как правило, в недорогих усилителях с суммарной мощностью каналов не более 100... 120 Вт. При более высокой выходной мощности усилителя предпочтение отдается стабилизированным преобразователям.

Как правило, блок питания смонтирован в одном корпусе с усилителем (на рис. 1 показана моноплата автомобильного усилителя звука с раздельными преобразователями напряжения питания), но в некоторых конструкциях он может быть выполнен в виде внешнего блока или отдельного модуля. Для включения автомобильного усилителя в рабочий режима усилителя используется управляющее напряжение от головного аппарата (вывод Remote). Потребляемый по этому выводу ток минимален - несколько миллиампер - и никак не связан с мощностью усилителя. В автомобильных усилителях обязательно используется защита от короткого замыкания нагрузки и от перегрева. В ряде случаев имеется также защита акустичеких систем от постоянного напряжения в случае выхода из строя выходного каскада усилителя. Эта часть схемы для современных автомобильных усилителей стала практически типовой и может отличаться незначительными изменениями.

Рис. 2 Схема стабилизированного блока питания автомобильного усилителя звука "Monacor НРВ 150"

В первых автомобильных усилителях в блоках питания использовались преобразователи напряжения, выполненные полностью на дискретных элементах. Пример такой схемы стабилизированного блока питания автомобильного усилителя звука "Monacor НРВ 150" (рис. 2). На схеме сохранена заводская нумерация элементов.

Задающий генератор выполнен на транзисторах VT106 и VT107 по схеме симметричного мультивибратора. Работой задающего генератора управляет ключ на транзисторе VT101. Транзисторы VT103, VT105 и VT102, VT104 - двухтактные буферные каскады, улучшающие форму импульсов задающего генератора. Выходной каскад выполнен на параллельно включенных биполярных транзисторах VT111, VT113 и VT110, VT112. Согласующие эмиттерные повторители на VT108 и VT109 питаются пониженным напряжением, снимаемым с части первичной обмотки трансформатора. Диоды VD106 - VD111 ограничивают степень насыщения выходных транзисторов. Для дополнительного ускорения закрывания этих транзисторов введены диоды VD104, VD105. Диоды VD102, VD103 обеспечивают плавный запуск преобразователя. С отдельной обмотки трансформатора напряжение, пропорциональное выходному, подается на выпрямитель (диод VD113, конденсатор С106). Это напряжение обеспечивает быстрое закрывание выходных транзисторов и способствует стабилизации выходного напряжения.

Недостаток биполярных транзисторов - высокое напряжение насыщения при большом токе. При токе 10... 15 А это напряжение достигает 1 В, что значительно снижает КПД преобразователя и его надежность. Частоту преобразования не удается сделать выше 25...30 кГц, в результате растут габариты трансформатора преобразователя и потери в нем.

Применение полевых транзисторов в блоке питания повышает надежность и экономичность. Частота преобразования во многих блоках превышает 100 кГц. Появление специализированных микросхем, содержащих на одном кристалле задающий генератор и цепи управления, значительно упростило конструкцию блоков питания для мощных автомобильных усилителей.

Рис. 3 Упрощенная схема нестабилизированного преобразователя напряжения питания автомобильного усилителя "Jensen"

Упрощенная схема нестабилизированного преобразователя напряжения питания четырехканального автомобильного усилителя "Jensen" приведена на рис. 3 (нумерация элементов на схеме условная).

Задающий генератор преобразователя напряжения собран на микросхеме KIA494P или TL494 (отечественный аналог - КР1114ЕУ4). Цепи защиты на схеме не показаны. В выходном каскаде, помимо указанных на схеме типов приборов, можно использовать мощные полевые транзисторы IRF150, IRFP044 и IRFP054 или отечественные КП812В, КП850. В конструкции использованы отдельные диодные сборки с общим анодом и с общим катодом, смонтированные через изолирующие теплопроводящие прокладки на общем теплоотводе вместе с выходными транзисторами усилителя.

Трансформатор можно намотать на ферритовом кольце типоразмера К42х28х10 или К42х25х11 с магнитной проницаемостью μ э =2000. Первичная обмотка намотана жгутом из восьми проводов диаметром 1,2 мм, вторичная - жгутом из четырех проводов диаметром 1 мм. После намотки каждый из жгутов разделен на две равные части, и начало одной половины обмотки соединено с концом другой. Первичная обмотка содержит 2x7 витков, вторичная - 2x15 витков, равномерно распределенных по кольцу.

Дроссель L1 намотан на ферритовом стержне диаметром 16 мм и содержит 10 витков эмалированного провода диаметром 2 мм. Дроссели L2, L3 намотаны на ферритовых стержнях диаметром 10 мм и содержат по 10 витков провода диаметром 1 мм. Длина каждого стержня 20 мм.

Подобная схема блоков питания с незначительными изменениями используется в автомобильных усилителях с суммарной выходной мощностью до 100... 120 Вт. Варьируются число пар выходных транзисторов, параметры трансформатора и устройство цепей защиты. В преобразователях напряжения более мощных усилителей вводят обратную связь по выходному напряжению, увеличивают число выходных транзисторов.

Для равномерного распределения нагрузки и уменьшения влияния разброса параметров транзисторов в трансформаторе токи мощных транзисторов распределяют на несколько первичных обмоток. Например, в преобразователе блока питания автомобильного усилителя "Lanzar 5.200" использовано 20! мощных полевых транзисторов, по 10 в каждом плече. Повышающий трансформатор содержит 5 первичных обмоток. К каждой из них подключено по 4 транзистора (параллельно по два в плече). Для лучшей фильтрации высокочастотных помех возле транзисторов установлены индивидуальные конденсаторы сглаживающего фильтра суммарной емкостью 22000 мкФ. Выводы обмоток трансформатора подключены непосредственно к транзисторам, без использования печатных проводников.

Поскольку автомобильным усилителям звука приходится работать в очень тяжелом температурном режиме, для обеспечения надежной работы в некоторых конструкциях используются встроенные вентиляторы охлаждения, продувающие воздух через каналы теплоотвода. Управление вентиляторами осуществляется с помощью термодатчика. Встречаются устройства как с дискретным управлением ("включен-выключен"), так и с плавной регулировкой скорости вращения вентилятора.

Наряду с этим, во всех усилителях используется термозащита блоков. Чаще всего она реализуется на основе термистора и компаратора. Иногда применяют стандартные компараторы в интегральном исполнении, но в этой роли чаще всего используют обычные микросхемы операционных усилителей ОУ. Пример схемы устройства термозащиты используемой в уже рассмотренном четырехканальном автомобильном усилителе "Jensen" приведен на рис. 4. На схеме, нумерация деталей условная.

Термистор R t 1 имеет тепловой контакт с корпусом усилителя вблизи выходных транзисторов. Напряжение с термистора подано на инвертирующий вход ОУ. Резисторы R1 - R3 вместе с термистором образуют мост, конденсатор С1 предотвращает ложные срабатывания защиты. При длине проводов, которыми термистор подключен к плате, около 20 см уровень наводок от блока питания достаточно велик. Через резистор R4 осуществляется положительная обратная связь с выхода ОУ, превращающая ОУ в пороговый элемент с гистерезисом. При нагреве корпуса до 100 °С сопротивление термистора снижается до 25 кОм, компаратор срабатывает и высоким уровнем напряжения на выходе блокирует работу преобразователя.

Выходные транзисторы усилителя и ключевые транзисторы преобразователя питания чаще всего применяют в пластиковых корпусах, ТО-220. К теплоотводу их крепят либо винтами, либо пружинными клипсами. У транзисторов в металлических корпусах теплоотвод несколько лучше, но поскольку устанавливать их нужно через специальные теплоотводящие прокладки, монтаж их намного сложнее, поэтому используют их в автоусилителях значительно редко, только в самых дорогих моделях.

Напряжение питания бортовой сети легко­вого автомобиля составляет 12v . Если задаться сопротивлением акустической сис­темы равным 4 om , то максимальная мощ­ность, которую можно получить при таком напряжении питания составит 36w . Это самый теоретический максимум, предполага­ющий мостовое включение усилителя и нуле­вое сопротивление транзисторов выходного каскада в открытом состоянии, то есть, практически для цифрового импульсного усилителя. Для аналогового усилителя мак­симальная мощность будет не более 20w на канал при мостовом включении. Для полу­чения большей мощности необходимо либо применение импульсного выходного каскада, формирующего аудиосигнал методом широт- но-импульсной модуляции, либо нужно пони­жать сопротивление акустической системы. В первом случае в звуке будет присутствовать ультразвуковая составляющая от ШИМ, а так же, нужны будут более сложные меры борьбы с искажениями сигнала. Во втором случае, сопротивление звуковой катушки уже будет сопроставимо с сопротивлением иду­щих к ней проводов, что в общем, такие меры может свести на нет. Есть еще способ - орга­низация вольт-добавки питания в выходном каскада за счет выпрямления выходного сиг­нала и большой накопительной емкости. Но это тоже не очень хорошо, так как сложно получить достаточно линейную АЧХ, и может быть неравномерной зависимость коэффи­циента передачи по мощности от величины входного сигнала. Конечно, все перечислен­ные выше меры повышения выходной мощ­ности усилителя, питающегося от низко­вольтного источника, имеют право на существование, и при аккуратном и грамот­ном исполнении дают неплохие результаты. Но, есть и более традиционный способ повы­шения мощности УНЧ, - просто повысив его напряжение питания с помощью преобразо­вателя напряжения, и даже организовав с его же помощью двухполярное питание. Этот способ позволяет использовать в автомо­биле не компромиссный автомобильный вариант УНЧ, а практически любую схему УНЧ, применяемую в стационарной аппара­туре, способную обеспечить значительно лучшее качество звучания, чем хитроумные схемы мощных авто-УНЧ, с вольтдобавками на конденсаторах и низкоомными акустичес­кими системами, ведь как скажет любой любитель hl -end , - самое лучшее звучание дает простой одноламповый каскад без цепей обратной связи и с высокоомным вы­ходом. Но это уже конечно другая крайность.

Какова бы не была схема «обычного» УНЧ, который вы планируете использовать в авто­мобиле, для него нужно преобразователь напряжения питания. Этот преобразователь должен выдавать повышенное двухполяр­ное напряжение, в данном случае ±20v при выходном токе до 4А. Такой источник пита­ния сможет питать УНЧ с выходной мощ­ностью до 60-70w , выполненный по тради­ционной схеме.

Принципиальная схема преобразователя показана на рисунке. Схема во многом типо­вая. Задающий генератор со схемой ШИМ стабилизации выходного напряжения выпол­нен на микросхеме А1. Номинальная частота генерации около 50 кГц (регулируется резис­тором r 3). Образцовое напряжение с выхода поступает на вход компаратора (вывод 1) и в зависимости от напряжения на выводе 1 компаратор изменяет широту импульсов, генерируемых микросхемой так чтобы под­держивать выходное напряжение стабиль­ным. Величина выходного напряжения точно устанавливается подстроечным резистором r 8, который формирует это измерительное напряжение. Цепь vd 1- c 3- r 4- r 5 формирует плавный пуск схемы.

Выходные противофазные импульсы сни­маются с выводов 8 и 11 А1 для подачи на выходные каскады, но здесь они сначала поступают на драйвер выходных транзис­торов на микросхеме А2. Задача этой микро­схемы в усилении мощности этих импульсов, так как здесь используются мощные полевые транзисторы с низким сопротивлением открытого канала. Такие транзисторы обла­дают существенной емкостью затворов. Чтобы обеспечить достаточную быстроту открывания транзисторов нужно обеспечить как можно более быструю зарядку и разрядку емкостей их затворов, для этого и служит драйвер на А2 . По цепи питания установлены большие кон­денсаторы С6 и С7, они должны быть рас­паяны толстым проводом непосредственно у точки отвода первичной обмотки трансфор­матора.

Для варианта, дающего двухполярное напряжение питания (как на схеме) вторич­ная обмотка имеет отвод от середины. Этот отвод через индуктивность l 2 соединен с общим проводом. На диодах vd 2-vd 5 (диоды-Шоттки) сделан выпрямитель, даю­щий положительное и отрицательное напря­ жения. В схеме с однополярным питанием вторичная обмотка не имеет отвода, и отри­цательный вывод выпрямительного моста нужно соединить с общим минусом. В этом случае, если требуется напряжение 40v сопротивление резистора r 9 должно быть увеличено вдвое по сравнению с обозначен­ным на схеме.

В качестве основы для трансформатора используется аккуратно разобранный и раз­мотанный трансформатор от источника питания старого цветного телевизора моде­лей линейки 3-УСЦТ. Следует заметить, что сердечник трансформатора там склеен довольно прочно и не каждая попытка раз­делить его половины заканчивается успехом. В этом смысле, на мой взгляд, лучше иметь два таких трансформатора (благо, ненужных блоков питания МП-1, МП-3 и др. сейчас предостаток). У одного трансформатора раз­резаете каркас вместе с обмоткой и удаляете его. Остается сердечник, который уже без каркаса и обмотки разделить значительно проще и результативнее. У второго транс­форматора аккуратно разбиваете и разламы­ваете сердечник, так чтобы не повредить каркас. В результате этого «варварства» получаете один хороший сердечник и один хороший каркас.

Теперь о намотке. Намотка должна держать большой ток, поэтому для неё нужен толстый провод. Для намотки первичной обмотки используется втрое сложенный провод ПЭВ 0,61. Для вторичной такой же провод, но сложенный вдвое. Первичная обмотка - 5+5 витков, вторичная, - 10+10 витков.

Катушка l 1 - не катушка, а ферритовая трубка, надетая на провод. l 2 - 5 витков сложенного втрое ПЭВ 0,61 на ферритовом кольце диаметром 28 мм.

Редкие транзисторы fdb 045an можно заменить другими, причем выбор достаточно велик, так как требуется максимальное напряжение сток-исток не ниже 50v , ток стока не ниже 70А и сопротивление канала в открытом состоянии не более 0,01 Ом. По таким параметрам можно подобрать доста­точно много кандидатов на замену, то есть, практически любой fet -транзистор для автомобильных коммутаторов зажигания и прочего.

Конденсаторы С11 и С12 на напряжение не ниже 25v , остальные конденсаторы на напряжение не ниже 16v .

Горчук Н. В.

Раздел: [Блоки питания (импульсные)]
Сохрани статью в:

Если в вашем автомобиле нет места для мощной аудиосистемы и автомобильный усилитель оказался не у дел, не отдавайте его и не выбрасывайте. Его можно использовать в доме или на улице, для его подключения можно использовать блок питания от компьютера.

О ЧЁМ СТАТЬЯ?

Действия

1. Найдите пин включения питания

• В упаковке с блоком питания(при покупке нового) должна быть схема выводов. Ищите пин, который подписан типа «Power on», «PS OK» или другие ключевые слова, указывающие на сигнал. Он будет на самом большом разъёме.

• На новых источниках питания, в 99% случаев это будет зеленый провод, но для более старых моделей(«10+ лет») провод может быть желтым или фиолетовым. Если ваш блок питания не поставляется с диаграммой распиновки, проверьте сайт производителя на схему выводов.

2. Отрежьте провод включения питания от разъёма и зачистите край от изоляции

3. Отрежьте провод заземления от разъёма и тоже зачистите край от изоляции

• Обратитесь к схеме выводов, чтобы узнать, какой цвет является провод заземления. 99,9% это будет черный провод.

4. Соедините оба зачищенных конца и заизолируйте

5. Соедините все 12v провода

зачистив их концы, вместе, предварительно отрезав их от разъёма.

• Обратитесь к схеме выводов, чтобы узнать, какой цвет имеют провода 12v. В 99,9% случаев это будут желтые провода.

6. Соедините все минусовые провода вместе, отрезая их от разъёма и зачищая концы

• Обратитесь к схеме выводов, чтобы узнать, какой цвет является минусовым. В 99,9% случаев это будут черные провода.

7. Возьмите скрученные желтые провода 12v и прикрепите их к клеме «+» усилителя

• Некоторые усилители могут просто маркировать «12v» вместо «+».

8. Возьмите скрученные черные провода и прикрепите их к клеме «-» усилителя

9. Для подключения “+” или “12v” к источнику “REM” или “REMOTE” на усилителе используйте отброшенный кусок провода

10. Подключите к усилителю источник сигнала, акустические системы и наш блок питания

• Теперь можно включать в розетку блок питания и наслаждаться музыкой!

• Вы можете добавить выключатель в шаге 4. Просто подключите оба конца провода к выключателю. Это даст вам возможность отключить питание кнопкой вместо того, чтобы отключать и подключать источник питания в розетку.